바이트는 어떻게 흐르고, 왜 한 스레드로 수만 연결을 감당할까?

java.io의 세계는 스트림(stream), 즉 한 방향으로 흐르는 데이터의 연속이에요. 크게 둘로 나뉩니다. 바이트 스트림(InputStream/OutputStream)은 8비트 바이트를 그대로 다뤄 이미지·오디오·바이너리에 쓰고, 문자 스트림(Reader/Writer)은 Charset을 거쳐 바이트를 문자로 해석해 텍스트에 씁니다.

두 번째 기본기는 버퍼링이에요. 버퍼 없이 read()를 1바이트씩 호출하면 매번 커널 시스템 콜(syscall)이 발생해 극도로 느려요. BufferedInputStream/BufferedReader는 내부 배열에 덩어리로 미리 읽어두고(prefetch) 메모리에서 꺼내줘, syscall 횟수를 수천분의 일로 줄입니다.

// 인코딩 명시 + 버퍼링 + try-with-resources (표준 3종 세트)
Path path = Path.of("data.txt");
try (BufferedReader br = new BufferedReader(
         new InputStreamReader(
             Files.newInputStream(path), StandardCharsets.UTF_8))) {
    String line;
    while ((line = br.readLine()) != null) {
        process(line);
    }
} // close()가 자동 호출 — 예외가 나도 자원 누수 없음

java.io의 소켓 I/O는 블로킹(blocking)이에요. socket.getInputStream().read()를 호출하면 데이터가 도착할 때까지 그 스레드는 멈춰서 대기합니다. 연결 하나당 스레드 하나를 붙이는 스레드-per-connection 모델이 자연스레 따라오죠.

java.nio(New I/O, Java 1.4~)는 근본 모델이 달라요. 스트림이 한 바이트씩 흐르는 것이라면, NIO는 Buffer라는 블록에 담아 Channel을 통해 오가요. 핵심은 Channel은 양방향이고(읽기·쓰기 모두), 데이터는 항상 Buffer를 경유한다는 점입니다.

Buffer는 세 개의 커서로 상태를 관리해요 — capacity(전체 크기), position(현재 위치), limit(읽고/쓸 수 있는 경계). 채널에서 읽어 담은 뒤 처리하려면 flip()으로 쓰기 모드 → 읽기 모드를 전환하는 게 NIO 초심자의 첫 관문이죠.

try (FileChannel ch = FileChannel.open(Path.of("data.bin"))) {
    ByteBuffer buf = ByteBuffer.allocate(1024);
    int n = ch.read(buf);      // 채널 → 버퍼 (쓰기 모드로 채움)
    buf.flip();                // limit=position, position=0 (읽기 모드)
    while (buf.hasRemaining()) {
        byte b = buf.get();    // 버퍼에서 꺼내기
        // ...
    }
    buf.clear();               // 다시 쓰기 모드로 (position=0, limit=capacity)
}

NIO 채널은 논블로킹 모드로 둘 수 있어요(configureBlocking(false)). 데이터가 없으면 멈추지 않고 즉시 0을 반환하고 돌아오죠. 하지만 채널 수천 개를 계속 폴링하면 CPU 낭비예요. 그래서 Selector가 등장합니다.

Selector selector = Selector.open();
serverChannel.configureBlocking(false);
serverChannel.register(selector, SelectionKey.OP_ACCEPT);

while (true) {
    selector.select();                       // 준비된 이벤트가 생길 때까지 대기
    Iterator<SelectionKey> it = selector.selectedKeys().iterator();
    while (it.hasNext()) {
        SelectionKey key = it.next();
        it.remove();                         // 처리한 키는 반드시 제거
        if (key.isAcceptable())      accept(key);
        else if (key.isReadable())   read(key);   // 한 스레드가 다수 연결을 처리
    }
}

직렬화(Serialization)는 객체의 상태를 바이트 스트림으로 변환해 저장·전송하고, 역직렬화(Deserialization)로 다시 객체로 복원하는 것이에요. 클래스가 Serializable(마커 인터페이스)을 구현하면 ObjectOutputStream으로 통째로 쓸 수 있죠.

class Session implements Serializable {
    private static final long serialVersionUID = 1L;   // 버전 명시 권장
    private String userId;
    private transient String password;   // transient = 직렬화 제외 (민감정보)
}