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빠르게 훝어보는 node.js

#9 - Socket.IO (1/4)

조대협 (http://bcho.tistory.com)


웹의 발전과 함께, 클라이언트의 요청에 대해서 응답만을 하는 단방향성이 아닌 양방향성의 사이트가 유행하게 되었는데, Socket.IO 자바스크립트 모듈로, 양방향 통신이 가능한 웹사이트를 구축하기 위해서 HTTP 클라이언트로 푸쉬 메시지를 보내줄 있는 모듈이다. 넓은 브라우져 지원성과 사용의 편의성 때문에 널리 사용되고 있고, node.js 인기 있어 지는 이유 중의 하나는 socket.io 때문이 아닐까 한다.

배경

Socket.io를 설명하기 전에, 웹에서의 푸쉬 개념에 대해서 이해할 필요가 있다. 웹은 기반적으로 클라이언트에서 서버로 가는 단방향성이지만, 채팅과 같은 실시간 양방향 애플리케이나 쪽지와 같이 서버에서 클라이언트로 알림을 보내줘야 하는 요구 사항이 생겼다. 그래서 여러가지 기법이 생겨났는데, 자바스크립트 기반의 AJAX가 유행하면서 몇가지 기법이 생겨났는데, 그 내용을 살펴보면 다음과 같다.



웹 푸쉬 방식 비교 : Polling vs Long Polling vs Streaming

출처 : https://blogs.oracle.com/theaquarium/entry/slideshow_example_using_comet_dojo


Polling

가장 기본적인 기법으로, 클라이언트가 서버에 주기적으로 폴링(request를 보내는 기법)이다. 주기적으로 클라이언트가 자기가 처리해야할 이벤트가 있는지 없는지를 체크하는 것이다.

서버가 폴링 요청이 들어올때 마다 이를 처리해야 하고, 다음 폴링이 이루어지기 전까지는 어떤 이벤트가 오는지를 모르기 때문에, 결정적으로 실시간성이 보장이안된다.

예를 들어 폴링 주기가 10분이라고 할때 폴링 이후에 바로 이벤트가 들어왔을때, 다음 폴링주기 (10)을 기다려야 된다. 그리고 폴링 주기가 짧을 수 록 서버가 받는 부하가 크다, 예를 클라이언트가 작업할 내용이 있는지 확인하려면, DB드에 작업 내용을 저장해놓고, 폴링 때마다 체크해야 하는데, 이때 매번 DB 쿼리를 해야 한다면, 폴링 때마다 서버가 DB를 쿼리해야하기 때문에, 받아야 하는 트렌젝션이 매우 많고 서버의 부담이 기하 급수적으로 늘어난다. 따라서, 짧은 폴링 주기는 서버에 많은 부하를 주기 때문에, 적절하지 않으며 클라이언트로 보내는 푸쉬 메시지의 실시간성이 필요하지 않은 경우에 적절하며, 서버의 부하가 상대적으로 적고(폴링 주기가 길 경우) 기존의 웹백엔드 인프라 (Tomcat과 같은 미들웨어)를 그대로 활용할 수 있는 장점을 가지고 있다.


Long Polling

Long Polling Polling과 비슷하나 즉시성을 갖는다. 방식은 클라이언트가 HTTP request를 보내고, 바로 request를 닫는 것이 아니라, 일정 시간 동안(오랫동안) 열어 놓고 있다가 서버에서 클라이언트로 보내는 메시지가 있으면 메시지를 HTTP response로 실어 보내고, 해당 Connection을 끊는다. 만약에 일정 시간동안 보낼 메시지가 없으면 HTTP 연결을 끊는다.

응답 메시지를 받건 안받건, 끊어진 연결은 다시 연결한다. 기본적으로 클라이언트가 연결을 해서 응답을 요청하는 Polling 형태이고, 응답이 오는지 기다리는 기간이 길기 때문에 이를 Long Polling 이라고 한다.

Long Polling의 경우 서버에 클라이언트들이 거의 항상 연결되어 있는 형태이기 때문에, 동시  서버의 동시에 연결할 수 있는 서버가 지원할 수 있는 동시 연결(Connection)수에 따라 결정된다.

예를 들어 Tomcat과 같은 WAS의 경우에는 HTTP 연결이 열려 있는 경우에는 1개의 Thread가 그 요청을 처리하기 위해서 사용되기 때문에, Tomcat Thread 100개인 경우, 1 Tomcat당 처리할 수 있는 Long Polling 가능한 클라이언트 수는 100개로 한정이 된다. (기존의 HTTP 요청을 처리하는 인프라로 핸들링하기 어렵다.)

서버로부터 푸쉬 메시지를 받으면 재 연결을 해야 하기 때문에, 클라이언트로 푸쉬하는 내용이 적을 경우에 유리하며 실시간 채팅과 같이 푸쉬해야 하는 메시지가 많은 경우에는 적절하지 않다. (채팅 메시지가 하나 왔다갔다 할 때 마다 재 연결을 해야 한다.)


Streaming

마지막으로 Streaming 기법인데, 이 기법은 일반적인 TCP Connection 처럼, 클라이언트가 서버로 연결을 맺은 후에, 그 연결을 통해서 서버가 이벤트를 보내는 방식이다. Long Polling이 이벤트를 받을 때마다 연결을 끊고 재 연결을 한가면, Streaming 방식은 한번 연결되면 계속해서 그 연결을 통해서 이벤트 메시지를 보내는 방식으로 재연결에 대한 부하가 없다.


WebSocket

이러한 푸쉬 로직을 AJAX 자바스크립트로 구현하다가 구현 방식이 브라우져들 마다 각기 상이하기 때문에 나온 표준이 WebSocket이라는 표준이다. http:// 대신 ws:// 로 시작하며 Streaming과 유사한 방식으로 푸쉬를 지원한다.

그러나 문제는 이 WebSocket 기술이 근래에 나왔기 때문에, 예전 브라우져는 지원하지 않는다는 것이다.



<그림: 웹소켓 지원 브라우져 현황>

출처 : http://caniuse.com

Socket.IO

Socket.IO 클라이언트로의 푸쉬를 지원하는 모듈인데, WebSocket 한계를 뛰어 넘어주는 모듈이다. 개발자는 Socket.IO 개발을 하고 클라이언트로 푸쉬 메시지를 보내기만 하면, WebSocket 지원하지 않는 브라우져의 경우, 브라우져 모델과 버전에 따라서 AJAX Long Polling, MultiPart Streaming, Iframe 이용한 푸쉬, JSONP Polling, Flash Socket 다양한 방법으로 내부적으로 푸쉬 메시지를 보내준다.

WebSocket 지원하지 않는 어느 브라우져라도 푸쉬 메시지를 일관된 모듈로 보낼 있다.

간단한 예제를 살펴보자


간단한 채팅 프로그램

간단한 채팅 프로그램을 하나 살펴보자. 아래 프로그램은 브라우져에 접속하면 메시지를 입력 받을 있는 Input Box 띄워주고, 여기에 메시지를 입력하면 현재 연결되어 있는 모든 웹브라우져에 메시지를 보내주는 프로그램이다.

먼저 서버쪽 코드를 보자

/**

 * Module dependencies.

 */

 

var express = require('express');

var routes = require('./routes');

var http = require('http');

var path = require('path');

 

var app = express();

app.use(express.static(path.join(__dirname, 'public')));

 

var httpServer =http.createServer(app).listen(8080, function(req,res){

  console.log('Socket IO server has been started');

});

// upgrade http server to socket.io server

var io = require('socket.io').listen(httpServer);

 

io.sockets.on('connection',function(socket){

   socket.emit('toclient',{msg:'Welcome !'});

   socket.on('fromclient',function(data){

       socket.broadcast.emit('toclient',data); // 자신을 제외하고 다른 클라이언트에게 보냄

       socket.emit('toclient',data); // 해당 클라이언트에게만 보냄. 다른 클라이언트에 보낼려면?

       console.log('Message from client :'+data.msg);

   })

});

 

<코드. App.js>

Express에서 Socket IO 사용한 예제인데, 기존에 Express에서 사용한것과 같은 방식으로 httpServer 생성한다. 다음에, httpServer socketIO 지원하는 서버로 다음과 같이 업그레이드를 한다.

var io = require('socket.io').listen(httpServer);

다음으로, 클라이언트가 socket.io 채널로 접속이 되었을때에 대한 이벤트를 정의한다.

io.sockets.on('connection',function(socket){

같이 클라이언트가 접속이 되면, callback 수행하는데, 이때, 연결된 클라이언트의 socket 객체를 같이 넘긴다. socket 객체를 받아서, 코드에서는 연결된 클라이언트에게 “Welcome !”이라는 메시지를 보냈다.

socket.emit('toclient',{msg:'Welcome !'});

일반적인 이벤트 처리 방식과 같게, 해당 클라이언트 소켓에 emit 메서드를 이용하여, 이벤트를 전송하면 된다. 여기서는 “toclient”라는 이벤트 명으로 msg라는 키를 갖고, value ‘Welcome !’ 이라는 값을 가지는 메시지를 전송하였다.

다음으로, 클라이언트로부터 오는 메시지를 처리하는 루틴인데, 채팅창에서 글을 쓰고 엔터를 누르면 서버로 “fromclient” 라는 이벤트를 보내도록 작성해놓았다. 그러면 서버쪽에서는 다음과 같이 socket.on(‘fromclient’ 라는 메서드를 이용하여 해당 이벤트에 따른 처리를 한다. 이때 들어오는 데이터는 채팅 문자열이 {msg:”문자열”} 형식으로 data라는 변수를 통해서 아래와 같이 들어오는데,

socket.on('fromclient',function(data){

채팅에서 이메세지를 다른 클라이언트들과 자신에게 다시 보낸다.

       socket.broadcast.emit('toclient',data);

       socket.emit('toclient',data);

socket.broadcast.emit 자신을 제외한 다른 모든 클라이언트에게 이벤트를 보내는 메서드이고, socket.emit 자신의 클라이언트()에게 이벤트를 보내는 메서드이다.

그러면 이제 클라이언트()쪽의 코드를 보자

<html>

<head>

 

    <title></title>

    <script src="/socket.io/socket.io.js"></script>

    <script src="//code.jquery.com/jquery-1.11.0.min.js"></script>

 

</head>

<body>

    <b>Send message</b><p>

    Message  <input type="text" id="msgbox"/>

    <br>

    <span id="msgs"></span>

 

    <script type="text/javascript">

        var socket = io.connect('http://localhost');

        $("#msgbox").keyup(function(event) {

            if (event.which == 13) {

                socket.emit('fromclient',{msg:$('#msgbox').val()});

                $('#msgbox').val('');

            }

        });

        socket.on('toclient',function(data){

            console.log(data.msg);

            $('#msgs').append(data.msg+'<BR>');

        });

    </script>

</body>

</html>

<코드. index.html>

먼저 socket.io 사용하기 위해서 script src 아래와 같이 정의하고

<script src="/socket.io/socket.io.js"></script>

다음으로, 자바 스크립트가 실행되면, socket.io 서버로 연결을 한다.

var socket = io.connect('http://localhost');

그리고, input box에서 엔터를 누르면, input box 메시지를 읽어서, ‘fromclient’라는 이벤트를 서버에 전송한다.

socket.emit('fromclient',{msg:$('#msgbox').val()});

그리고 반대로, 서버로부터, ‘toclient’라는 이벤트가 들어오면, 들어온 문자열을 msgs라는 id 갖는 <span> 영역에 append 한다.

socket.on('toclient',function(data){

            console.log(data.msg);

            $('#msgs').append(data.msg+'<BR>');

클라이언트와 서버쪽 코드가 완성되었으면, 이를 배포하고 node.js 실행해서 테스트를 해보자.



<그림. socket.io 이용한 채팅 프로그램 화면>

다음에는 Socket.IO API들에 대한 소개와 1:1 귓속말, 그리고 그룹의 개념을 가지는 채팅방 예제에 대해서 설명하도록 한다.


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