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원시 소켓으로 구현한 TCP & HTTP 서버

이 프로젝트는 Java의 기본 java.net.Socket API만을 사용하여 처음부터 직접 TCP 서버와 HTTP 서버를 구현하는 과정을 담고 있습니다. 외부 라이브러리 없이 네트워크 통신의 가장 기본적인 원리를 이해하고, 저수준(low-level)에서 프로토콜을 어떻게 처리하는지 학습하는 것을 목표로 합니다.

프로젝트의 메인 진입점은 com.astordev.WebApplication 클래스입니다. 이 클래스 내부의 Mode 열거형 변수를 수정하여 TCP 서버 또는 HTTP 서버를 선택적으로 실행할 수 있습니다.

class WebApplication {
    // 이 부분을 Mode.TCP 또는 Mode.HTTP로 변경하여 실행
    private final static Mode mode = Mode.HTTP;

    public static void main(String[] args) {
        Server server = null;

        switch (mode) {
            case HTTP -> { ... }
            case TCP -> { ... }
        }
        
        server.start();
    }
}

아키텍처 개요

프로젝트는 서버의 공통 인터페이스, TCP 서버 구현, HTTP 서버 구현 세 부분으로 나뉩니다. Server와 SocketHandler라는 공통 인터페이스를 통해 서버의 종류와 관계없이 일관된 구조로 클라이언트 연결을 처리하도록 설계되었습니다.

com.astordev : 공통 인터페이스

최상위 패키지는 서버와 소켓 핸들러의 역할을 정의하는 핵심 추상화를 제공합니다.

  • Server: 서버 애플리케이션의 추상화를 위한 인터페이스입니다. start() 메서드를 통해 서버를 시작하는 기능을 정의합니다. TcpServer와 HttpServer가 이 인터페이스를 구현합니다.
  • SocketHandler: 클라이언트 Socket 연결 하나를 처리하는 로직을 정의하는 인터페이스입니다. handle(Socket socket) 메서드는 특정 클라이언트와의 전체 통신 주기를 담당합니다.

com.astordev.tcp : TCP 서버 구현

이 패키지는 간단한 TCP 에코(echo) 서버와 클라이언트를 구현합니다. 클라이언트가 보낸 메시지를 콘솔에 출력하고, 미리 정해진 메시지를 클라이언트에게 다시 보내는 기본적인 소켓 통신을 보여줍니다.

주요 클래스

  • TcpServer: Server 인터페이스의 구현체입니다. 지정된 포트에서 ServerSocket을 열고, 무한 루프를 돌며 클라이언트의 연결을 기다립니다. 새로운 연결이 수립될 때마다 해당 Socket을 스레드 풀(ExecutorService)에 전달하여 TcpSocketHandler가 병렬로 처리하도록 합니다.
  • TcpSocketHandler: SocketHandler 인터페이스의 구현체입니다. 클라이언트 소켓으로부터 데이터를 읽어 콘솔에 출력하고, "Hello, World!" 메시지를 클라이언트에게 전송하는 역할을 합니다. 클라이언트와의 연결이 끊어질 때까지 이 작업을 반복합니다.
  • TcpClientApplication: TcpServer를 테스트하기 위한 간단한 콘솔 기반 TCP 클라이언트입니다. 서버에 연결한 후, 사용자가 콘솔에 입력한 메시지를 서버로 보내고 서버로부터 받은 응답을 화면에 출력합니다.

com.astordev.http : HTTP 서버 구현

이 패키지는 기본적인 HTTP/1.1 프로토콜을 해석하고 응답할 수 있는 원시적인 웹 서버를 구현합니다. 요청 라인, 헤더, 바디를 파싱하고, 특정 URL 경로에 따라 다른 응답을 보내는 기능을 포함합니다.

주요 클래스

  • HttpServer: TcpServer와 유사하게 Server 인터페이스를 구현합니다. ServerSocket을 통해 클라이언트 연결을 수락하고, 각 연결을 스레드 풀에 위임하여 HttpSocketHandler가 처리하도록 합니다.
  • HttpSocketHandler: HTTP 통신을 총괄하는 핵심 클래스입니다. Socket을 받아 keep-alive 연결을 관리하며, 타임아웃을 설정합니다. 소켓의 InputStream을 HttpRequest 객체로 변환하고, OutputStream을 사용하여 HttpResponse 객체를 통해 응답을 보냅니다. 요청된 HttpMethod와 URI에 따라 등록된 RequestProcessor를 찾아 실제 비즈니스 로직을 위임합니다.
  • HttpRequest: 소켓의 InputStream을 읽어 HTTP 요청을 파싱하는 클래스입니다. 요청 라인(e.g., GET /hello HTTP/1.1), 헤더, 그리고 Content-Length 헤더가 있는 경우 요청 바디(body)를 읽어 객체 형태로 저장합니다.
  • HttpResponse: HTTP 응답을 생성하는 클래스입니다. 상태 코드(e.g., 200, 404), 헤더, 응답 바디를 설정할 수 있습니다. flushBuffer() 메서드가 호출되면, 설정된 정보들을 바탕으로 완전한 HTTP 응답 메시지를 포맷에 맞게 OutputStream에 씁니다.
  • RequestProcessor: 특정 HTTP 요청을 처리하는 비즈니스 로직(컨트롤러 역할)을 정의하는 인터페이스입니다. process(request, response) 메서드를 통해 실제 작업을 수행합니다. (Strategy Pattern)
  • HandlerKey: HttpMethod와 URI 경로를 조합하여 RequestProcessor를 찾기 위한 맵(Map)의 키로 사용되는 객체입니다.
  • HttpMethod: GET, POST 등 표준 HTTP 메서드를 정의한 열거형(Enum)입니다.

하위 패키지

  • http.presentation: 실제 요청을 처리하는 RequestProcessor 구현체들을 포함합니다.
    • HelloWorldRequestProcessor: GET /hello 요청을 처리하는 예제 구현체입니다. 응답 상태를 200으로 설정하고, "Hello, World!" 문자열을 응답 바디에 씁니다.

HTTP 서버 요청 처리 흐름

  1. [HttpServer] 클라이언트가 서버 포트로 TCP 연결을 시도하면, ServerSocket이 연결을 수락하여 새로운 Socket을 생성합니다.
  2. [HttpServer -> HttpSocketHandler] HttpServer는 생성된 Socket을 스레드 풀의 스레드에게 할당하고, HttpSocketHandler의 handle() 메서드를 호출합니다.
  3. [HttpSocketHandler -> HttpRequest] HttpSocketHandler는 소켓의 InputStream을 HttpRequest 생성자에 전달하여, 원시 바이트 스트림을 파싱하고 HttpRequest 객체를 만듭니다.
  4. [HttpSocketHandler] HttpRequest 객체에서 HttpMethod와 URI를 가져와 HandlerKey를 생성합니다.
  5. [HttpSocketHandler -> RequestProcessor] HandlerKey를 사용하여 미리 등록된 RequestProcessor 맵에서 적절한 핸들러(e.g., HelloWorldRequestProcessor)를 찾습니다.
  6. [RequestProcessor] 찾은 핸들러의 process() 메서드를 호출하며, HttpRequest와 HttpResponse 객체를 인자로 전달합니다. 핸들러는 HttpResponse 객체에 상태 코드, 헤더, 응답 바디를 설정합니다.
  7. [HttpSocketHandler -> HttpResponse] 핸들러의 실행이 끝나면, HttpSocketHandler는 HttpResponse의 flushBuffer() 메서드를 호출합니다.
  8. [HttpResponse] flushBuffer() 메서드는 설정된 상태, 헤더, 바디 정보를 바탕으로 완전한 HTTP 응답 메시지를 만들어 소켓의 OutputStream으로 전송합니다.
  9. [HttpSocketHandler] Connection: keep-alive 헤더 여부에 따라 연결을 유지하거나 닫고, 스레드 처리를 종료합니다.