Spring WebFlux: 비동기 논블로킹으로 고성능 웹 애플리케이션 만들기

최근 몇 년간 웹 애플리케이션의 복잡성과 성능 요구가 증가하면서 비동기 처리 방식의 중요성이 크게 부각되었습니다. 특히 대규모 트래픽을 처리해야 하는 애플리케이션에서는 전통적인 동기식 방식의 성능 한계가 명확하게 드러납니다. 이 글에서는 Spring 5에서 도입된 Spring WebFlux의 개념과 동작 방식을 살펴보고, 기존 동기식 방식과의 차이점, 성능상의 이점, 주의해야 할 점들을 설명하며, 간단한 Gradle 프로젝트를 통해 WebFlux를 구현하는 방법도 가이드합니다.

1. Spring WebFlux란?

Spring WebFlux는 비동기 논블로킹(Non-blocking) 방식으로 동작하는 Reactive 프로그래밍 모델을 지원하는 스프링 웹 프레임워크입니다. 기존의 Spring MVC가 동기식 블로킹 방식의 서블릿 API를 기반으로 동작하는 반면, WebFlux는 Reactor와 같은 리액티브 스트림 API를 기반으로 비동기 스트림 처리 방식을 지원합니다.

주요 특징:

• 비동기 논블로킹 I/O: 네트워크 및 파일 I/O 작업이 블로킹되지 않아 많은 요청을 효율적으로 처리 가능
• 리액티브 프로그래밍 모델: 데이터 흐름을 스트림으로 다루며, 데이터를 이벤트처럼 비동기적으로 처리
• 서버 지원: Netty, Undertow와 같은 논블로킹 웹 서버 지원
• Publisher-Subscriber 패턴 기반: 데이터를 처리하는 흐름을 리액티브 스트림 형태로 구성

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2. Spring WebFlux의 동작 방식

Spring WebFlux는 리액티브 스트림(reactive streams)을 기반으로 동작하며, 다음과 같은 주요 구성 요소들이 있습니다:

2.1 리액티브 스트림의 핵심 인터페이스

Spring WebFlux는 Publisher-Subscriber 모델을 따릅니다.

• Publisher: 데이터를 발행하는 주체
• Subscriber: 데이터를 구독하는 주체
• Subscription: 구독 관계를 관리하는 객체로, 구독자의 요청에 따라 Publisher가 데이터를 제공
• Processor: Publisher와 Subscriber를 중계하며, 데이터를 처리한 후 다시 발행하는 주체

2.2 논블로킹 I/O

WebFlux는 I/O 작업(예: 데이터베이스 조회, API 호출)이 완료될 때까지 블로킹되지 않으며, 결과가 준비되는 즉시 이를 처리합니다. 비동기식 논블로킹 방식 덕분에 애플리케이션은 동시에 더 많은 요청을 처리할 수 있습니다.

2.3 Reactor와 Mono, Flux

Spring WebFlux는 Reactor 프로젝트를 기반으로 하며, 이는 리액티브 스트림의 구현체입니다. Reactor는 두 가지 주요 타입을 제공합니다:

• Mono: 0 또는 1개의 요소를 비동기적으로 처리하는 타입
• Flux: 0부터 무한개의 요소를 비동기적으로 처리하는 타입

3. 기존 동기식 방식(Spring MVC)과의 차이점

3.1 동기식(Spring MVC)

기존의 Spring MVC는 서블릿 스택을 기반으로 동기식 블로킹 방식으로 동작합니다. 요청이 들어오면 해당 요청을 처리하기 위해 쓰레드가 할당되고, 이 쓰레드는 처리 완료까지 블로킹 상태로 대기합니다. 이는 고정된 쓰레드 풀로 운영되기 때문에, 트래픽이 폭증할 경우 쓰레드 풀 고갈 문제가 발생할 수 있습니다.

3.2 비동기식(Spring WebFlux)

반면, Spring WebFlux는 논블로킹 비동기 방식으로 처리합니다. 요청에 대한 응답이 준비될 때까지 쓰레드가 블로킹되지 않고, 다른 작업을 수행합니다. 요청이 완료되면 적절한 쓰레드를 할당하여 응답을 처리합니다. 이를 통해 더 적은 자원으로 많은 요청을 동시에 처리할 수 있습니다.

4. Spring WebFlux의 성능 이점

4.1 높은 확장성

비동기 논블로킹 방식 덕분에 많은 양의 요청을 동시에 처리할 수 있습니다. 특히 I/O 바운드 작업(예: 외부 API 호출, 데이터베이스 쿼리)에서는 블로킹이 발생하지 않으므로 서버의 자원을 더 효율적으로 사용할 수 있습니다.

4.2 낮은 리소스 소비

동기식 방식에서는 하나의 요청을 처리할 때마다 하나의 쓰레드가 할당되지만, WebFlux에서는 요청과 응답 사이에 발생하는 대기 시간을 효과적으로 활용하여 리소스 소비를 줄일 수 있습니다.

5. 주의할 점

5.1 복잡한 디버깅 및 예외 처리

비동기 방식의 코드 흐름은 동기식 방식보다 디버깅이 복잡할 수 있습니다. 코드 흐름이 분산되므로, 예외 처리와 디버깅 작업에서 어려움을 겪을 수 있습니다.

5.2 적합한 사용 시나리오 선택

WebFlux는 고성능이 필요한 I/O 바운드 애플리케이션에 적합합니다. 하지만 CPU 바운드 작업을 주로 처리하는 애플리케이션에서는 성능상의 큰 이점을 보지 못할 수도 있습니다.

5.3 데이터베이스와의 연동

대부분의 관계형 데이터베이스(RDBMS)는 아직까지는 동기식 방식이 많습니다. 비동기 방식의 데이터베이스 또는 적절한 드라이버를 사용해야 WebFlux의 성능 이점을 충분히 누릴 수 있습니다.

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6. Gradle 기반의 Spring WebFlux 프로젝트 구현

6.1 Gradle 설정

먼저 build.gradle 파일을 설정합니다. WebFlux와 Reactor를 추가하기 위해 관련 의존성을 포함합니다.

plugins {
    id 'org.springframework.boot' version '3.0.0'
    id 'io.spring.dependency-management' version '1.0.15.RELEASE'
    id 'java'
}

group = 'com.example'
version = '1.0.0'
sourceCompatibility = '17'

repositories {
    mavenCentral()
}

dependencies {
    implementation 'org.springframework.boot:spring-boot-starter-webflux'
    implementation 'io.projectreactor:reactor-core'
    testImplementation 'org.springframework.boot:spring-boot-starter-test'
}

test {
    useJUnitPlatform()
}

6.2 간단한 Spring WebFlux 컨트롤러

@RestController를 사용해 간단한 비동기 API를 만들어 보겠습니다.

package com.example.webfluxdemo;

import org.springframework.web.bind.annotation.GetMapping;
import org.springframework.web.bind.annotation.RestController;
import reactor.core.publisher.Flux;
import reactor.core.publisher.Mono;

import java.time.Duration;

@RestController
public class WebFluxController {

    // 단일 값(Mono)을 반환하는 예제
    @GetMapping("/mono")
    public Mono<String> getMono() {
        return Mono.just("Hello, WebFlux!");
    }

    // 여러 값을 비동기로 반환하는 예제 (Flux)
    @GetMapping("/flux")
    public Flux<String> getFlux() {
        return Flux.just("Spring", "WebFlux", "Reactive")
                   .delayElements(Duration.ofSeconds(1)) // 비동기로 1초 간격으로 출력
                   .log();
    }
}

위 코드는 /mono 경로에서 Mono를 사용해 단일 값 "Hello, WebFlux!"를 반환하고, /flux 경로에서는 Flux를 사용해 여러 값을 1초 간격으로 비동기적으로 반환합니다.

6.3 Spring Boot 메인 클래스

package com.example.webfluxdemo;

import org.springframework.boot.SpringApplication;
import org.springframework.boot.autoconfigure.SpringBootApplication;

@SpringBootApplication
public class WebFluxDemoApplication {

    public static void main(String[] args) {
        SpringApplication.run(WebFluxDemoApplication.class, args);
    }
}

위 메인 클래스를 실행한 후 /mono 또는 /flux 경로로 요청을 보내면, 비동기적으로 응답이 처리되는 것을 확인할 수 있습니다.

 

Spring WebFlux는 현대적인 비동기 논블로킹 웹 애플리케이션 개발을 위한 강력한 도구입니다. 특히 높은 트래픽 처리량이 요구되는 I/O 바운드 애플리케이션에 적합하며, 기존의 동기식 방식보다 적은 자원으로 더 많은 요청을 처리할 수 있다는 점에서 성능 이점을 제공합니다.

하지만 복잡한 흐름 처리 및 적절한 사용 시나리오 선택이 필요하다는 점에서 주의가 필요합니다. Spring WebFlux를 통해 리액티브 프로그래밍의 장점을 애플리케이션에 도입해 보세요!