Spring WebSocket과 STOMP, 그리고 Kafka를 활용한 실시간 통신

1. 웹소켓(WebSocket)이란?

1.1 웹의 기본 통신 방식: HTTP의 한계

웹 애플리케이션에서 서버와 클라이언트 간의 데이터 교환은 일반적으로 HTTP를 사용한다.

하지만 HTTP는 비연결성(stateless) 프로토콜로, 클라이언트가 요청을 보내야만 서버가 응답하는 단방향 통신 방식이다.

이 방식은 실시간성이 중요한 애플리케이션(예: 채팅, 주식 거래, 알림 서비스 등)에서는 비효율적이다.

주기적으로 서버에 요청을 보내는

폴링(Polling), 롱 폴링(Long Polling), 서버 센트 이벤트(Server-Sent Events, SSE) 같은 기술이 사용되지만,

성능과 확장성에서 한계가 있다.

1.2 웹소켓(WebSocket)의 등장

웹소켓은 클라이언트와 서버 간에 지속적인 연결을 유지하며 양방향 통신을 지원하는 프로토콜이다. HTTP 기반 연결이지만, 최초 연결 이후에는 지속적으로 데이터를 주고받을 수 있어 실시간성과 효율성이 뛰어나다.

웹소켓의 등장 배경

웹이 발전하면서 실시간 데이터 처리가 필요한 서비스들이 늘어났다.

그러나 기존 HTTP 기반 통신 방식들은 이러한 요구를 충족하기 어려웠다.

이를 해결하기 위해 등장한 것이 웹소켓(WebSocket)이다.

웹소켓은 단순한 요청-응답 패턴을 넘어,

서버와 클라이언트가 지속적으로 데이터를 주고받을 수 있도록 설계된 프로토콜이다.

웹소켓의 특징

• 양방향 통신(Full-Duplex): 서버와 클라이언트가 서로 자유롭게 데이터를 주고받을 수 있다.
• 저지연성(Low Latency): 요청-응답 방식보다 빠르게 데이터를 전달할 수 있다.
• 연결 유지(Persistent Connection): 한 번 연결되면 지속적으로 데이터를 주고받을 수 있어 오버헤드가 적다.

2. 양방향 통신과 WebSocket

2.1 양방향 통신이란?

양방향 통신(Full-Duplex Communication)은 클라이언트와 서버가

서로 독립적으로 데이터를 주고받을 수 있는 통신 방식이다.

기존 HTTP 요청-응답 모델은 단방향(Half-Duplex)이라 서버가 먼저 데이터를 보내는 것이 불가능하지만,

웹소켓은 서버에서도 클라이언트에게 데이터를 자유롭게 보낼 수 있다.

2.2 웹소켓 vs 기존 방식

특징	HTTP Polling	Long Polling	SSE	WebSocket
통신 방식	클라이언트 요청 후 응답	클라이언트가 요청을 유지	서버에서만 데이터 전송 가능	양방향 통신
성능	낮음	보통	높음(서버 → 클라이언트)	매우 높음
연결 유지	불가능	가능	가능	가능
양방향성	없음	없음	서버 → 클라이언트	양방향 가능

웹소켓은 특히 채팅 서비스, 게임, 실시간 주식 정보 제공, 알림 시스템 등에 적합하다.

3. Spring에서 WebSocket 활용하기

Spring Boot에서는 Spring WebSocket 모듈을 제공하여 쉽게 웹소켓을 구현할 수 있다.

하지만 웹소켓만으로는 메시지 라우팅 및 확장성이 부족하므로

STOMP(Simple Text Oriented Messaging Protocol) 프로토콜을 함께 사용한다.

3.1 STOMP란?

STOMP는 텍스트 기반 메시징 프로토콜로, 웹소켓을 더 쉽게 사용할 수 있도록 도와준다.

이를 통해 메시지 브로커(Message Broker)를 활용한 메시지 전달이 가능하다.

3.2 Spring Boot에서 WebSocket & STOMP 설정

1) WebSocket 설정

@Configuration
@EnableWebSocketMessageBroker
public class WebSocketConfig implements WebSocketMessageBrokerConfigurer {

    @Override
    public void configureMessageBroker(MessageBrokerRegistry config) {
        config.enableSimpleBroker("/topic"); // 메시지를 전달할 경로
        config.setApplicationDestinationPrefixes("/app");
    }

    @Override
    public void registerStompEndpoints(StompEndpointRegistry registry) {
        registry.addEndpoint("/ws").setAllowedOrigins("*").withSockJS();
    }
}

2) 메시지 컨트롤러 구현

@Controller
public class ChatController {

    @MessageMapping("/chat")
    @SendTo("/topic/messages")
    public String sendMessage(String message) {
        return message;
    }
}

3) 클라이언트 연결 (JavaScript 예제)

var socket = new SockJS('/ws');
var stompClient = Stomp.over(socket);
stompClient.connect({}, function (frame) {
    console.log('Connected: ' + frame);
    stompClient.subscribe('/topic/messages', function (message) {
        console.log("Received: " + message.body);
    });
});

function sendMessage() {
    stompClient.send("/app/chat", {}, "Hello WebSocket!");
}

4. Kafka와 WebSocket 연동

4.1 Kafka란?

Kafka는 대용량의 데이터를 빠르게 처리할 수 있는 분산 메시징 시스템이다.

실시간 데이터 스트리밍, 로그 수집, 비동기 이벤트 처리 등에 많이 활용된다.

4.2 Kafka를 WebSocket과 함께 사용하는 이유

• 확장성(Scalability): 다수의 클라이언트가 연결될 경우 부하를 줄이기 위해 메시지를 Kafka로 분산할 수 있다.
• 내결함성(Fault Tolerance): 메시지가 유실되지 않고 안정적으로 전송된다.
• 비동기 처리: 웹소켓이 직접 메시지를 전달하는 대신 Kafka를 활용하면 더 효율적인 데이터 처리가 가능하다.

4.3 Spring Boot에서 Kafka 연동하기

1) Kafka 설정

spring.kafka.bootstrap-servers=localhost:9092
spring.kafka.consumer.group-id=chat-group

2) Kafka Producer (메시지 전송)

@Component
public class KafkaProducer {
    private final KafkaTemplate<String, String> kafkaTemplate;

    public KafkaProducer(KafkaTemplate<String, String> kafkaTemplate) {
        this.kafkaTemplate = kafkaTemplate;
    }

    public void sendMessage(String message) {
        kafkaTemplate.send("chat-topic", message);
    }
}

3) Kafka Consumer (메시지 수신 후 WebSocket으로 전달)

@Component
public class KafkaConsumer {
    private final SimpMessagingTemplate messagingTemplate;

    public KafkaConsumer(SimpMessagingTemplate messagingTemplate) {
        this.messagingTemplate = messagingTemplate;
    }

    @KafkaListener(topics = "chat-topic", groupId = "chat-group")
    public void listen(String message) {
        messagingTemplate.convertAndSend("/topic/messages", message);
    }
}

5. 결론

• WebSocket은 실시간 양방향 통신을 가능하게 하며, STOMP를 사용하면 더 효율적으로 메시지를 관리할 수 있다.
• Kafka를 함께 사용하면 확장성과 안정성을 확보할 수 있어 대규모 서비스에서도 유용하다.
• Spring Boot를 활용하면 WebSocket과 Kafka를 쉽게 통합하여 효율적인 실시간 시스템을 구축할 수 있다.

🚀 실시간 데이터 처리가 필요한 프로젝트에서 WebSocket과 Kafka를 함께 활용해보자!