2016년 1월 18일 월요일

고성능 비동기 처리 구현을 위한 Java web 프레임워크 - Ratpack

스마트 기기로의 권력 이양이 순조롭게 진행되고 있는 지금, 시대는 바야흐로 Single-page Application(SPA)의 전성시대이다.
필자가 속한 엔터프라이즈 어플리케이션 개발 영역에서도 반응형 웹앱 개발에 대한 요구가 점차 강해지는 가운데 안정성이 검증된 자바 생태계 위에 SPA를 도입하려는 움직임이 점차 본격화 되고 있다.

이번 포스팅에서는 SPA의 구현에 있어서 본좌라고 할 수 있는 node.js와 유사한 처리모델과 고성능 비동기 처리의 실현, 그리고 심플한 구현을 특징으로 하는 자바 웹 프레임워크인 Ratpack을 소개해 보고자 한다.

포스트의 내용은 Ratpack의 메뉴얼, infoq의 기사인 Ratpack 1.0 Launches Aiming to make Asynchronous Programming Easier on the JVM 그리고 역시 infoq의 기사인 Build High Performance JVM Microservices with Ratpack & Spring Boot에 기반하여 작성되었다.



Ratpack이란?

Ratpack의 핵심 기능들은 Java8으로 작성되어 있고 빌드 시스템은 Gradle 2.6을 채용하고 있다. 처리 베이스는 non-blocking형 이벤트 구동 네트워크 엔진인 Netty를 사용하여 비동기처리를 구현하고 있다.

Ratpack은 마이크로서비스의 개발을 특별히 의식하여 디자인이 되어 있다. 대표적으로 JSON과 같이 특정 언어에 비 종속적인 프로토콜을 최 우선적으로 서포트하고 있으며, 옵션으로 넷플릭스의 서킷 브레이커 라이브러리인 Hystrix나 레포팅을 위한 Dropwizard Matrics를 지원하고 있다. 설정정보관리는 YAML과 JSON 그리고 Java프로퍼티가 사용 가능하다.
Ratpack은 오픈소스 프로젝트로서 개발이 진행되고 있으며, 아파치 라이센스를 사용하고 있다.

Ratpack은 2015년 9월에 1.0이 발표되었으나 사실은 제법 긴 스토리를 가지고 있다. 2010년 Groovy의 DLS구현체로서 출발하여 얼마 후에는 JVM상의 Sinatra 클론으로 프로젝트의 성격이 바뀌었고 2012년부터는 NIO를 이용한 고성능 비동기/non-blocking 어플리케이션 구현을 위한 프레임워크로 변경되어 오늘날에 이르렀다. 


Ratpack의 개발 목표

매뉴얼에 기재된 Ratpack이 표방하는 개발 목표는 다음과 같다.
  1. 빠르고, 확장가능하며, 고효율이어야 한다.
  2. 응용프로그램을 성능저하 없이 복잡하게 발전시킬 수 있어야 한다.
  3. non-blocking 프로그래밍의 장점을 활용하면서도 비용을 절감시킬 수 있어야 한다.
  4. 다른 툴과 라이브러리들과 통합함에 있어서 유연하고 개방적이어야 한다.
  5. 응요 프로그램을 쉽고 완벽하게 테스트 할 수 있어야 한다.
반면 다음의 사항들에 대해서는 지양하고 있음을 밝히고 있다.
  1. 완벽하게 통합된 "풀스텍" 솔루션
  2. 필요한 모든 기능을 제공하는 "만능 칼"
  3. "비즈니스 로직"을 위한 프레임웍 혹은 아키텍처

심플한 비동기 처리의 구현

Ratpack의 가장 큰 특징은 뭐니뭐니해도 심플한 비동기 처리의 구현이다. JVM위에서 비동기 처리라는 과제에 도전하고 있다는 점 에서 자주 Akka와 비교되곤 하는데, 코딩스타일에 있어서 자바8을 기반으로 한 만큼 모나딕을 전면적으로 도입하고 있는것이 메뉴얼에서 잘 드러난다.

아래 예제는 Ratpack의 메뉴얼에 실려있는 RESTful HTTP API 헨들러 체인의 구현이다.

package springpack;

import ratpack.server.RatpackServer;

public class Main {

  public static void main(String[] args) throws Exception {
    RatpackServer.start(spec -> spec
      .handlers(chain -> chain (1)
          .prefix("api", pchain -> pchain (2)
            .all(ctx -> ctx (3)
              .byMethod(method -> method (4)
                .get(() -> ctx.render("Received GET request"))
                .post(() -> ctx.render("Received POST request"))
                .put(() -> ctx.render("Received PUT request"))
                .delete(() -> ctx.render("Received DELETE request"))
              )
            )
          )
      )
    );
  }
}

처리모델

Ratpack의 처리 모델은 node.js의 그것과 닮아 있다. 다음 그림은 4코어 시스템에서 동작하는 Ratpack의 처리 모델의 개요를 나타내고 있다.


Ratpack은 기동과 함께 지정한 코어 수 만큼의 이벤트 루프가 바인딩 된다. Ratpack은 Netty를 이용해 "이벤트 루프 그룹"을 생성하고 사용 가능한 CPU코어에 각각의 단일 스레드로 동작하는 이벤트 루프를 바인딩 한다. 각각의 이벤트 루프는 응용 프로그램에서 도착하는 non-blocking 네트워크 요청을 처리한다. 즉, 하나의 비동기처리 요구에 대하여 하나의 CPU에 바인딩 되도록 하는 처리 방식을 통해 고성능 비동기 처리를 실현하려 하고 있는데, 최근 실시한 벤치마크에서는 단순 Hello World의 경우 32코어 머신에서 초당 1억 리퀘스트를 단일 JVM인스턴스로 처리 할 수 있는 것으로 알려져 있다.
비동기 & non-blocking에 대한 보다 상세한 내용은 Ratpack의 메뉴얼을 참고하기 바란다.