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WebSocket
WebSocket
개요
WebSocket 은 HTTP 환경에서 소켓 통신을 지원하기 위한 Spring 기술이다. Spring 은 기본적으로 WebSocket sub-protocol 로 STOMP 를 사용한다.
(RFC6455는 웹 어플리케이션을 위한 새 기능으로 WebSocket protocol을 정의한다. 서버와 클라이언트간 양방향 통신(full-duplex)을 지원하는데, 이것은 웹을 좀 더 인터랙티브하게 만들기 위해 사용하였던 java applet, XMLHttpRequest, Flash, ActiveX 등의 기술을 대체하기 위한 중요한 기능이 될 수 있다.)
HTTP 는 초기 handshake (protocol upgrade or switch 요청이고 서버가 동의하는 경우 101 응답을 내려 줌)를 위해서만 사용되며, handshake 가 성공하면 HTTP upgrade 요청에 기인하는 TCP 소켓이 open 된 채 서버와 클라이언트간 통신을 처리한다.
- Spring Framework 4.0 에서는 새로운 spring-websocket module 을 포함하며 이를 통해 복잡한 WebSocket 을 지원하고, 이 모듈은 Java WebSocket API (JSR356) 과 호환되며 추가적인 기능을 제공한다.
Spring Framework 4.0 WebSocket 지원 기능
WebSocket을 위한 요구사항.
- Java EE 7, JDK 7
- Servlet 3.1 ( Container : Apache Tomcat 7.0.47+, Eclipse Jetty 9.0+, GlassFish 4.0+ )
- Spring MVC 4.0이상 (eGov 3.5에 포함)
- websocket을 지원하는 브라우저 websocket 브라우저 테스트 페이지
1. WebSocket Fallback Options
WebSocket은 Servlet 3.1에서 제공하기 시작한 기능을 이용하여 구현된 기술로서 모든 브라우저가 WebSocket을 지원하지는 않는다(IE는 10부터 지원). 따라서 WebSocket을 지원하지 않는 브라우저의 경우 해당 기능을 사용할 수 없고, 몇몇 Proxy 에서는 긴 연결상태를 강제로 끊어버리는 등의 오작동이 있을 수 있다. (관련 대안으로 fallback option을 지원하도록 구성된 Spring framework의 SockJS protocol 참고 - Spring 설정을 활성화 시킴으로서 쉽게 Application 에 적용 가능)
2. Messaging Architecture
기존에 구성하던 방식의 개발방법인 REST는 Web application 개발에 있어 많은 URL (noun) 과 몇개의 HTTP method (verbs), 그리고 상태와 무관한 architecture 를 사용한다.
WebSocket application 에서는 초기 HTTP handshake 에서만 하나의 URL 을 사용하고, 그 후의 모든 메시지는 handshake 시 맺어진 TCP 연결을 통해서 전송된다. 이것은 전통적인 messging application (JMS, AMQP) 과 가까운 비동기, event-driven, messaging 아키텍처를 사용하는 것이다.
Spring Framework 4.0 에서는 spring-messging 모듈을 통해 기능을 제공하는데, 이 모듈은 스프링 통합 프로젝트에서 사용하는 Message, MessageChannel, MessageHandler 와 같은 추상화된 개념을 제공하여 messaging archtecture 의 근간이 된다. 이 모듈은 Spring MVC annotaion 기반의 programming model 과 유사하게 작성할 수 있도록 몇 가지 annotation 을 포함하고 있다.
3. Sub-Protocol Support in WebSocket
WebSocket 은 messaging architecture 를 함축하지만 특정 messaging protocol 사용을 강제하지 않는다. 이것은 매우 얇은 layer 이며 단순히 TCP 위에서 일련의 byte 스트림들을 메시지로 변환하는 것에 지나지 않는다. 메시지의 의미 해석은 Application 에 맡겨둔 채 말이다.
HTTP (이것은 application level protocol 이다.) 와 달리 WebSocket 의 protocol 은 단순화 하여 어떻게 처리할지 어디로 route 할지에 대한 충분한 정보가 제공되지 않는 저수준으로 제공된다. 이러한 이유로 WebSocket RFC 에서는 sub-protocol 들의 사용을 정의하였다. handshake 사용 중 클라이언트와 서버는 Sec-WebSocket-Protocol 헤더를 사용할 수 있고 이를 통해 서로 통신할 sub protocol 을 합의한다. WebSocket 은 sub-protocol 을 강제하지 않기에 필수적인 것은 아니지만 이 경우 client/server 는 서로 message 포맷에 대해 합의되어야 한다.
Spring 은 STOMP 지원을 제공하며 이는 HTTP 와 유사한 형태로 script 언어에서 사용을 위해 만들어진 것이다. STOMP 는 널리 지원되고 WebSocket 사용에 적합하다.
4. WebSocket 을 사용하여야 하는가?
WebSocket 은 서버와 클라이언트가 적은 지연에 매우 빈번하게 이벤트를 교환해야 할 경우에 적합하다. 이는 finance, game, collaboration 등의 application 일 수 있다. 이들은 모두 time delay 에 민감하고 매우 빈번하게 많은 종류의 메시지를 교환해야 한다.
social, news feed 와 같은 경우는 단순 polling 으로 충분하다. 이들은 latency 가 중요한 요소가 아니다. latency 가 중요하더라도 message 의 크기가 작다면 (network failure check 같은) long polling 이 충분한 대안이 될 수 있다.
low latency 와 high frequency 가 중요한 경우에는 WebSocket 이 적합하다. 하지만 이러한 경우에도 모든 client-server 통신이 WebSocket 을 이용해야 하는 지는 application 에 따라 다를 수 있다. 최적의 경우를 생각하여 client 가 사용할 수 있는 대안으로서 WebSocket 과 REST API 를 모두 제공해야 할 수도 있다. 이 경우 REST 호출을 통해 특정 메시지를 WebSocket 클라이언트들에게 모두 전달될 필요가 있을 수도 있다.
Spring Framework 는 @Controller, @RestController 클래스에 HTTP 핸들링 메소드와 WebSocket 핸들링 메소드를 사용할 수 있다. 게다가 Spring MVC 요청 핸들링 메소드는 모든 WebSocket 클라이언트에 메시지를 전달하거나 특정 사용자에게만 전달하는 것을 쉽게 제공한다.
WebSocket API
Spring Framework 는 다양한 WebSocket Engine 에 적합하게 설계되었다. 예를 들어 Tomcat (7.0.47+) or GlassFish (4.0+), WildFly (8.0+) JSR-356 런타임상에서 구동하거나 Jetty (9.1+) 에서와 같이 native WebSocket 지원 환경에서 구동할 수 있다.
직접적인 WebSocket API 를 application 개발에 사용하는 것은 매우 저수준의 행위까지 설계해야 한다. 메시지 포맷에 대한 것 또는 annotation 을 통한 message 라우팅 같은 것을 지원하도록 application 에서는 sub-protocol 을 사용하는 것이 좋으며, 이러한 맥락에서 Spring 은 STOMP over WebSocket 을 지원한다.
Spring WebSocket 지원 살펴보기
1. WebSocketHandler 설정
Spring 은 WebSocketHandler 를 구현함으로 WebSocket 서버를 만드는 것을 지원한다. WebSocketHandler 는 TextWebSocketHandler 나 BinaryWebSocketHandler 로 세분화 되어 있다.
import org.springframework.web.socket.WebSocketHandler;
import org.springframework.web.socket.WebSocketSession;
import org.springframework.web.socket.TextMessage;
public class MyHandler extends TextWebSocketHandler {
@Override
public void handleTextMessage(WebSocketSession session, TextMessage message) {
// ...
}
}
특정 URL 에 WebSocketHandler 를 설정하는 Java-Config 설정
import org.springframework.web.socket.config.annotation.EnableWebSocket;
import org.springframework.web.socket.config.annotation.WebSocketConfigurer;
import org.springframework.web.socket.config.annotation.WebSocketHandlerRegistry;
@Configuration
@EnableWebSocket
public class WebSocketConfig implements WebSocketConfigurer {
@Override
public void registerWebSocketHandlers(WebSocketHandlerRegistry registry) {
registry.addHandler(myHandler(), "/myHandler");
}
@Bean
public WebSocketHandler myHandler() {
return new MyHandler();
}
}
동일 설정을 위한 XML Config 설정
<beans xmlns="http://www.springframework.org/schema/beans"
xmlns:xsi="http://www.w3.org/2001/XMLSchema-instance"
xmlns:websocket="http://www.springframework.org/schema/websocket"
xsi:schemaLocation="
http://www.springframework.org/schema/beans
http://www.springframework.org/schema/beans/spring-beans.xsd
http://www.springframework.org/schema/websocket
http://www.springframework.org/schema/websocket/spring-websocket.xsd">
<websocket:handlers>
<websocket:mapping path="/myHandler" handler="myHandler"/>
</websocket:handlers>
<bean id="myHandler" class="org.springframework.samples.MyHandler"/>
</beans>
위의 설정은 Spring 의 DispatcherServlet 을 사용하는 설정이다. 하지만 Spring 은 다른 Web 개발 환경에서 WebSocketHandler 를 사용할 수 있도록 WebSocketHttpRequestHandler 를 지원한다.
2. WebSocket Handshaking 커스터마이즈
초기 WebSockethandshake 를 커스터마이징 하는 가장 손쉬운 방법은 HandshakeInterceptor 를 사용하는 것인데 이것은 handshake 하는 것에 대한 before 와 after 처리를 기술할 수 있다. 이것은 handshake 를 준비하기 위해 사용되거나 WebSocketSession 에서 특정 attribute 를 이용할 수 있도록 하는데 사용된다. 아래는 Spring 에서 제공되는 interceptor 로 http 세션 attribute 를 WebSocketSession 에 전달해 주는 일을 한다.
@Configuration
@EnableWebSocket
public class WebSocketConfig implements WebSocketConfigurer {
@Override
public void registerWebSocketHandlers(WebSocketHandlerRegistry registry) {
registry.addHandler(new MyHandler(), "/myHandler")
.addInterceptors(new HttpSessionHandshakeInterceptor());
}
}
<beans xmlns="http://www.springframework.org/schema/beans"
xmlns:xsi="http://www.w3.org/2001/XMLSchema-instance"
xmlns:websocket="http://www.springframework.org/schema/websocket"
xsi:schemaLocation="
http://www.springframework.org/schema/beans
http://www.springframework.org/schema/beans/spring-beans.xsd
http://www.springframework.org/schema/websocket
http://www.springframework.org/schema/websocket/spring-websocket.xsd">
<websocket:handlers>
<websocket:mapping path="/myHandler" handler="myHandler"/>
<websocket:handshake-interceptors>
<bean class="org.springframework.web.socket.server.support.HttpSessionHandshakeInterceptor"/>
</websocket:handshake-interceptors>
</websocket:handlers>
<bean id="myHandler" class="org.springframework.samples.MyHandler"/>
</beans>
좀 더 고급 옵션을 적용하려면 DefaultHandshakeHandler 를 확장하여야 한다. 이것은 validating, client origin, sub-protocol 협의 및 기타 여러가지를 포함하고 있다. application 은 특정 WebSocket server engine 이나 아직 지원하지 않는 버전에 대한 지원을 위해서 커스텀 RequestUpgradeStrategy 를 설정할 필요가 있다.
3. WebSocketHandler Decoration
Spring 은 WebSocketHandlerDecorator 기본 클래스를 제공한다. 이것은 WebSocketHandler 에 추가적인 행위를 decorate 하는데 사용된다. Logging, Exception Handling WebSocketHandlerDecorator 구현이 Java-config 나 XML config 를 통해서 기본적으로 제공되고 있다. ExceptionWebSocketHandlerDecorator 는 WebSocketHandler 에서 발생하는 처리되지 않은 모든 예외를 catch 하여 Server error 를 나타내기 위해 1011 status code 로 응답한다.
4. 배포 고려사항
Spring WebSocket API 는 Spring MVC application 과 통합이 쉽다. 그것은 Dispatcher Servlet 이 HTTP WebSocket handshake 뿐만 아니라 다른 HTTP 요청도 서비스 하기 때문이다. WebSocketHttpRequestHandler 를 사용하면 다른 HTTP 처리 시나리오 (Spring MVC 이외의 다른 Web Framework 와 같은) 와도 쉽게 결합할 수 있다. 그러나 JSR-356 runtime 에 특별한 고려사항이 있다.
Java WebSocket API (JSR-356) 는 두가지 배포 메커니즘을 제공한다. 첫번째는 시작 시 Servlet container classpath scan (Servlet 3 의 기능) 에 관한 것이고 다른 것은 Servlet container 초기화에서 사용하기 위한 registration API 에 관한 것이다. 이것 중 어느 것도 모든 HTTP 요청을 처리하는 단일 front controller 를 사용하지 못한다. 즉 DispatcherServlet 은 원칙적으로 WebSocket handshake 와 다른 모든 HTTP 요청에 대해서 사용할 수 없다.
이것은 JSR-356 이 가지는 매우 중요한 한계인데 Spring 의 WebSocket 지원은 JSR-356 runtime 환경에서도 서버 특화의 RequestUpgradeStrategy 를 제공함으로 이를 지원하고 있다. 현재 Spring 은 Tomcat 7.0.47+, Jetty 9.1+, GlassFish4.0+, WildFly8.0+ 을 지원한다. 추가적인 지원은 더 많은 WebSocket runtime 을 이용할 수 있을 때 추가될 것이다.
두 번째 고려사항은 JSR-356 지원의 Servlet container 가 SCI scan 을 수행하도록 하고 있어 application 구동을 느리게 (혹은 어떤 특정 상황에서는 매우 느리게) 할 수 있다는 것이다. 만약 JSR-356 지원 Servlet container version 업그레이드시 명백한 영향이 목격된다면, 선택적으로 web fragments (SCI scanning) 을 활성 및 비활성할 수 있다. (이는 web.xml 의 absolute-ordering 을 사용토록 한다.) web fragment 순서를 명확히 하도록 web.xml 에서 absolute-ordering 을 사용 토록 한다. (이는 scanning 을 사용치 않도록 하는 방법이다.)
5. WebSocket 엔진 설정하기
각각의 기반이 되는 WebSocket engine 들은 message buffer size 나 idle timeout 등의 runtime 특성을 조절할 수 있는 configuration properties 를 가지고 있다. 이는 Tomcat, WildFly, Glassfish 에서ServletServerContainerFactoryBean 을 WebSocket java config 에 추가하여 설정할 수 있다.
@Configuration
@EnableWebSocket
public class WebSocketConfig implements WebSocketConfigurer {
@Bean
public ServletServerContainerFactoryBean createWebSocketContainer() {
ServletServerContainerFactoryBean container = new ServletServerContainerFactoryBean();
container.setMaxTextMessageBufferSize(8192);
container.setMaxBinaryMessageBufferSize(8192);
return container;
}
}
<beans xmlns="http://www.springframework.org/schema/beans"
xmlns:xsi="http://www.w3.org/2001/XMLSchema-instance"
xmlns:websocket="http://www.springframework.org/schema/websocket"
xsi:schemaLocation="
http://www.springframework.org/schema/beans
http://www.springframework.org/schema/beans/spring-beans.xsd
http://www.springframework.org/schema/websocket
http://www.springframework.org/schema/websocket/spring-websocket.xsd">
<bean class="org.springframework...ServletServerContainerFactoryBean">
<property name="maxTextMessageBufferSize" value="8192"/>
<property name="maxBinaryMessageBufferSize" value="8192"/>
</bean>
</beans>
client 측 WebSocket 설정을 위해서는 WebSocketContainerFactoryBean(XML) 이나 ContainerProvider.getWebSocketContainer() 를 이용한다.
Jetty 를 사용하는 경우에는 미리 설정된 WebSocketServerFactory 를 필요로 하고 이를 WebSocket java config 를 통해서 Spring 의 DefaultHandshakeHandler 에 추가한다.
@Configuration
@EnableWebSocket
public class WebSocketConfig implements WebSocketConfigurer {
@Override
public void registerWebSocketHandlers(WebSocketHandlerRegistry registry) {
registry.addHandler(echoWebSocketHandler(),
"/echo").setHandshakeHandler(handshakeHandler());
}
@Bean
public DefaultHandshakeHandler handshakeHandler() {
WebSocketPolicy policy = new WebSocketPolicy(WebSocketBehavior.SERVER);
policy.setInputBufferSize(8192);
policy.setIdleTimeout(600000);
return new DefaultHandshakeHandler(
new JettyRequestUpgradeStrategy(new WebSocketServerFactory(policy)));
}
}
<beans xmlns="http://www.springframework.org/schema/beans"
xmlns:xsi="http://www.w3.org/2001/XMLSchema-instance"
xmlns:websocket="http://www.springframework.org/schema/websocket"
xsi:schemaLocation="
http://www.springframework.org/schema/beans
http://www.springframework.org/schema/beans/spring-beans.xsd
http://www.springframework.org/schema/websocket
http://www.springframework.org/schema/websocket/spring-websocket.xsd">
<websocket:handlers>
<websocket:mapping path="/echo" handler="echoHandler"/>
<websocket:handshake-handler ref="handshakeHandler"/>
</websocket:handlers>
<bean id="handshakeHandler" class="org.springframework...DefaultHandshakeHandler">
<constructor-arg ref="upgradeStrategy"/>
</bean>
<bean id="upgradeStrategy" class="org.springframework...JettyRequestUpgradeStrategy">
<constructor-arg ref="serverFactory"/>
</bean>
<bean id="serverFactory" class="org.eclipse.jetty...WebSocketServerFactory">
<constructor-arg>
<bean class="org.eclipse.jetty...WebSocketPolicy">
<constructor-arg value="SERVER"/>
<property name="inputBufferSize" value="8092"/>
<property name="idleTimeout" value="600000"/>
</bean>
</constructor-arg>
</bean>
</beans>
참고자료
- Spring Framework 6.2 - Web on Servlet Stack
- WebSockets : WebSocket API, SockJS Fallback, STOMP