자바 웹 애플리케이션을 위한 요청 처리, "자바 서블릿"의 이해

JavaWorld
요청 처리(Request handling)는 자바 웹 애플리케이션 개발의 핵심이다. 자바 웹 애플리케이션은 네트워크 요청에 응답하려면 먼저 요청 URL에 응답할 코드를 결정한 다음, 응답을 구성해야 한다.

모든 기술 스택에는 요청-응답 처리를 위한 방법이 있는데, 자바의 경우 서블릿(servlet)과 자바 서블릿 API를 사용한다. 서블릿은 요청을 받고 응답을 발생하는 역할을 하는 작은 서버라고 생각하면 된다.
 
ⓒ Getty Images Bank


URL과 엔드포인트 비교 

인터넷 사용자는 브라우저의 웹사이트 주소인 URL(Uniform Resource Locator)에 익숙하다. 개발자에게 URL은 웹서비스 엔드포인트(endpoint)이기도 하다. URL은 텍스트를 사용해 인터넷 리소스를 설명하고 찾는 표준 방법이다. 엔드포인트라는 용어는 웹서비스를 나타내는 URL을 가리킨다. 엔드포인트와 URL은 각기 다른 사용 영역을 나타내지만 같은 의미로 사용되는 경우가 많다.


소프트웨어 계층 

소프트웨어는 일련의 계층(layer)으로 볼 수 있다. 소프트웨어 시스템의 각 계층에는 그 상위 계층에서 필요로 하는 특정 기능이 포함된다. 예를 들어 하드웨어 계층은 펌웨어 계층 아래에 위치하면서 펌웨어의 기능을 지원한다. 마찬가지로 펌웨어 계층(PC의 BIOS 또는 맥의 EFI)은 운영체제를 실행하기 위해 필요하다. (그림 1)은 이 세 가지 구성 요소의 계층 구조를 보여준다.
 
그림 1. 소프트웨어 계층 ⓒMatthew Tyson.
소프트웨어 시스템을 하위 계층이 상위 계층의 컨테이너 역할을 하는 일련의 컨테이너로 볼 수도 있다. 각 계층은 다음 기능 레벨을 실행하기 위한 컨텍스트 역할을 한다. 즉 하드웨어는 펌웨어를 포함하고 펌웨어는 운영체제를 포함한다.
 

서버 측 자바

서버 측 자바 애플리케이션은 네트워크 엔드포인트 역할을 하면서 특정 URL에서 HTTP 요청을 수신하고 HTML 또는 JSON과 같은 상호 교환 가능한 형식으로 데이터를 돌려보내는 폭넓은 애플리케이션 클래스 중 하나다. 서버 측 자바는 표준화된 자바 서버 및 이런 서버와 상호작용하기 위한 기술로 구성된다. 자바 서블릿 API는 자바 서버와 상호작용하는 데 사용되는 표준이다.

- 자바 서버와 JVM
자바 기반 시스템에는 운영체제에 자바 애플리케이션 실행을 위한 일관된 환경을 제공하는 JVM이 포함된다. 자바 서버는 JVM 위에 위치한다. JVM이 운영체제와 자바 애플리케이션 사이의 중재자라면 자바 서버는 운영체제의 네트워킹과 프로세싱 기능에 대한 일관적이고 능률적인 액세스를 제공한다. 자바 애플리케이션은 서버 내에서 실행되며 자바 서블릿 API를 사용해 서버 기능에 액세스한다. 그림 2는 서버 측 자바의 소프트웨어 스택을 보여준다.


자바 서블릿 사양

그림 2. 서버 측 자바 스택. ⓒMatthew Tyson
자바 서블릿 사양은 자바 서버 및 관련 구성 요소를 위한 기반 정의를 제공한다. 이 사양은 HTTP를 통한 네트워크 상호작용 중에 서버가 요청과 응답을 보내는 방법을 정의한다. 모든 자바 서버는 자바 서블릿 사양과 호환되어야 한다. 현재 대부분의 자바 서버는 서블릿 4.0과 호환된다.

- 서블릿 4.0
자바 서블릿 사양은 버전마다 새로운 기능이 추가된다. 서블릿 4.0에는 HTTP/2 프로토콜 및 서버 푸시 메커니즘 지원이 포함된다. 서버 푸시는 서버가 특정 요청을 기다리는 대신 웹페이지에 필요한 자산을 미리 로드할 수 있게 해준다. 서블릿 4.0 사양에는 런타임에 URL 매핑을 찾는 기능인 런타임 검색(runtime discovery)도 포함된다.

- 자바용 이클립스 엔터프라이즈
서블릿 4.0은 제안된 JCP 교체안이 포함된 오픈소스 자바용 이클립스 엔터프라이즈(Eclipse Enterprise for Java, EE4J) 이니셔티브의 일부다.

실무적 관점에서 서블릿 사양의 작동 방식을 이해하고자 한다면 지금 기사를 생각해 보면 된다. 본지의 복잡다단한 인프라 어딘가에서 이 기사가 포맷되어 게시를 위해 제출된다. 기사는 URL을 받고 네트워크를 통해 이동해 서버에 도착한다. 서버는 아티팩트(기사)를 URL과 연결하고 GET 요청이 이 URL에 도달하면 이 기사를 HTML로 돌려준다.

자바 웹 애플리케이션을 만드는 경우, 자바 서버 내에서 실행되는 소프트웨어를 만든다. 애플리케이션은 서버 컨텍스트에 의해 제공되는 기능을 활용하는데, 이 기능 중 하나가 서블릿 API다. 이런 이유로 서블릿 사양을 구현하는 자바 서버를 서블릿 컨테이너라고도 한다.

서블릿을 만들려면 Servlet 인터페이스를 구현해 이를 서블릿 컨테이너 내에 배포한다. 그림 3에서 애플리케이션이 서블릿에 어떻게 의존하는지 볼 수 있다.


톰캣으로 서블릿 쓰기

그림 3. 자바 서블릿 상세 내용. ⓒMatthew Tyson
지금까지 개념을 파악했으니 자바 서블릿을 실제로 작성하는 단계로 들어가 보자.

가장 먼저 필요한 것은 서블릿 컨테이너, 다른 이름으로 자바 애플리케이션 서버다. 가장 많이 사용되는 서블릿 컨테이너는 톰캣(Tomcat)과 제티(Jetty)다. 여기서는 자바용으로 가장 오래된 애플리케이션 서버 중 하나인 톰캣을 사용한다. 톰캣은 무료이며 부가적인 요소가 거의 없으므로 예제를 간단히 살펴보는 데 적합하다. 

- 톰캣 다운로드 및 설치
아직 톰캣이 없다면 일단 톰캣 다운로드 페이지부터 시작한다. 여기서 윈도우 설치 프로그램 또는 컴퓨터에 맞는 ZIP 파일을 선택할 수 있다(예를 들어 필자의 경우 64비트 윈도우 zip 파일 다운로드). 이렇게 해서 자바 서버 계층이 운영체제에 추가됐다.

- 톰캣 실행 확인
더 진행하기 전에 톰캣을 실행할 수 있는지 여부를 확인하자. 윈도우 서비스를 시작하거나 명령줄에서 startup.sh 또는 startup.bat 파일을 실행한다. 

웹 브라우저를 열고 localhost:8080으로 이동하면 다음과 같은 화면이 열려야 한다. 
 
그림 4. 톰캣 첫 화면 ⓒMatthew Tyson

톰캣 실행에 문제가 있는 경우, 톰캣 문서를 참고해서 문제를 해결할 수 있다. 


톰캣 서블릿 예제 실행하기

이제 자바 서블릿을 보자. 톰캣에는 편리하게도 몇 가지 간단한 예제가 포함되어 있다.

톰캣 환경 페이지에서 개발자 빠른 시작(Developer Quick Start) 세션의 예제(Examples) 링크를 클릭한다. 그 다음 서블릿 예제(Servlet Examples) 링크를 클릭한다. 

이제 Hello World 샘플의 Execute 링크를 클릭해 간단한 서블릿 작동을 볼 수 있다. 링크를 클릭하면 브라우저가 http://localhost:8080/examples/servlets/servlet/HelloWorldExample URL로 이동하고, 여기서 전형적인 프로그래머 인사말을 볼 수 있다.

- 서블릿 소스코드 보기
브라우저의 뒤로 가기 화살표를 클릭한 다음 HelloWorld 앱의 소스(source) 링크를 클릭한다. 소스는 자료 1에 나와 있다.

자료 1. HelloWorld 예제의 소스코드

import java.io.*;

import javax.servlet.*;

import javax.servlet.http.*;

public class HelloWorld extends HttpServlet {

    public void doGet(HttpServletRequest request, HttpServletResponse response)

    throws IOException, ServletException

    {

        response.setContentType("text/html");

        PrintWriter out = response.getWriter();

        out.println("<html>");

        out.println("<head>");

        out.println("<title>Hello World!</title>");

        out.println("</head>");

        out.println("<body>");

        out.println("<h1>Hello World!</h1>");

        out.println("</body>");

        out.println("</html> 

   }

}


매우 간단한 이 코드 자료에는 자바 서블릿의 기본적인 구성 요소가 포함되어 있다. 단계별로 살펴보자.

첫 번째 줄은 표준 자바 가져오기(import)를 호출한다. 이후 프로그램은 HttpServlet 클래스를 확장하는 새 클래스를 정의한다. 서블릿은 서블릿 컨테이너 내에서의 실행을 위해 반드시 Servlet 인터페이스를 구현해야 하므로 이는 중요한 부분이다.

그 다음 HelloWorld 클래스는 doGet()라는 메소드를 정의한다. doGet()은 서블릿의 표준 메소드로, 서버에 HTTP GET 요청을 이 메소드로 라우팅할 것을 지시한다. POST와 같은 다른 HTTP 메소드는 doPOST와 같은 비슷한 이름의 메소드를 통해 처리된다.

doGet()에는 두 개의 매개변수(HttpServletRequest request, HttpServletResponse response)가 있다. 이 두 개체는 요청과 응답을 나타낸다. 이들은 코드가 요청을 처리하고 응답을 발행하기 위해 필요한 모든 액세스를 제공한다. 예를 들어 HelloWorld.doGet 서블릿 메소드에서 response 개체는 서버에 발행할 콘텐츠 유형 헤더를 알려주는 데 사용된다. 이 예제에서는 response.setContentType("text/html")이다.

마지막으로, 프로그램은 응답 response.getWriter()에서 자바 Writer 개체를 받는다. Writer는 브라우저로 반환할 간단한 HTML 응답을 생성하는 데 사용된다.


URL 매핑

자료 1의 구조 및 코드 흐름은 대체로 직관적이지만 한 가지 빠진 부분이 눈에 띈다.
http://localhost:8080/examples/servlets/servlet/HelloWorldExample URL을
HelloWorld.doGet 메소드와 연결해야 한다는 것을 서버가 어떻게 알까?

이 수수께끼에 대한 답은 애플리케이션 메타데이터에 있다. 모든 자바 웹 애플리케이션에는 URL을 서블릿에 매핑하는 방법을 서버에 알려주는 web.xml이라는 표준 메타데이터(Meta-data) 파일이 포함된다. 메타데이터는 소프트웨어 외부에서 소프트웨어의 작동을 제어하는 데 사용되는 정보다.

톰캣 예제 앱에서 web.xml의 위치는
\apache-tomcat-9.0.11\webapps\examples\WEB-INF\web.xml이다.
\WEB-INF\web.xml은 서블릿 메타데이터 파일의 표준 위치다. 이 파일을 열면 서버가 어떻게 구성되어 있는지 볼 수 있다. 자료 2의 web.xml에는 여기에 필요한 두 가지 정보가 있다.
 

자료 2. 톰캣 HelloWorld 예제의 소스코드


<?xml version="1.0" encoding="UTF-8"?>

<web-app xmlns="http://xmlns.jcp.org/xml/ns/javaee"

  xmlns:xsi="http://www.w3.org/2001/XMLSchema-instance"

  xsi:schemaLocation="http://xmlns.jcp.org/xml/ns/javaee

                      http://xmlns.jcp.org/xml/ns/javaee/web-app_4_0.xsd"

  version="4.0"

  metadata-complete="true">

<!-- ...CODE REMOVED FOR BREVITY... -->

    <servlet>

        <servlet-name>HelloWorldExample</servlet-name>

        <servlet-class>HelloWorldExample</servlet-class>

    </servlet>

    <servlet-mapping>

        <servlet-name>HelloWorldExample</servlet-name>

        <url-pattern>/servlets/servlet/HelloWorldExample</url-pattern>

    </servlet-mapping>

<!-- ...CODE REMOVED FOR BREVITY... --> 

</web-app>

자료 2는 자바 웹 애플리케이션 디스크립터의 스키마를 참조하는 일반적인 XML 파일 헤더를 보여준다. 그 뒤에 <servlet><servlet-mapping> 두 개의 항목이 나온다.

<servlet> 호출은 <servlet-name><servlet-class> 필드를 통해 HelloWorldExample 클래스에 논리적 이름인 HelloWorldExample을 할당한다. <servlet-mapping> 호출은 <url-pattern> 값에 논리적 이름을 할당하고, 이로써 코드를 URL에 연결한다.

<url-pattern> 필드는 유연한 URL 매핑의 다양성을 처리하기 위해 와일드카드를 지원한다.

- 다른 서블릿 기능
URL 매핑 외에, 서블릿은 필터링과 인증을 위한 부가적인 기능도 제공한다. 필터는 요청을 처리하는 데 사용되며 인증은 URL 패턴에 간단한 사용자 및 역할을 할당하는 데 사용된다. JSP(JavaServer Pages) 사양은 훨씬 더 강력한 방법의 HTML 생성을 지원한다.


결론

이번 기사에서는 자바 서버 내의 URL 요청과 응답 처리를 포함해 자바 서블릿의 개념을 살펴봤다. 서버 측 자바의 이런 기본 요소를 이해하면 서블릿 4.0에 새로 도입된 서버 푸시, 런타임 URL 매핑 검색과 같은 더 고급 개념을 통합하는 데 도움이 될 것이다. editor@itworld.co.kr