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Stateless, Stateful 직접 구현하며 알아본 설계 차이

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    김민석
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Introduction

상황

Stateless와 Stateful은 http에서 중요한 개념으로, 각 방식은 애플리케이션의 상태 관리와 요청 처리에 있어 다른 접근 방식을 제공한다. 실제 프로젝트에서 두 방식의 차이를 명확히 이해하지 못하면 설계에서 혼란이 생길 수 있다고 판단했다.

그리하여, Java를 사용해 Stateless와 Stateful 동작을 시뮬레이션하는 토이 프로젝트를 진행했다. 각각의 동작 방식을 구현하고, 특정 시나리오에서 어떤 방식이 더 적합한지 비교하는 것을 목표로 했다.

왜 Stateless와 Stateful을 구현해야 했을까?

Stateless와 Stateful은 각각의 장단점이 명확한 개념이다.

  • Stateless는 서버가 상태를 유지하지 않으므로 확장성이 뛰어나고, 요청 처리 과정이 단순하다. RESTful API와 같은 설계에 적합하다.
  • Stateful은 요청 간 상태를 저장하므로 클라이언트의 상태 정보를 활용한 세션 기반 작업에 유리하다. 예를 들어 사용자 인증 세션, 게임 상태 관리 등이라고 할 수 있다.

그러나 실제 프로젝트에서는 Stateless와 Stateful을 구분해 적용하지 못하거나, 상태 관리의 복잡성을 간과해 설계가 비효율적이 되는 경우가 많다.

문제

Stateless와 Stateful의 개념적 차이 이해 부족

Stateless는 상태를 저장하지 않고 요청마다 독립적으로 처리하며, Stateful은 요청 간 상태를 저장하고 이를 활용하는 방식이다.

이 두 개념은 이론적으로는 명확하지만, 실제 코드로 구현하려고 할 때 각 방식의 동작을 어떻게 명확히 표현해야 하는지 고민이 많았다.

특히, Stateless에서는 상태 저장이 없어야 하지만 특정 작업에서 상태 저장이 필요하다고 느껴지는 상황이 발생했고, Stateful에서는 저장된 상태를 관리하는 방법에 어려움이 있었다.

상태 관리의 복잡성

Stateful 방식에서 클라이언트별 상태를 저장하려면, 각 클라이언트의 고유한 식별자와 그에 대한 상태를 저장하는 로직이 필요하다.

이 과정에서 상태 초기화, 상태 누락 등 다양한 예외 상황이 발생했다. 로그아웃된 클라이언트가 작업을 요청했을 때 이를 어떻게 처리할지 명확히 정의하지 않아 프로그램의 일관성이 깨지는 문제가 발생했다.

시뮬레이션 시나리오 부족

Stateless와 Stateful 간의 차이를 명확히 보여주기 위해 다양한 시나리오를 구성하려고 했다.하지만 초기 설계 단계에서는 구체적인 시나리오를 정의하지 않아, 디버깅 과정에서 불필요한 시간이 소요되었다.

여러 클라이언트가 동시에 요청했을 때 상태 관리가 제대로 이루어지는지, 또는 Stateless 환경에서 다중 요청이 문제없이 처리되는지 확인할 테스트 케이스가 미흡했다.

시퀀스 다이어그램

Stateless 요청 처리

Stateless 방식에서는 클라이언트 상태를 저장하지 않고, 각 요청을 독립적으로 처리한다.

image.png

Stateful 요청 처리

Stateful 방식에서는 클라이언트 상태를 서버에 저장하며, 요청 간 상태를 참조해 작업을 수행한다.

image.png

요약

  • Stateless 다이어그램은 요청이 독립적으로 처리되는 모습을 보여준다.
  • Stateful 다이어그램은 클라이언트 상태가 서버에 저장되고, 이후 요청 처리에 영향을 미치는 과정을 시각화한다.
  • Stateless와 Stateful 비교 다이어그램은 두 방식의 차이를 이해할 수 있도록 제공한다.

구현

Stateless 구현

class StatelessService {
    public String processRequest(String clientId, String action) {
        // 요청을 독립적으로 처리
        return clientId + " 클라이언트 요청 처리: " + action + " (시간: " + System.currentTimeMillis() + ")";
    }
}

public class StatelessSimulation {
    public static void main(String[] args) {
        StatelessService service = new StatelessService();

        // 클라이언트 UUID 생성
        String client1 = UUID.randomUUID().toString();
        String client2 = UUID.randomUUID().toString();

        // 클라이언트 요청 처리 시뮬레이션
        System.out.println(service.processRequest(client1, "로그인"));
        System.out.println(service.processRequest(client2, "대시보드 보기"));
        System.out.println(service.processRequest(client1, "로그아웃"));
    }
}

Stateful 구현

class StatefulService {
    private Map<String, String> clientStates = new HashMap<>();

    public void login(String clientId) {
        clientStates.put(clientId, "로그인 상태");
        System.out.println(clientId + " 클라이언트 로그인 완료");
    }

    public void performAction(String clientId, String action) {
        if (!clientStates.containsKey(clientId)) {
            System.out.println(clientId + " 클라이언트는 로그인되지 않음. 요청 거부");
            return;
        }
        System.out.println(clientId + " 클라이언트 작업 수행: " + action + " (" + clientStates.get(clientId) + ")");
    }

    public void logout(String clientId) {
        clientStates.remove(clientId);
        System.out.println(clientId + " 클라이언트 로그아웃 완료");
    }
}

public class StatefulSimulation {
    public static void main(String[] args) {
        StatefulService service = new StatefulService();

        // 클라이언트 UUID 생성
        String client1 = UUID.randomUUID().toString();
        String client2 = UUID.randomUUID().toString();

        // 클라이언트 1 시뮬레이션
        service.login(client1);
        service.performAction(client1, "대시보드 보기");
        service.logout(client1);

        // 클라이언트 2 로그인 없이 요청
        service.performAction(client2, "상품 검색");

        // 클라이언트 2 로그인 후 요청
        service.login(client2);
        service.performAction(client2, "상품 구매");
    }
}

Stateless와 Stateful 동시 시뮬레이션

class StatelessService {
    public String processRequest(String clientId, String action) {
        return clientId + " 클라이언트 요청 처리: " + action + " (시간: " + System.currentTimeMillis() + ")";
    }
}

class StatefulService {
    private Map<String, String> clientStates = new HashMap<>();

    public void login(String clientId) {
        clientStates.put(clientId, "로그인 상태");
        System.out.println(clientId + " 클라이언트 로그인 완료");
    }

    public void performAction(String clientId, String action) {
        if (!clientStates.containsKey(clientId)) {
            System.out.println(clientId + " 클라이언트는 로그인되지 않음. 요청 거부");
            return;
        }
        System.out.println(clientId + " 클라이언트 작업 수행: " + action + " (" + clientStates.get(clientId) + ")");
    }

    public void logout(String clientId) {
        clientStates.remove(clientId);
        System.out.println(clientId + " 클라이언트 로그아웃 완료");
    }
}

public class StatelessStatefulSimulation {
    public static void main(String[] args) {
        StatelessService statelessService = new StatelessService();
        StatefulService statefulService = new StatefulService();

        // 클라이언트 UUID 생성
        String client1 = UUID.randomUUID().toString();
        String client2 = UUID.randomUUID().toString();

        // Stateless 요청 처리
        System.out.println(statelessService.processRequest(client1, "서버 상태 확인"));
        System.out.println(statelessService.processRequest(client2, "서버 상태 확인"));

        // Stateful 클라이언트 1 로그인 및 작업 처리
        statefulService.login(client1);
        statefulService.performAction(client1, "대시보드 보기");
        statefulService.logout(client1);

        // Stateless는 상태와 관계없이 동작 가능
        System.out.println(statelessService.processRequest(client1, "서버 상태 확인"));

        // Stateful 클라이언트 2 작업 처리
        statefulService.performAction(client2, "상품 검색"); // 로그인되지 않아 요청 거부
        statefulService.login(client2);
        statefulService.performAction(client2, "상품 구매");
    }
}

위 코드에서는 Stateless와 Stateful의 차이를 시뮬레이션했다.

  • Stateless 서비스는 클라이언트 상태와 관계없이 요청을 처리하며, 각 요청은 독립적이다.
  • Stateful 서비스는 클라이언트 상태를 저장하며, 상태에 따라 요청을 처리하거나 거부한다.

해결

  • 가장 먼저, Stateless와 Stateful의 동작을 각각 독립적으로 설계하고 구현했다.

    • Stateless 설계: 서버가 상태를 저장하지 않고, 요청마다 독립적으로 처리하도록 간단한 메서드 호출 기반으로 설계했다. 클라이언트의 고유 식별자(UUID)와 요청 데이터를 전달받아 결과를 반환하는 형태로 구현했다.
    • Stateful 설계: 클라이언트별로 상태를 저장하기 위해 Map<String, String> 구조를 활용했다. 클라이언트 ID를 키로 사용하여 상태를 저장하고, 요청 시 상태를 확인하거나 업데이트하는 로직을 추가했다.

  • Stateful 방식에서는 다음과 같은 예외 상황을 고려한 로직을 추가했다.

    • 로그인되지 않은 클라이언트 요청: 클라이언트가 로그인 없이 작업을 요청하면, "로그인되지 않은 클라이언트입니다"라는 메시지를 출력하고 요청을 거부하도록 구현했다.
    • 로그아웃된 클라이언트 요청: 로그아웃 후 클라이언트가 작업을 요청하면, 상태를 초기화했기 때문에 동일한 처리로 요청을 거부했다.

결말

이번 프로젝트는 단순히 Stateless와 Stateful의 이론적 차이를 이해하는 것을 넘어, 이를 실제 코드로 구현하며 실질적인 경험을 쌓는 기회가 되었다.

Stateless는 서버가 상태를 저장하지 않으므로, 확장성과 처리 속도가 뛰어난 설계 방식임을 확인했다. 각 요청이 독립적으로 처리되기 때문에 요청 간의 간섭이 없으며, 클라이언트의 상태를 서버에 유지하지 않아도 되는 RESTful API와 같은 서비스에 적합하다는 것을 깨달았다.

Stateful은 클라이언트의 상태를 저장하여, 세션 기반 애플리케이션에서 필요한 요구사항을 충족시킬 수 있었다. 로그인 상태 유지, 쇼핑몰의 장바구니, 게임의 플레이어 진행 상태 등과 같은 기능에서 중요한 역할을 한다는 점을 이해했다.

프로젝트를 마치며

이번 구현은 단순히 이론을 구현하는 데서 그치지 않고, 해결 과정을 통해 학습하고 성장하는 경험을 했다. Stateless와 Stateful이라는 두 가지 설계 방식은 각기 다른 장단점을 지니고 있으며, 애플리케이션 요구사항에 따라 적합한 방식을 선택하는 것이 중요하다는 점을 깨달았다. 앞으로 이러한 개념과 경험을 바탕으로 더 나은 소프트웨어 설계를 만들어 나갈 수 있을 것이다.

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