WebSocket

웹 소켓은, 위키백과 에서 다음과 같이 소개됩니다.

웹소켓(WebSocket)은 단일 TCP 연결로 동시양방향통신 채널을 제공하는 컴퓨터 통신 프로토콜이다.

기존 TCP 연결을 통해, 연결하여 통신을 주고 받는 http 단방향 통신 과는 다르게, 동시 양방향 통신을 지향한다.

Web Socket(웹 소켓) 프로토콜

Web Socket 이란?

위에서도 나오듯, 동시양방향통신이다. (전이중통신)
이는 기존 HTTP 프로토콜의 단점인, 실시간 보장의 단점 보완할 수 있다.

사용 이유

일반 HTTP 프로토콜에서는, 단 방향으로 고정된 요청 서버와 응답 서버가 나눠져 있다.
응답 서버에서 특정 이벤트가 발생 하였을 때 스스로 응답을 마음대로 요청 서버로 전송할 수 없다.
- 반드시, 요청 서버의 요청이 있어야만 응답이 가능
이에 반해, Web socket 프로토콜은, 누구든지 요청 서버가 될 수도, 응답 서버가 될 수도 있다.

특정 역할을 수행하는 서버 간 통신을 하는 상황을 예시로 들면 사용 이유를 명확하게 확인할 수 있다.

다음은 간단한 "블로그 서비스의, 구독 관련 기능"의 예시이다.
서버는 두개로 구성되며, 화면을 위한 서버A, 로직을 처리하는 서버B 가 있다고 가정한다.

기능 요구 사항
특정 인물은, 다른 회원의 블로그 포스팅을 구독할 수 있다.
만약 구독 중인 블로그에 새로운 글이 작성되면, 구독자는 별도의 알림을 받는다.

HTTP로 구상해보기

HTTP 에서는, 특정 이벤트가 발생하였을 때 백엔드 서버에서, 프론트 엔드 서버로 자체적으로 응답을 송신할 수 없다.
- 요청이 들어와야지 그제서야 응답이 가능한 구조
즉, HTTP 로 구성하게 된다면 다음과 같이 특정 주기마다 API 를 호출해서 알림 여부를 확인하고, 있다면 알림을 사용자 화면에 표시해줘야 한다.

정상적으로 잘 작동이 될 것입니다.
하지만, 문제점이 하나 있습니다.
- 서버 B에서, 새로운 글을 작성하여 알림을 발생 시키는 즉시, 구독자 에게 알림이 가는 구조가 아닙니다.
현재는, 주기 T마다 확인하고 있고, 그 주기 동안에는 어떠한 알림도 발생하지 않습니다.

즉, 현재 시나리오에서, 1시간 주기로 확인을 한다면, 13시30분에 작성한 포스팅은 구독자에게 13시에 알림이 가게 됩니다.
실시간 성이 보장되지 않았다는 것 입니다.

해결(?) 해보기

이런 생각이 당연히 들 것 입니다.
주기를 줄이면 되지 않을까?
정확히 올바른 접근이고, 어느 정도의 실시간 성만 보장이 되면 되는 서비스의 경우 가장 현명한 방법일 수 있습니다.
다만, 주기를 30분으로 낮춘다면, 요청의 횟수는 2배로 많아지겠죠.
이러한 방식을 Polling 방식이라고 합니다.

주기마다 지속적인 HTTP 요청을 통해 데이터를 업데이트 해나가는 방법

그런데 만약 채팅, 주식과 같은 기능을 구현한다고 생각 해봅시다.
- 채팅은, 보내는 즉시 다른 사람에게 메시지가 전달 되어야 사용성이 나옵니다.
- 주식은 매초 순간순간 변경되는 데이터들에 따라 매매 유무가 갈립니다.
이를위해 매초 1회씩, 2회씩 요청하도록 주기를 짧게 가져간다면 매우 많은 통신이 이루어져야 해서 매우 비효율 적 입니다.

불가능하다는 건 아닙니다. 단지 비효율 적이라는 것 입니다.
또한 HTTP 프로토콜을 사용하여 Long Polling 방식으로 Connection 을 길게 유지하여 실시간 처럼 동작하는 방법또한 있습니다.

이러한 이유로 실시간성이 보장되어야 하는 기능에서는 WebSocket 을 활용한 통신이 매우 중요하고 각광 받습니다.

웹 소켓으로 구상해보기

웹 소켓을 사용한다면 다음과 같이 서버B 에서 이벤트 발생시 자체적으로 서버 A 에게 내용을 전달할 수 있습니다.

서버 B 에서 바로, 원하는 타이밍에 응답을 내려줄 수 있어, 매우 효율적입니다.
뒤에서 알아 보겠지만, 소통되는 데이터도 HTTP 통신에 비해서 매우 경량화 되어있어, 매우 효율적 입니다.

WebSocket 연결 과정

웹소켓 연결 과정

웹소켓 또한 결국 프로토콜이고 통신이기 때문에, 클라이언트와 서버간의 연결 과정을 거쳐야 한다.
이때, HTTP 프로토콜을 사용하여 소켓 연결을 진행한다.

연결 과정
클라이언트 -> 서버
HTTP Upgrade 요청 진행
다음과 같이 특정 end-point 로, Header 에 Upgrade를 명시하여 webSocket 연결을 시작한다.
GET /ws HTTP/1.1
Host: example.com
Upgrade: websocket
Connection: Upgrade
Sec-WebSocket-Key: x3JJHMbDL1EzLkh9GBhXDw==
Sec-WebSocket-Version: 13
2. 서버 -> 클라이언트
101 Switching Protocols 응답
서버가 요청을 수락하면, HTTP 응답으로 이렇게 돌려준다.
HTTP/1.1 101 Switching Protocols
Upgrade: websocket
Connection: Upgrade
Sec-WebSocket-Accept: HSmrc0sMlYUkAGmm5OPpG2HaGWk=
3. 프로토콜 전환 완료 (TCP 지속 연결)
이 시점부터는 더이상 HTTP 연결이 아닌, 양방향 데이터 스트림으로 통신이 이어진다.

이 과정또한 HTTP 연결이기 때문에, 기존에 있던 HTTP 의 3-Way-hand-shake 과정은 동일하게 동작한다.

다음으로

다음으로는 Spring 프로젝트 예시로, 이 WebSocket 통신을 처리하는 방법에 대해서 알아본다

[Spring] WebSocket 개념과, 필요성. (채팅 개발)