FastAPI 서버 아키텍처

FastAPI 기초 입문과 Python 서버 아키텍처

1. FastAPI 입문¶

1-1. 설치¶

FastAPI로 백엔드 서버를 개발하려면 다음과 같이 fastapi와 uvicorn[standard] 패키지를 설치해야 한다.

pip install fastapi uvicorn[standard]

1-2. 기초 서버 생성 및 구동¶

아래와 같이 main.py를 생성하고 FastAPI 객체를 선언해서 간단히 서버를 만들 수 있다.

main.py

from fastapi import FastAPI

app = FastAPI()


@app.get("/")
async def root():
    return {"message": "Hello World"}

Uvicorn을 이용해서 서버를 구동하는 명령어는 아래와 같다.

uvicorn main:app --reload

명령어의 의미는 아래와 같고, 상세 내용 및 기타 파라미터들은 Uvicorn 공식 문서에서 확인할 수 있다.

main
- main.py, 서버로 구동할 Python 모듈 지정
app
- 서버 모듈에서 FastAPI로 선언된 객체를 호출
--reload
- 코드에 변경이 생길 경우 서버 재구동
--port
- 포트 설정. 기본값은 8000
--host
- 호스트 설정. 애플리케이션을 로컬 네트워크에 바인드 하려면 0.0.0.0으로 설정

구동한 서버로 접속해보면 단 몇 줄의 짧은 코드로 아래와 같이 API가 생성된 것을 확인할 수 있다.

1-3. OpenAPI¶

FastAPI는 OpenAPI(Swagger)를 기본으로 제공하는데, 아래와 같이 /docs 주소로 접속해서 확인할 수 있다.

2. 아키텍처¶

FastAPI 기반 백엔드 서버의 전체적인 아키텍처는 아래와 같다.

2-1. Web Server¶

웹 서버(Web server)는 HTTP를 통해 웹 브라우저가 요청하는 HTML, CSS, JavaScript 문서 및 오브젝트(이미지 파일 등)를 전송해주는 서비스 프로그램이다.

Apache, NGINX, IIS 세 가지 웹 서버가 대표적인데, Python 기반의 서버들이 WSGI로 많이 사용하는 Gunicorn의 경우 공식 문서에서 NGINX를 사용하는 것을 강력하게 추천하고 있다.

2-2. WSGI, ASGI¶

CGI¶

WSGI, ASGI에 대해 설명하려면 CGI(Common Gateway Interface)에 대해 먼저 설명해야 한다. 웹 서버는 클라이언트의 요청을 처리하기 위해 서버의 애플리케이션 프로그램을 호출하는데, 호출되는 애플리케이션들의 표준 인터페이스를 CGI라고 한다.

HTTP 요청 예시

GET /home.html HTTP/1.1

CGI는 요청이 들어올 때마다 애플리케이션 프로세스 전체를 다시 처음부터 실행하기 때문에, Python과 같은 인터프리터 언어에서는 이 과정에서 프로세스의 실행이 느려진다는 단점이 있어 이를 보완하기 위해 WSGI라는 미들웨어를 도입하게 되었다.

Python으로 CGI 웹애플리케이션을 개발하려면 cgi 모듈을 사용하고 개발한 애플리케이션을 웹서버에 직접 등록하면 되는데, 자세한 방법은 생활코딩님의 WEB2 Python 수업에 잘 정리되어 있다.

Info

참고로 Python의 cgi 라이브러리는 Python 3.11 부터 deprecate 되었고, 3.13에서 완전히 제거될 예정이기 때문에 더이상 사용할 수 없다. 앞으로는 최소한 wsgiref 라이브러리를 사용해야 한다.

WSGI¶

WSGI(Web Server Gateway Interface)는 Python으로 개발된 애플리케이션 서버와 웹 서버가 통신하고 애플리케이션 서버가 웹 서버의 요청을 처리하기 위한 인터페이스로, WSGI 표준은 PEP 3333에 정의되어 있다.

WSGI의 핵심은 웹 서버와 Python 스크립트를 분리하여 Python 스크립트를 프로세스로 미리 실행시켜두고, 웹 서버가 클라이언트의 요청을 받아서 스크립트에 전달했을 때, 스크립트는 필요한 로직 하나만 실행한 후 결과를 응답함으로써 동적인 콘텐츠에 대한 요청에 빠르게 응답할 수 있게 한 것이다.

대표적인 WSGI로는 Gunicorn, uWSGI, Waitress 등이 있는데, 상용화 수준에 사용할 수 있는 WSGI 패키지는 Linux 전용의 Gunicorn과 Windows와 UNIX에서 모두 사용할 수 있는 Waitress가 있다.

ASGI¶

WSGI는 기본적으로 request와 response로 이루어지는 동기 처리 방식으로 작동하는 single-callable interface이기 때문에 WebSocket을 통한 장기적 통신 등을 지원하는데 한계점이 있고, 이를 보완하기 위해 나온 것이 비동기 처리를 지원하는 ASGI(Asynchronous Server Gateway Interface)이다.

대표적인 ASGI 구현체는 Uvicorn, Hypercorn, Daphne 등이 있는데, Uvicorn을 주로 많이 사용하는 것 같다.

2-3. Gunicorn, Uvicorn¶

FastAPI 기반 백엔드 서버는 그림에 표현된 것과 같이 Gunicorn과 Uvicorn을 동시에 사용한다.

이 때 Gunicorn은 프로세스 매니저로서 서버에서 Master 프로세스의 역할을 하고 Worker 프로세스인 Uvicorn 프로세스를 여러 개 실행해서 관리하며, 웹 서버를 통해 브라우저의 요청이 들어오면 Uvicorn 프로세스를 통해 해당 요청을 처리한다.

Uvicorn의 공식 문서에 따르면 Uvicorn은 Python의 자체 비동기 처리 이벤트 루프를 대체하기 위해 개발된 uvloop을 지원하기 때문에 uvloop을 사용 가능한 환경이라면 uvloop을 사용해서 프로세스를 더 빠르게 처리할 수 있다고 한다.

2-4. Starlette, FastAPI¶

Starlette는 경량 ASGI 프레임워크로, Python 기반의 비동기 웹 애플리케이션을 개발하기에 최적화된 웹 프레임워크이고, FastAPI 공식 문서는 FastAPI가 Starlette의 sub-class라고 밝히고 있다.

FastAPI는 Django, Flask, Sanic과 같은 웹 프레임워크로, 브라우저의 요청이 웹 서버와 WSGI, ASGI를 통해 전달되면 해당 요청을 서버 애플리케이션에 코딩된 로직에 따라 작업하고 결과를 반환한다.