Chapter 3 Spring & Network

Huisu·2024년 8월 13일

CS

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AOP

Aspect-Oriented Programming

AOP(Aspect-Oriented Programming)
관점 지향 프로그래밍으로, 관점을 기준으로 다양한 기능을 분리하여 보는 프로그래밍. 관점이란 부가 기능과 그 적용처를 정의하고 합쳐서 모듈로 만든 것이다.

웹 애플리케이션이라면 사업에 핵심적인 비즈니스 로직이 있고, 애플리케이션을 관통하는 부가 기능 로직이 있음

여기서 부가 기능 로직을 횡단 관심사 (cross-cutting)이라고 함

ex) 로깅, 보안, 트랜잭션

예를 들어 모든 서비스가 동작하는 시간을 측정하고자 했을 때, AOP가 없다면 모든 서비스 메소드에 시간을 측정하는 코드를 추가해야 하는 대규모의 수정이 발생

이러한 경우에 횡단 관심사의 코드를 핵심 비즈니스 로직의 코드와 분리하여 코드의 간결성을 높이고 변경에 유연함과 무한한 확장이 가능하도록 하는 것이 목적

AOP → Proxy Patterm

예를 들어 클라이언트가 주문을 하는 위와 같은 상황이 있다고 가정

@Aspect를 적용하면 프록시를 만들어 줌
- 프록시는 대리인이라는 뜻으로 내가 원하는 횡단 관심사의 일을 수행하는 애
- 이외의 핵심 기능은 원래의 구현체인 OrderService에게 넘김
Proxy 를 만드는 첫 번째 방식 → 인터페이스 구현
- 클라이언트는 인터페이스만 알고 있고 실제로 주입되는 것이 뭐인지 모르게 함 → DI 활용
- 서비스와 레포지토리 모두 AOP로 구현되었다면 런타임 시 의존 관계는 아래와 같은 모습
Proxy 를 만드는 두 번째 방식 → 구체클래스 상속
- 프록시는 구체 클래스를 상속받으면서 동시에 필드로도 가지고 있어야 함
  - 핵심 기능은 타겟에게 위임하기 때문

@Aspect

Target
- 핵심 기능을 담고 있는 모듈로 부가 기능을 부여할 대상
Join Point
- 어드바이스가 적용될 수 있는 위치
- 타겟 객체가 구현한 인터페이스의 모든 메서드
Point Cut
- 어드바이스를 적용할 타겟의 메서드를 선별하는 정규표현식
- 포인트컷 표현식은 execuation으로 시작하고 메서드의Signature를 비교하는 방법을 주로 이용
Advice
- 어드바이스는 타겟의 특정 포인트에 제공할 부가 기능
Aspect
- Advice + Pointcut
- Aspect를 빈으로 등록해서 프록시를 만들고 관리

Annotation

Java Annotation

주석이라는 뜻
프로그램에 추가적인 정보를 제공해 주는 메타데이터
컴파일러에게 코드 작성 문법 에러를 체크하도록 정보 제공
소프트웨어 개발툴이 빌드나 배치 시 코드를 자동으로 생성할 수 있도록 정보 제공
런타임 시 특정 기능을 실행하도록 정보 제공 → 스프링에서 주로 사용하는 방법

Spring Annotation

스프링에서도 Custom Annotation을 사용해 입력값 검증이나 런타임 시 값 체크 수행 가능
어노테이션의 속성을 정의하는 어노테이션을 Meta Annotation이라고 함

@Documented
@Constraint(validatedBy = CategoriesExistValidator.class)
@Target( { ElementType.METHOD, ElementType.FIELD, ElementType.PARAMETER })
@Retention(RetentionPolicy.RUNTIME)
public @interface ExistCategories {

    String message() default "해당하는 카테고리가 존재하지 않습니다.";
    Class<?>[] groups() default {};
    Class<? extends Payload>[] payload() default {};
}

@Component
@RequiredArgsConstructor
public class CategoriesExistValidator implements ConstraintValidator<ExistCategories, List<Long>> {

    private final FoodCategoryRepository foodCategoryRepository;

    @Override
    public void initialize(ExistCategories constraintAnnotation) {
        ConstraintValidator.super.initialize(constraintAnnotation);
    }

    @Override
    public boolean isValid(List<Long> values, ConstraintValidatorContext context) {
        boolean isValid = values.stream()
                .allMatch(value -> foodCategoryRepository.existsById(value));

        if (!isValid) {
            context.disableDefaultConstraintViolation();
            context.buildConstraintViolationWithTemplate(ErrorStatus.FOOD_CATEGORY_NOT_FOUND.toString()).addConstraintViolation();
        }

        return isValid;

    }
}

@Target( { ElementType.METHOD, ElementType.FIELD, ElementType.PARAMETER }) : 어디에 적용될 어노테이션인지
@Retention(RetentionPolicy.RUNTIME): 언제 실행될 것인지

Lombok

getter, setter, equals와 같은 메소드를 자동으로 만들어 주는 라이브러리
@Data = @Getter + @Setter + @ToString + @EqualsAndHashCode + @RequiredArgsConstructor
boilerplate (재사용 가능한 코드)를 생성해 줌
많은 어노테이션을 포함한 만큼 각 어노테이션의 주의점을 모두 가짐
@EqualsAndHashCode: 객체를 Set에 저장한 뒤 필드값을 변경하면 hashCode가 변경되어 이전에 저장한 객체를 찾을 수 없음
@RequiredArgsConstructor: 초기화되지 않은 final 필드, @NonNull과 같이 제약 조건이 설정되어 있는 모든 필드에 대한 생성자를 자동으로 생성
- 예를 들어 int 멤버가 두 개 있는 클래스에 대한 객체를 만들고 두 멤버의 순서를 바꾸면, lombok이 생성자의 파라미터 순서를 필드 선언 순서에 따라 자동으로 변경해 줘 입력된 값이 바뀌어 들어감

Tomcat

웹 서버 vs HTTP 서버

웹 서버
- 웹 서버 소프트웨어와 웹 사이트의 구성 요소 파일을 저장하는 컴퓨터
- 하드웨어
HTTP 서버
- URL 및 HTTP를 이해하는 소프트웨어
- 웹 사이트의 도메인 이름을 통해 액세스할 수 있으며 호스팅된 웹 사이트의 콘텐츠를 최종 사용자의 장치로 전달
- 소프트웨어

아파치 서버

클라이언트에서 요청하는 HTTP 요청을 처리하는 웹서버
정적 타입 데이터만을 처리하기 때문에 톰캣이라는 것이 등장

톰캣

WAS (Web application server)
아파치 소프트웨어 재단에서 후원하고 있으며 오픈소스로 개발이 되고 있음
컨테이너, 웹 컨테이너, 서블릿 컨테이너
아파치 서버와는 다르게 DB 연결, 다른 응용프로그램과 상호 작용 등 동적인 기능 사용 가능

용어 정리

컨테이너: 동적인 데이터들을 가공하여 정적인 파일로 만들어 주는 모듈
서블릿: 클라이언트의 요청을 받고 요청을 처리하여 결과를 클라이언트에게 제공하는 자바 인터페이스
서블릿 컨테이너: 서블릿들을 모아 관리
WAS: 동적 타입을 제공하는 소프트웨어 프레임워크

Netty

비동기 이벤트 기반 네트워크 응용프로그램 프레임워크
자바 소켓 프로그래밍에 비해 네티의 추상화로 인해 편하고 간결하게 네트워크 프로그래밍 가능
소켓의 모드와 상관없이 개발할 수 있도록 추상화된 전송 API를 제공
소켓 모드를 바꾸기 위해서 데이터 송수신 부분의 로직을 고치지 않아도 됨
안정적이고 빠른 속도를 자랑

HTTP

HyperText Transfer Protocol의 약자로 주로 HTML과 같은 HyperText 문서를 주고받기 위해 만들어짐
비연결성과 무상태성의 특성
비연결성
- 처음 연결을 맺은 후 요청과 한 번의 응답 이후 연결 종료
- 매 요청마다 다시 연결
무상태성
- 프로토콜에서 Client의 상태를 기억하지 않음
- Client의 상태를 보관하기 위해 쿠키나 세션, JWT 토큰 등을 이용

대칭키

암복호화에 사용하는 키 동일
암호화 속도가 빠름
키를 교환해야 하는 문제, 탈취 관리 걱정
기밀성을 제공하거나 무결성/인증/부인방지를 보장하지는 않음
SEED, DES, 3DES, AES, ARIA

공개키

암복호화에 사용하는 키 다름
속도가 느림
기밀성/인증/부인방지 기능 제공
방식
- 암호 모드: 송신자 공개키로 암호화 → 송신자 사설키로 복호화
- 인증 모드: 송신자 사설키로 암호화 → 송신자 공개키로 복호화
RSA, DSA, ECC

SSL과 TLS

	Secure Sockets Layer	Transport Layer Security
의미	보안 소켓 계층	전송 보안 계층
버전	TLS로 대체	SSL의 업그레이드 버전
알림	두 가지의 알림 메시지만 존재하며 암호화 X	다양한 암호 메시지가 존재하며 암호화 O
메시지	MAC 사용	HMAC 사용
암호	구식 암호화 알고리즘	고급 암호화 알고리즘
핸드셰이트	핸드셰이트 단계가 많고 느림	핸드셰이크 단계가 적고 빠름

핸드셰이크는 브라우저가 서버의 SSL 또는 TLS 인증서를 인증하는 프로세스
양 당사자를 인증한 다음 암호화 키를 교환
SSL 핸드셰이크는 명시적 연결인 반면 TLS 핸드셰이크는 암시적 연결

WebSocket vs Socket

WebSocket

푸시나 채팅 알림은 내가 요청을 해야 오는 알림이 아닌 서버에서 변동 사항이 있으면 사용자에게 자동으로 보내는 알림
HTTP로 일정 시간이 지나면 HTTP 요청을 발생시켜서 정보를 얻을 수 있음 → HTTP polling
서버 측에서 먼저 응답을 보내는 요청을 발생시키는 것이 어려움
WebSocket: 클라이언트와 서버간의 TCP 연결을 길게 유지하고, 서로 양방향으로 데이터를 전달하게 해 주는 통신 규약
푸시 알림처럼 서버에서만 보내는 알림은 Server Side Event (SSE) 사용하기도 함
WebSocket 통신 단계
1. HTTP에 Upgrade라는 헤더를 포함해서 WebSocket을 사용할 것이라고 명시 → Protocol Handshake
2. 이후 서버에서 사용해도 된다며 100 번대 Handshake 응답을 보내고 웹소켓을 사용하기 위한 준비 단계 돌입
3. 이후 연결이 종료될 때까지 양방향 통신

Socket

TCP/ID 모델엠서 어플리케이션 계층의 Application Layer에서 애플리케이션이 네트워크 통신을 할 수 있게 해 주는 인터페이스
소켓은 애플리케이션이 네트워크 스택을 직접 다루지 않고 운영체제를 통해 통신하도록 하여 보안과 안정성 유지
네트워크 상에서 소켓은 두 프로그램 간 양방향 통신의 엔드포인트
소켓은 IP 주소와 포트 번호의 조합 → 특정 애플리케이션을 식별하고 TCP나 UDP를 통해 데이터가 해당 애플리케이션으로 전달될 수 있게 하기 위함

Socket의 실행 흐름

클라이언트 입장

클라이언트 소켓 생성
- 연결 대상에 대한 정보가 들어 있지 않은 껍데기 소켓 생성
- TCP → stream 타입 소켓, UDP → 데이터그램 타입 소켓
연결 요청
- 연결하고 싶은 대상에게 연결 요청 → IP 주소와 서비스 포트 번호로 연결하고 싶은 타겟 대상 특정
- 단순히 요청을 보내서 끝나는 것이 아니고, 그 요청에 대한 결과가 돌아와야지만 Connect의 실행이 끝
데이터 송수신
- 요청을 보낸다고 끝나는 게 아니라 요청에 대한 결과가 들어와야 실행 종료
- 송신할 때는 데이터를 보내는 것이기 때문에 데이터를 얼마나 보낼 것인지 알 수 있지만, 수신할 때는 상대방이 데이터의 크기를 알 수 없음
- 수신하는 API 는 별도의 Thread에서 진행
소켓 닫기
- 더 이상 데이터의 송수신이 없다고 판단되면 소켓 닫기

서버 입장

서버 소켓 생성
- 클라이언트 소켓과 마찬가지로 연결 대상에 대한 정보가 없는 껍데기 소켓 생성
바인딩
- 네트워크 스택에서 소켓을 식별할 때는 여러 값을 바인드해 줘야 함
- IP 버전, 포트, 소켓 타입 등을 바인드
- 바인드 후에 소켓 식별이 가능해짐
- bind() 콜은 서버에만 존재하고 클라이언트에는 없는 콜
- 바인드가 없으면 운영체제가 아무 포트 번호만 사용해 버림
- 서버는 포트 번호가 일정해야 하기 때문에 바인드 필요
- 하나의 프로세스는 동일한 포트 번호를 가진 여러 소켓을 결합할 수 있음
  - 채팅 앱 등등
  - 일을 분산시킴 fork() 콜
listen() - TCP만
- 소켓이 최대로 받을 연결 개수를 지정하는 함수
accept() - TCP만
- 바로 데이터를 송수신하지 않고 객체와 주체간의 논리적 연결 생성
- 3-way handshake 는 네트워크 스택에서 처리
recv() - TCP / recvform() - UDP
- TCP
  - accept를 통해 세션이 수립된 후 fork()를 호출해 실제 수신, 응답에 필요한 나머지 처리를 자식 프로세스에서 처리
  - 자식 프로세스는 recv()를 사용하고 wait 상태에 들어가 네트워크 스택이 데이터를 소켓에 보내 주기를 기다림
  - 이후 read() 시스템 콜을 통해 소켓 파일에 있는 데이터를 읽음
- UDP
  - listen() accept()를 거치지 않고 bind()를 하자마자 fork()를 통해 자식 프로세스를 만듦
  - recvform() 시스템 콜을 통해 데이터를 기다림
  - read() 로 UDP 소켓에서 필요한 데이터를 읽어들여 애플리케이션에서 사용
close()
- 사용한 소켓 파일 삭제

TCP/UDP

Transport Layer

전송 계층은 전송을 담당하는 계층
전송 계층에는 TCP 뿐만 아니라 사용자 데이터그램 통신 규약(User Datagram Protocol)도 존재
데이터 단위는 세그먼트

TCP

Transmission Control Protocol
전송을 제어하는 규약
TCP는 패킷을 추적 및 관리하고 IP는 데이터의 배달을 처리
단점
- 데이터로 보내기 전에 반드시 연결되어야 함
- 1:1 통신만 가능
- 고정된 통신 선로가 최단선이 아닐 경우 상대적으로 UDP보다 데이터 전송 속도가 느림
특징
- 연결형 서비스로 연결이 성공해야 통신 가능
- 데이터의 경계를 구분하지 않음
- 데이터의 전송 순서 보장
  - 데이터의 순서 유지를 위해 각 바이트마다 번호가 부여됨
- 신뢰성 있는 데이터 전송
  - Sequence Number: TCP 세그먼트의 연속된 데이터 번호
  - Ack Number: 상대방으로부터 받아야 하는 다음 TCP 세그먼트 데이터 번호
- 데이터 흐름 제어 및 혼잡 제어
- 연결의 설정 (3-way Handshake)와 해제 (4-way Handshake)

3-way Handshake

클라이언트에서 서버에 연결 요청을 하기 위해 SYN 데이터 전송
서버에서 해당 포트가 listen() 상태로 SYN 데이터를 받고 SYN_RCV로 상태가 변경
요청을 정상적으로 받았다는 대답 ACK과 클라이언트도 포트를 열어 달라는 SYN를 같이 전송
클라이언트에서는 ACK + SYN을 같이 받은 후 established로 상태를 변경하고 ACK 전송
ACK를 받은 서버는 상태가 established로 변경

UDP

User Datagream Protocol
비연결 지향적 프로토콜
데이터를 주고받을 때 연결 절차를 거치지 않고 발신자가 일방적으로 데이터를 발신하는 방식
연결 과정이 없어 TCP보다 빠른 전송이 가능하지만 데이터가 유실될 수도 있고, 데이터 간의 전송 순서가 보장되지 않음
데이터그램 방식: 데이터 전송 전에 송수신자 사이에 가상 회선이라 불리는 논리적 경로를 설정하지 않고 패킷들이 각기 독립적으로 전송
패킷 관리 필요

Huisu

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Aspect-Oriented Programming

AOP → Proxy Patterm

@Aspect

Annotation

Java Annotation

Spring Annotation

Lombok

Tomcat

웹 서버 vs HTTP 서버

아파치 서버

톰캣

용어 정리

Netty

HTTP

HTTP

대칭키

공개키

SSL과 TLS

WebSocket vs Socket

WebSocket

Socket

Socket의 실행 흐름

TCP/UDP

Transport Layer

TCP

3-way Handshake

UDP

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