[java] 자바 비동기 IO를 사용한 웹 소켓 서버 개발

04 Dec 2023

java

지금은 웹 개발에서 실시간 통신이 매우 중요해졌습니다. 사용자와 실시간으로 데이터를 교환하고 상호작용할 수 있는 웹 소켓은 이러한 요구에 맞는 아주 효과적인 기술입니다. 이번 글에서는 자바 비동기 IO를 사용하여 웹 소켓 서버를 개발하는 방법을 알아보겠습니다.

1. 웹 소켓이란?

웹 소켓은 양방향 통신을 지원하는 프로토콜로, 클라이언트와 서버 간에 실시간으로 데이터를 교환할 수 있는 기술입니다. HTTP 프로토콜과는 다르게 지속적으로 연결을 유지하고 있으며, 일반적으로 자바스크립트를 사용하여 클라이언트 측에서 구현됩니다.

2. 비동기 IO(Asynchronous IO)란?

비동기 IO는 입출력 요청을 서브스레드로 분리하여 병렬적으로 처리하는 방식입니다. 기존의 동기 IO는 입출력 작업이 완료될 때까지 대기하는 반면, 비동기 IO는 응답을 기다리지 않고 다른 작업을 수행할 수 있습니다. 이를 통해 높은 처리량과 낮은 지연 시간을 달성할 수 있습니다.

3. 자바 비동기 IO(Java NIO)

자바에서 비동기 IO를 구현하기 위해 Java NIO 라이브러리를 사용할 수 있습니다. Java NIO는 자바 4부터 도입되었으며, 블로킹 IO와 비교하여 좀 더 효율적인 IO 작업을 처리할 수 있습니다.

4. 웹 소켓 서버 개발 방법

자바 비동기 IO를 사용하여 웹 소켓 서버를 개발하는 방법은 다음과 같습니다:

4.1. 서버 소켓 채널 생성

비동기 IO를 위해 자바 NIO 패키지에서 제공하는 ServerSocketChannel을 사용하여 서버 소켓 채널을 생성합니다. 이 채널은 클라이언트의 연결을 수신하기 위해 사용됩니다.

ServerSocketChannel serverSocketChannel = ServerSocketChannel.open();
serverSocketChannel.socket().bind(new InetSocketAddress(PORT));
serverSocketChannel.configureBlocking(false);

4.2. 셀렉터 생성과 등록

Selector를 사용하여 비동기 IO 이벤트를 처리할 준비를 합니다. 셀렉터는 다중 채널 관리를 위해 사용됩니다. 셀렉터를 생성하고, 서버 소켓 채널을 셀렉터에 등록합니다.

Selector selector = Selector.open();
serverSocketChannel.register(selector, SelectionKey.OP_ACCEPT);

4.3. 셀렉터 이벤트 처리

셀렉터의 이벤트를 처리하는 부분입니다. 셀렉터에 등록된 채널에서 이벤트가 발생하면, 해당 이벤트를 처리하는 핸들러를 실행합니다. 웹 소켓 연결 요청을 받았을 때의 처리 로직을 구현합니다.

while (true) {
    selector.select();

    Iterator<SelectionKey> keys = selector.selectedKeys().iterator();
    while (keys.hasNext()) {
        SelectionKey key = keys.next();
        keys.remove();
        if (key.isAcceptable()) {
            SocketChannel clientSocketChannel = serverSocketChannel.accept();
            clientSocketChannel.configureBlocking(false);
            clientSocketChannel.register(selector, SelectionKey.OP_READ);
        } else if (key.isReadable()) {
            // 웹 소켓 데이터 처리 로직 구현
        }
    }
}

4.4. 웹 소켓 데이터 처리

클라이언트로부터 받은 웹 소켓 데이터를 처리하는 부분입니다. SocketChannel 을 사용하여 데이터를 읽고 쓰는 로직을 구현합니다.

SocketChannel clientSocketChannel = (SocketChannel) key.channel();
ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate(1024);
clientSocketChannel.read(buffer);
buffer.flip();

String message = StandardCharsets.UTF_8.decode(buffer).toString();
System.out.println("Received message: " + message);

// 웹 소켓 데이터 처리 로직 구현

buffer.clear();
clientSocketChannel.write(buffer);

5. 결론

자바 비동기 IO를 사용하여 웹 소켓 서버를 개발할 수 있습니다. 비동기 IO를 이용하면 높은 처리량과 낮은 지연 시간으로 실시간 통신을 구현할 수 있습니다. 자바 NIO 라이브러리를 통해 웹 소켓 서버를 개발하면, 더욱 효율적인 서버 애플리케이션을 구현할 수 있습니다.

참고문헌:

https://www.baeldung.com/java-nio-selector
https://www.baeldung.com/java-websockets
https://docs.oracle.com/en/java/javase/14/docs/api/java.nio.channels/ServerSocketChannel.html