HTTP 서버 프로그램 - 커맨드 패턴
강의 : 김영한의 실전 자바 - 고급 2편, I/O, 네트워크, 리플렉션
8. HTTP 서버 프로그램 - 커맨드 패턴
아래와 같이 /, /site1, /site2, /search 경로로 이동 가능한 간단한 웹페이지 서버를 만든다.
서버는 여러 클라이언트(브라우저)의 요청을 처리할 수 있어야 한다.
그리고 경로 별 기능은 커맨더 패턴을 활용해 수정, 추가가 편리하도록 개발한다.
8-1. HttpRequest
클라이언트의 Http 요청을 받아 시작라인과 헤더를 파싱해 저장한다.
시작 라인은 method, path, query parameter를 가진다.
public class HttpRequest {
private final String method;
private final String path;
private final Map<String, String> queryParameters = new HashMap<>();
private final Map<String, String> headers = new HashMap<>();
public HttpRequest(BufferedReader reader) throws IOException {
parseRequestLine(reader);
parseHeaders(reader);
// 메시지 바디는 이후에 처리
}
private void parseRequestLine(BufferedReader reader) throws IOException {
String requestLine = reader.readLine();
if (requestLine == null) throw new IOException("EOF: No request line received");
String[] parts = requestLine.split(" ");
if (parts.length != 3) throw new IOException("Invalid request line: " + requestLine);
method = parts[0];
String[] pathParts = parts[1].split("\\?");
path = pathParts[0];
if (pathParts.length > 1) parseQueryParameters(pathParts[1]);
}
private void parseQueryParameters(String queryString) {
for (String param : queryString.split("&")) {
String[] keyValue = param.split("=");
String key = URLDecoder.decode(keyValue[0], StandardCharsets.UTF_8);
String value = keyValue.length > 1 ? URLDecoder.decode(keyValue[1], StandardCharsets.UTF_8) : "";
queryParameters.put(key, value);
}
}
private void parseHeaders(BufferedReader reader) {
String line;
while (!(line = reader.readLine()).isEmpty()) {
String[] headerParts = line.split(":");
headers.put(headerParts[0].trim(), headerParts[1].trim());
}
}
public String getMethod() {
return method;
}
public String getPath() {
return path;
}
public String getParameter(String name) {
return queryParameters.get(name);
}
public String getHeader(String name) {
return headers.get(name);
}
@Override
public String toString() {
return "HttpRequest{" +
"method='" + method + '\'' +
", path='" + path + '\'' +
", queryParameters=" + queryParameters +
", headers=" + headers +
'}';
}
}
8-2. HttpResponse
클라이언트에 응답할 Http 메시지를 만들어 보낸다.
Status code, Status message, 응답 헤더를 설정하고 메시지 바디를 작성해 클라이언트에게 전송한다.
public class HttpResponse {
private final PrintWriter writer;
private int statusCode = 200;
private final StringBuilder builder = new StringBuilder();
private String contentType = "text/html; charset=UTF-8";
public HttpResponse(PrintWriter writer) {
this.writer = writer;
}
public void setStatusCode(int statusCode) {
this.statusCode = statusCode;
}
public void setContentType(String contentType) {
this.contentType = contentType;
}
public void writeBody(String body) {
bodyBuilder.append(body);
}
public void flush() {
int contentLength = bodyBuilder.toString().getBytes(StandardCharsets.UTF_8).length;
writer.println("HTTP/1.1 " + statusCode + " " + getReasonPhrase(statusCode));
writer.println("Content-Type: " + contentType);
writer.println("Content-Length: " + contentLength);
writer.println();
writer.println(bodyBuilder);
writer.flush();
}
private String getReasonPhrase(int statusCode) {
switch (statusCode) {
case 200:
return "OK";
case 404:
return "Not Found";
case 500:
return "Internal Server Error";
default:
return "Unknown Status";
}
}
}
8-3. Servlet
/, /site1, /site2, /search 경로 별 기능을 각 Servlet에 구현한다. Servlet은 앞선 채팅 프로그램의 Command와 동일한 역할을 한다.
그리고 요청에 맞는 적절한 Servlet을 찾고 관리하는 ServletManager를 구현한다. ServletManager는 앞선 채팅 프로그램의 CommandManager와 동일한 역할을 한다.
public interface HttpServlet {
public void service(HttpRequest request, HttpResponse response) throws IOException;
}
public class HomeServlet implements HttpServlet {
@Override
public void service(HttpRequest request, HttpResponse response) throws IOException {
response.writeBody("<h1>home</h1>");
response.writeBody("<ul>");
response.writeBody("<li><a href='/site1'>site1</a></li>");
response.writeBody("<li><a href='/site2'>site2</a></li>");
response.writeBody("<li><a href='/search?q=hello'>검색</a></li>");
response.writeBody("</ul>");
}
}
public class Site1Servlet implements HttpServlet {
@Override
public void service(HttpRequest request, HttpResponse response) throws IOException {
response.writeBody("<h1>site1</h1>");
}
}
public class Site2Servlet implements HttpServlet {
@Override
public void service(HttpRequest request, HttpResponse response) throws IOException {
response.writeBody("<h1>site2</h1>");
}
}
public class SearchServlet implements HttpServlet {
@Override
public void service(HttpRequest request, HttpResponse response) throws IOException {
String query = request.getParameter("q");
response.writeBody("<h1>Search</h1>");
response.writeBody("<ul>");
response.writeBody("<li>query: " + query + "</li>");
response.writeBody("</ul>");
}
}
public class DiscardServlet implements HttpServlet {
@Override
public void service(HttpRequest request, HttpResponse response) throws IOException {
}
}
public class InternalErrorServlet implements HttpServlet {
@Override
public void service(HttpRequest request, HttpResponse response) throws IOException {
response.setStatusCode(500);
response.writeBody("<h1>Internal Error</h1>");
}
}
public class NotFoundErrorServlet implements HttpServlet {
@Override
public void service(HttpRequest request, HttpResponse response) throws IOException {
response.setStatusCode(404);
response.writeBody("<h1>404 페이지를 찾을 수 없습니다.</h1>");
}
}
public class ServletManager {
private final HashMap<String, HttpServlet> servletMap = new HashMap<>();
private HttpServlet defaultServlet;
private HttpServlet notFoundErrorServlet = new NotFoundErrorServlet();
private HttpServlet internalErrorServlet = new InteralErrorServlet();
public ServletManager() {}
public void add(String path, HttpServlet servlet) {
servletMap.put(path, servlet);
}
public void setDefaultServlet(HttpServlet defaultServlet) {
this.defaultServlet = defaultServlet;
}
public void setNotFoundErrorServlet(HttpServlet notFoundErrorServlet) {
this.notFoundErrorServlet = notFoundErrorServlet;
}
public void setInternalErrorServlet(HttpServlet internalErrorServlet) {
this.internalErrorServlet = internalErrorServlet;
}
public void execute(HttpRequest request, HttpResponse response) throws IOException {
try {
HttpServlet servlet = servletMap.getOrDefault(request.getPath(), defaultServlet);
if (servlet == null) throw new PageNotFoundException("request url= " + reuest.getPath());
servlet.service(request, response);
} catch (PageNotFoundException e) {
e.printStackTrace();
notFoundErrorServlet.service(request, response);
} catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
internalErrorServlet.service(request response);
}
}
}
8-4. HttpServer
HttpServer는 여러 클라이언트의 요청을 동시에 처리할 수 있도록 요청을 처리하는 작업을 HttpRequestHander에 구현한다.
HttpRequestHandler는 ExecutorService 에서 실행될 수 있도록 Runnable 인터페이스를 구현한다.
ExecutorService는 10개의 스레드 풀을 가지고 요청이 들어오면 HttpRequestHandler가 동작하고
ServletManager에서 요청을 처리할 HttpServlet을 찾아 실행한다.
public class HttpRequestHandler implements Runnable {
private final Socket socket;
private final ServletManager servletManager;
public HttpRequestHandler(Socket socket, ServletManager servletManager) {
this.socket = socket;
this.servletManager = servletManager;
}
@Override
public void run() {
try {
process(socket);
} catch (IOException e) {
throw new RuntimeException(e);
}
}
private void process(Socket socket) throws IOException {
try (socket;
BufferedReader reader = new BufferedReader(new InputStreamReader(socket.getInputStream(), UTF_8));
PrintWriter writer = new PrintWriter(socket.getOutputStream(), false, UTF_8)) {
HttpRequest request = new HttpRequest(reader);
HttpResponse response = new HttpResponse(writer);
log("HTTP 요청: " + request);
servletManager.execute(request, response);
response.flush();
log("HTTP 응답 완료");
}
}
}
public class HttpServer {
private final ExecutorService es = Executors.newFixedThreadPool(10);
private final int port;
private final ServletManager servletManager;
public HttpServer(int port, ServletManager servletManager) {
this.port = port;
this.servletManager = servletManager;
}
public void start() throws IOException {
ServerSocket serverSocket = new ServerSocket(port);
while (true) {
Socket socket = serverSocket.accept();
es.submit(new HttpRequestHandler(socket, servletManager));
}
}
}
public class ServerMainV5 {
private static final int PORT = 12345;
public static void main(String[] args) throws IOException {
ServletManager servletManager = new ServletManager();
servletManager.add("/", new HomeServlet());
servletManager.add("/site1", new Site1Servlet());
servletManager.add("/site2", new Site2Servlet());
servletManager.add("/search", new SearchServlet());
servletManager.add("/favicon.ico", new DiscardServlet());
HttpServer server = new HttpServer(PORT, servletManager);
server.start();
}
}
8-5. 웹 애플리케이션 서버의 역사
위에 작성한 HttpServer를 활용하면 복잡한 네트워크, 멀티스레드, HTTP 메시지 파싱에 대한 부분을 해결해줘,
HttpServlet의 구현체만 만들면 쉽게 HTTP 서비스를 개발할 수 있다.
웹 애플리케이션 서버(WAS)는 웹(HTTP)를 기반으로 작동하는 서버인데, 이 서버를 통해서 프로그램의 코드도 실행할 수 있는 서버를 말한다.
프로그램 코드는 서블릿 구현체들이다.
HTTP와 웹이 처음 등장하면서 많은 회사에서 직접 HTTP 서버와 비슷한 기능을 개발했다.
그런데 문제는 각 회사에서 만든 서버 간에 호환성이 없어 서버를 변경하려면 코드를 많이 수정해야 했다.
이런 문제를 해결하기 위해 1990년대 자바 진영에서 Servlet이라는 표준이 등장한다.
Servlet은 Servlet, HttpServlet, ServletRequest, ServletResponse 등 많은 표준을 제공한다.
HTTP 서버를 만드는 회사들은 모두 서블릿을 기반으로 기능을 제공한다.
처음에는 javax.servlet 패키지를 사용했는데, 이후에 jakarta.servlet으로 변경된다.
Apache Tomcat, Jetty Oracle WebLogic 등이 서블릿을 제공하는 WAS 이다.
HTTP 서버를 만드는 회사들이 서블릿을 기반으로 기능을 제공하기 때문에 개발자는 jakarta.servlet.Servlet 인터페이스를 구현하면 된다.
그리고 Apache Tomcat 같은 애플리케이션 서버에서 작성한 Servlet 구현체를 실행할 수 있다.
만약 HTTP 서버를 다른 종류로 변경해도 기능 변경 없이 서블릿들을 그대로 사용할 수 있다.
표준화된 서블릿 스펙 덕분에 애플리케이션 서버를 제공하는 회사들은 각자의 경쟁력을 키우기 위해 성능 최적화나 부가 기능, 관리 도구 등의 차별화 요소에 집중할 수 있고
개발자들을 서버에 종속되지 않는 코드를 작성할 수 있는 자유를 얻게 되었다.
이런 표준화 덕분에 자바 웹 애플리케이션 생태계는 크게 발전할 수 있었다.