서블릿, 동시 요청 - 멀티 쓰레드

서블릿이란?

웹 통신에서 요쳥과 응답을 처리하는 자바 객체이다. 주요 클래스로는 HttpServlet가 있다.

서블릿 특징

• urlPatterns(/hello)의 URL이 호출되면서 서블릿 코드가 실행

• HTTP 요청 정보를 편리하게 사용할 수 있는 HttpServletRequest
• HTTP 응답 정보를 편리하게 제공할 수 있는 HttpServletResponse
• 개발자는 HTTP 스펙을 매우 편리하게 사용

서블릿 HTTP 요청, 응답 흐름

• HTTP 요청시
  • WAS는 Request, Response 객체를 새로 만들어서 서블릿 객체 호출
  • 개발자는 Request 객체에서 HTTP 요청 정보를 편리하게 꺼내서 사용
  • 개발자는 Response객체에 HTTP 응답 정보를 편리하게 입력
  • WAS는 Response 객체에 담겨있는 내용으로 HTTP응답 정보를 생성

서블릿 컨테이너란?

WAS에는 서블릿 컨테이너라는게 존재하는데 서블릿 컨테이너는 서블릿 객체를 개발자가 직접 생성하지 않고 자동으로 생성 및 호출을 해주고 WAS가 종료될 때 서블릿도 같이 종료를 해주는것처럼 서블릿 생명주기 관리까지 해주는 것이 서블릿 컨테이너이다.

서블릿 컨테이너

• 톰캣처럼 서블릿을 지원하는 WAS를 서블릿 컨테이너라고 한다.
• 서블릿 컨테이너는 서블릿 객체를 생성, 초기화, 호출, 종료하는 생명주기를 관리해준다.
• 서블릿 객체는 싱글톤으로 관리한다.
  • 고객의 요청이 올 때 마다 계속 객체를 생성하는 것은 비효율적이므로
  • 최초 로딩 시점에 서블릿 객체를 미리 만들어두고 재활용한다.
  • 모든 고객 요청은 동일한 서블릿 객체 인스턴스에 접근
  • 공유 변수 사용 주의
  • 서블릿 컨테이너 종료시 함께 종료
• JSP도 서블릿으로 변환 되어서 사용
• 동시 요청을 위한 멀티 쓰레드 처리 지원

동시 요청 - 멀티 쓰레드

클라이언트에서 서버로 요청을 하면 TCP/IP 커넥션이 연결이 된다. 연결이 되면 servlet을 호출을 해주게 되는데 servlet을 누가 호출할까? 바로 쓰레드가 호출하게 된다.

 

쓰레드란?

• 애플리케이션 코드를 하나하나 순차적으로 실행하는 것이 쓰레드
• 자바 메인 메서드를 처음 실행하면 main이라는 이름의 쓰레드가 실행
• 쓰레드가 없다면 자바 애플리케이션 실행이 불가능
• 쓰레드는 한번에 하나의 코드 라인만 수행
• 동시 처리가 필요하면 쓰레드를 추가로 생성

단일 요청 - 쓰레드 하나 사용

1. 쓰레드가 한개 있다고 과정할 때 아무런 요청이 없을 때 쓰레드는 휴식을 취하고 있다.

2. 요청이 들어오면 휴식하고 있던 쓰레드를 할당해준다. 그 이후 servlet을 호출하여 코드를 실행해 준다.

3. 쓰레드를 할당 후 코드를 실행하고 클라이언트에 응답을 보내준 후 쓰레드는 다시 휴식 상태로 돌아간다.

다중 요청 - 쓰레드 하나 사용

1. 요청1이 들어오게 되면 휴식하고 있던 쓰레드를 할당하고 servlet을 호출하게 되는데 처리가 잘 되지않고 지연된다고 과정을 한다.

2. 요청1 처리가 지연되는 상태이면 요청2가 들어왔을 때 할당할 수 있는 쓰레드가 없어 대기를 하게 된다.

3. 2번과 같이 처리가 지연될 때 할당할 쓰레드가 없고 대기를 하게 되면 생기는 문제가 처리하던 요청1과 대기하던 요청2가 모두 죽게된다.

4. 3번의 문제점을 해결하기 위해서는 요청이 들어올 때 마다 쓰레드를 새로 생성해주면 된다. 요청1은 쓰레드1로 처리중이게 되고 요청2가 들어오게 되면 쓰레드2를 생성해서 servlet을 호출하고 실행해주면 되는것이다. 실행이 완료된 후 쓰레드2번을 날리면 된다.

요청 마다 쓰레드 생성 장단점

위에 4번과 같이 요청이 들어올 때 마다 쓰레드를 생성하게 됬을 때 장점과 단점에 대해 알아보겠다.

• 장점
  • 동시 요청을 처리할 수 있다.
  • 리소스(CPU, 메모리)가 허용할 때 까지 처리가 가능하다.
  • 하나의 쓰레드가 지연 되어도, 나머지 쓰레드는 정상 동작한다.
• 단점
  • 쓰레드 생성 비용은 매우 비싸다.
    • 고객의 요청이 올 때 마다 쓰레드를 생성하면, 응답 속도가 늦어진다.
  • 쓰레드는 컨텍스트 스위칭 비용이 발생한다.
  • 쓰레드 생성에 제한이 없다
    • 고객 요청이 너무 많이 오면, CPU, 메모리 임계점을 넘어서 서버가 죽을 수 있다.

그래서 다음과 같은 단점을 해결하기 위해서는 쓰레드 풀이라는걸 사용할 수 있다.

쓰레드 풀 - 요청 마다 쓰레드 생성의 단점 보완

1. 요청1,2가 들어오게 되면 이전에 생성해 놓은 쓰레드 풀에 요청을 하고 사용할 수 있게 된다. 사용 후 쓰레드를 죽이는 것이 아니라 쓰레드 풀에 다시 반납함으로 써 쓰레드 생성 비용을 줄일 수 있다.

2. 쓰레드 풀에 쓰레드가 전부 사용중이라면 대기시키거나 거절할 수 있다.

• 특징
  • 필요한 쓰레드를 쓰레드 풀에 보관하고 관리한다.
  • 쓰레드 풀에 생성 가능한 쓰레드의 최대치를 관리한다. 톰캣은 최대 200개 기본 설정 (변경 가능)
• 사용
  • 쓰레드가 필요하면, 이미 생성되어 있는 쓰레드를 쓰레드 풀에서 꺼내서 사용한다.
  • 사용을 종료하면 쓰레드 풀에 해당 쓰레드를 반납한다.
  • 최대 쓰레드가 모두 사용중이어서 쓰레드 풀에 쓰레드가 없으면?
    • 기다리는 요청은 거절하거나 특정 숫자만큼만 대기하도록 설정할 수 있다.
  • 장점
    • 쓰레드가 미리 생성되어 있으므로, 쓰레드를 생성하고 종료하는 비용이 절약되고, 응답 시간이 빠르다
    • 생성 가능한 쓰레드의 최대치가 있으므로 너무 많은 요청이 들어와도 기존 요청은 안전하게 처리할 수 있다.

쓰레드 풀 - 실무 팁

• WAS의 주요 튜닝 포인트는 최대 쓰레드(max thread) 수이다.
• 이 값을 너무 낮게 설정하면?
  • 동시 요청이 많으면 서버 리소스는 여유롭지만, 클라이언트는 금방 응답 지연
• 이 값을 너무 높게 설정하면?
  • 동시 요청이 많으면 CPU, 메모리 리소스 임계점 초과로 서버가 다운
• 장애 발생시?
  • 클라우드면 일단 서버부터 늘리고, 이후에 튜닝
  • 클라우드가 아니면 열심히 튜닝

쓰레드 풀 - 쓰레드 풀의 적정 숫자

• 적정 숫자는 어떻게 찾나요?
• 애플리케이션 로직의 복잡도, CPU, 메모리, IO리소스 상황에 따라 모두 다르다.
• 적정 숫자를 찾는다기 보다는 성능 테스트를 진행해 어느 정도가 적정 숫자인지 테스트를 진행한다.
  • 최대한 실제 서비스와 유사하게 성능 테스트 시도
  • 툴 : 아파치 ab, 제이미터, nGrinder

WAS의 멀티 쓰레드 지원 - 핵심

• 멀티 쓰레드에 대한 부분은 WAS가 처리
• 개발자가 멀티 쓰레드 관련 코드를 신경쓰지 않아도 됨
• 개발자는 마치 싱글 쓰레드 프로그래밍을 하듯이 편리하게 소스 코드를 개발
• 멀티 쓰레드 환경이므로 싱클톤 객체(서블릿, 스프링 빈)는 주의해서 사용