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스프링부트와 리액트를 활용해 로그인을 구현 프로젝트를 진행합니다. 순서는
1. 프로젝트 초기화
2. 쿠키를 이용한 로그인 구현
3. 세션을 이용한 로그인 구현
4. JWT 토큰을 활용한 로그인 구현
입니다. 

두번째 쿠키를 이용한 로그인입니다.

 

서론

기본적으로 웹 애플리케이션 통신에서 우리가 사용하고 있는 프로토콜 HTTP는 stateless입니다. 이는 단순히 클라이언트의 요청에 대해 서버가 응답을 내려주기에 이전 정보를 기억하고 있지않습니다.

하지만 저희는 장바구니에 얼만큼의 상품이 들어가있는지 등 stateful한 구조가 필요로할 때가 있습니다.

 

이러한 부분에서 쿠키는 우리가 매일 사용하는 웹 애플리케이션에서 중요한 역할을 합니다. 특히, 로그인 상태를 유지하는 데 유용한 쿠키를 활용한 인증 방식을 이번 포스팅에서 설명하고 구현해 보겠습니다.

쿠키

정의

  • 클라이언트와 서버와 통신을 할 때 필요한 정보를 저장해두는 작은 데이터 조각입니다.
  • 브라우저에 저장된 쿠키를 통해 서버와 통신할 때 header에 있는 값으로 통신합니다.

역할

  • http의 stateless한 구조를 뛰어넘어 stateful한 구조를 http내에서 구현할 수 있게 해주어 사용자 경험이 향상되는 효과를 가져옵니다.
  • ex): 로그인 상태, 사용자 설정 저장(다크모드) 등..

구조

  • 쿠키 이름
  • 만료기간
  • 경로, 도메인 등...이 있습니다

장점

  • 상태 관리 간편합니다.
  • 클라이언트 쪽에서 자동 전송(HTTP 요청 시 자동 포함)할 수 있습니다.

단점

  • 보안에 취약합니다.(세션 하이재킹, CSRF).
  • 저장 용량 제한이 있습니다.(약 4KB).

 

쿠키 기반 작동 원리

로그인 시 쿠키 생성

  1. 사용자가 로그인을 할 때에 서버에서 인증 완료 후 쿠키를 생성합니다.
  2. 생성된 쿠키를 클라이언트에 전달하고 브라우저에 저장합니다.

요청할 때에 쿠키를 통해 인증

  1. 쿠키를 통해 요청할 때에 브라우저는 저장된 쿠키를 서버로 전송합니다.
  2. 서버는 쿠키를 검증하여 사용자의 인증상태를 확인하고 정보를 제공합니다.

Frontend

localhost:3000/login-cookie에 접근하기 위해 routepath를 지정합니다.

// RoutePath.ts
export enum RoutePath {
    HOMEPAGE = "/",
    COOKIE = "/login-cookie"
}

// AppRoutes.tsx
const AppRoutes = () => {
    return (
      <Router>
          <Routes>
              <Route path={RoutePath.HOMEPAGE} element={<HomePage />} />
              <Route path={RoutePath.COOKIE} element={<CookieLogin />} />
          </Routes>
      </Router>
    )
  }
  
  export default AppRoutes

 

CookieLogin

.env 파일을 생성한 후 REACT_APP_BASE_URL="http://localhost:8080"을 입력해줍니다.

쿠키를 사용하기 위해 리액트에서 제공하는 npm install react-cookie를 설치한 후 다음과 같은 코드를 작성합니다.

const CookieLogin: React.FC = () => {
  const [cookies, setCookie, removeCookie] = useCookies(['auth-token']);
  const [username, setUsername] = useState<string>('');
  const [password, setPassword] = useState<string>('');
  const [error, setError] = useState<string>('');
  const [isAuthenticated, setIsAuthenticated] = useState<boolean>(false);

  // Check if the user is authenticated based on the "auth-token" cookie
  useEffect(() => {
    const token = cookies['auth-token'];
    setIsAuthenticated(!!token); // Set authentication status based on cookie presence
  }, [cookies]);

  // Login API
  const handleSubmit = async (e: React.FormEvent) => {
    e.preventDefault();

    try {
      const response = await fetch(
        `${process.env.REACT_APP_BASE_URL}/cookie/login?username=${username}&password=${password}`,
        {
          method: 'POST',
          headers: {
            'Content-Type': 'application/x-www-form-urlencoded',
          },
        }
      );

      if (response.ok) {
        const token = await response.text(); // Assume the backend returns a token as plain text
        setCookie('auth-token', token, { path: '/', maxAge: 3600 }); // Set the token in cookies
        setIsAuthenticated(true);
        alert('Login successful');
      } else {
        setError('Invalid username or password');
      }
    } catch (error) {
      setError('An error occurred while logging in');
    }
  };

  // Logout API
  const handleLogout = async () => {
    try {
      const response = await fetch(`${process.env.REACT_APP_BASE_URL}/cookie/logout`, {
        method: 'GET',
      });

      if (response.ok) {
        removeCookie('auth-token', { path: '/' }); // Remove the token cookie
        setIsAuthenticated(false);
        alert('Logout successful');
      } else {
        console.error('Logout failed');
      }
    } catch (error) {
      console.error('Logout error:', error);
    }
  };

  // Render success page if authenticated
  if (isAuthenticated) {
    return (
      <div>
        <SuccessPage />
        <button onClick={handleLogout} className="logout-button">
          Logout
        </button>
      </div>
    );
  }

  return (
    <div className="login-container">
      <div className="login-form">
        <h2 className="login-title">Login with Cookie</h2>
        <form onSubmit={handleSubmit}>
          <div>
            <label htmlFor="username">Username</label>
            <input
              type="text"
              id="username"
              className="input-field"
              value={username}
              onChange={(e) => setUsername(e.target.value)}
              required
            />
          </div>
          <div>
            <label htmlFor="password">Password</label>
            <input
              type="password"
              id="password"
              className="input-field"
              value={password}
              onChange={(e) => setPassword(e.target.value)}
              required
            />
          </div>
          <button type="submit" className="login-button">
            Login
          </button>
        </form>
        {error && <p className="error-message">{error}</p>}
      </div>
    </div>
  );
};

export default CookieLogin;

쿠키 로그인 화면

Backend

데이터가 없기에 샘플 데이터를 위한 클래스를 하나 만들어줍니다.

@Component
@RequiredArgsConstructor
public class DataInitializer implements CommandLineRunner {

    private final MemberRepository repository;

    @Override
    public void run(String... args) throws Exception {

        Member member = new Member("hiro", "qwer1234");

        repository.save(member);
        System.out.println("데이터 초기화 완료");
    }
}

서버 실행 시 로그

 

Controller

login

기본적으로 보안은 생략하고 진행하겠습니다. username과 password를 받고 해당 유저가 있으면 로그인 가능하도록 로직을 설계하였습니다. h2 데이터베이스에 유저가 있으면 "auth-token"이라는 이름으로 Cookie를 생성하고 해당 value는 멤버의 pk값을 넣어주었습니다.(기본적으로 암호화된 값이나 유니크한 값으로 설정하는 것이 좋습니다.)

@PostMapping("/login")
public ResponseEntity<String> login(@RequestParam String username, @RequestParam String password, HttpServletResponse response) {
    log.info("login id: {}, password: {}", username, password);
    // Authorization User
    Member member = authService.getMemberByUsername(username);
    if (member != null) {
        // create cookie & config
        Cookie idCookie = new Cookie("auth-token", String.valueOf(member.getId()));
        response.addCookie(idCookie);

        return ResponseEntity.ok("Success login");
    }

    return ResponseEntity.status(HttpStatus.UNAUTHORIZED).body("Fail login");
}
  • 사용자로부터 username과 password를 받아 인증 처리합니다.
  • authService.getMemberByUsername()를 통해 사용자를 데이터베이스에서 조회 후
    • 사용자가 존재하면 auth-token 쿠키를 생성하여 응답에 추가합니다.
    • 사용자 인증 실패 시 Unauthorized(401) 상태 반환합니다.

logout

로그아웃 시에는 쿠키를 삭제(만료)를 진행해주면 됩니다. 쿠키의 Age를 0으로 설정하면 쿠키가 삭제되는 것입니다.

@GetMapping("/logout")
public ResponseEntity<String> logout(HttpServletResponse response) {
    log.info("logout");
    // Delete cookie
    Cookie cookie = new Cookie("auth-token", null);
    cookie.setMaxAge(0);
    response.addCookie(cookie);
    return ResponseEntity.ok("Success logout");
}

 

  • 클라이언트에 저장된 auth-token 쿠키를 삭제.
  • 쿠키 값과 유효 기간을 초기화한 후 클라이언트에게 전달.
  • 성공적으로 로그아웃되면 200 OK 상태 반환.

결과

 

hiro/qwer1234를 입력하면
alert 창이 뜨면서 로그인 성공

브라우저의 개발자 도구 network 탭에 들어가면 cookie에 auth-token이라는 쿠키가 1로 할당된 것을 볼 수 있습니다. 이는 hiro라는 멤버의 아이디가 1이기 때문입니다.

데이터베이스 hiro

 

깃허브 및 참조

제가 공부한 내용을 정리하는 블로그입니다.
아직 많이 부족하고 배울게 너무나도 많습니다. 틀린내용이 있으면 언제나 가감없이 말씀해주시면 감사하겠습니다😁

스프링부트와 리액트를 활용해 로그인을 구현 프로젝트를 진행합니다. 순서는
1. 프로젝트 초기화
2. 쿠키를 이용한 로그인 구현
3. 세션을 이용한 로그인 구현
4. JWT 토큰을 활용한 로그인 구현
입니다. 

첫번째는 프론트와 백엔드 설정입니다.

서론

로그인은 현대 웹 애플리케이션에서 필수적인 기능으로 자리 잡았습니다. 사용자 인증은 단순히 애플리케이션에 접근하기 위한 절차를 넘어, 보안, 데이터 보호, 그리고 맞춤형 서비스 제공의 핵심 역할을 담당합니다. 따라서 신뢰할 수 있고 효율적인 로그인 시스템을 설계하고 구현하는 것은 개발자의 중요한 과제 중 하나입니다.

이 포스팅에서는 로그인 시스템을 체계적으로 정리하고자 합니다. 이를 통해 로그인 시스템의 기본 원리부터 실제 구현 방법까지 폭넓게 다루고자 합니다.

프론트는 react를 사용하고 백엔드는 Spring Framework를 활용하여 다음과 같은 방식으로 로그인 시스템을 구현할 예정입니다:

  1. 쿠키와 세션을 이용한 상태 관리
  2. Spring Security를 활용한 인증 및 권한 부여
  3. OAuth2를 통한 소셜 로그인 연동

 

Frontend 설정

프론트는 리액트를 활용하고 언어는 TypeScript를 이용할 것입니다. 리액트 프로젝트를 생성하기 위해
npx create-react-frontend를 통해 프로젝트를 생성합니다.

해당 프로젝트에서 TypeScript를 사용하기 위해 tsconfig.json을 설정해줍니다.

 

tsconfig.json

{
    "compilerOptions": {
      "target": "es5",
      "lib": [
        "dom",
        "dom.iterable",
        "esnext"
      ],
      "allowJs": true,
      "skipLibCheck": true,
      "esModuleInterop": true,
      "allowSyntheticDefaultImports": true,
      "strict": true,
      "forceConsistentCasingInFileNames": true,
      "noFallthroughCasesInSwitch": true,
      "module": "esnext",
      "moduleResolution": "node",
      "resolveJsonModule": true,
      "isolatedModules": true,
      "noEmit": true,
      "jsx": "react-jsx"
    },
    "include": [
      "src"
    ]
  }

App.js 파일에서는 react-router-dom 라이브러리를 사용하여 애플리케이션의 라우팅을 설정합니다.
이 설정은 SPA(Single Page Application) 형태의 웹사이트에서 페이지 간 전환을 빠르고 부드럽게 구현할 수 있도록 해줍니다.
BrowserRouter, Routes, Route 등의 컴포넌트를 사용하여 라우트 경로와 해당 경로에 매핑된 컴포넌트를 정의합니다.

npm install react-route-dom을 통해 라이브러리 설치를 진행해줍니다.

 

 

App.js

import AppRoutes from "./pages/AppRoutes";

function App() {
  return (
      <AppRoutes />
  );
}

export default App;

AppRoutes.ts

import {BrowserRouter as Router, Route, Routes} from 'react-router-dom';
import { RoutePath } from '../interface/RoutePath';
import HomePage from './home/HomePage';

const AppRoutes = () => {
    return (
      <Router>
          <Routes>
              <Route path={RoutePath.HOMEPAGE} element={<HomePage />} />
          </Routes>
      </Router>
    )
  }
  
  export default AppRoutes

RoutePath.ts

export enum RoutePath {
    HOMEPAGE = "/",
}

HomePage.tsx 파일은 애플리케이션의 메인 페이지 역할을 하는 컴포넌트를 정의합니다.

이 페이지는 사용자가 사이트에 처음 방문했을 때 렌더링되는 기본 화면을 제공합니다.
HomePage 컴포넌트는 React를 사용하여 작성되며, 사용자가 볼 수 있는 다양한 콘텐츠와 네비게이션 링크들을 포함할 수 있습니다.

 

HomePage.tsx는 github를 참조하시길 바랍니다.

HomePage 화면

 

 

 

Backend 설정

백엔드는 Spring Boot 프레임워크를 기반으로 하며, 데이터 관리를 위해 JPA(Java Persistence API)를 사용하여 객체-관계 매핑을 지원합니다. 이를 통해 데이터베이스와의 상호작용을 더욱 간편하고 직관적으로 구현할 수 있습니다.

 

데이터베이스는 경량화된 H2 데이터베이스를 활용하여, 개발 및 테스트 단계에서 빠르고 효율적인 데이터 관리를 수행할 예정입니다. 이를 통해 초기 설정 및 테스트 과정을 간소화하고 생산성을 높일 수 있습니다.

 

start.spring.io에 해당 프로젝트를 생성해줍니다.

spring 프로젝트 생성

 

build.gradle은 다음과 같습니다. swagger를 위한 dependency는 넣어주지 않으셔도 됩니다.

build.gradle

plugins {
	id 'java'
	id 'org.springframework.boot' version '3.3.5'
	id 'io.spring.dependency-management' version '1.1.6'
}

group = 'com.example'
version = '0.0.1-SNAPSHOT'

java {
	toolchain {
		languageVersion = JavaLanguageVersion.of(17)
	}
}

configurations {
	compileOnly {
		extendsFrom annotationProcessor
	}
}

repositories {
	mavenCentral()
}

dependencies {
	implementation 'org.springframework.boot:spring-boot-starter-data-jpa'
	implementation 'org.springframework.boot:spring-boot-starter-web'
	compileOnly 'org.projectlombok:lombok'
	runtimeOnly 'com.h2database:h2'
	annotationProcessor 'org.projectlombok:lombok'
	testImplementation 'org.springframework.boot:spring-boot-starter-test'
	testRuntimeOnly 'org.junit.platform:junit-platform-launcher'
	implementation group: 'org.springdoc', name: 'springdoc-openapi-starter-webmvc-ui', version: '2.6.0'
}

tasks.named('test') {
	useJUnitPlatform()
}

 

데이터베이스 h2 생성

경량화된 h2 데이터베이스를 사용할 것입니다. 해당 설치하기 위해 h2 데이터베이스를 다운로드 사이트로 이동합니다.

Platform-Independent.Zip을 클릭합니다

압축 파일을 해제 한 후 h2가 설치한 곳으로 이동하여 chmod 755 ./bin/h2.sh로 h2를 실행할 수 있는 권한을 설정해줍니다. bin 폴더로 이동 후 ./h2.sh를 통해 h2 데이터베이스를 실행해보면

h2 데이터베이스 콘솔

다음과 같은 콘솔창이 뜹니다. JDBC URL을 설정은 데이터베이스 생성입니다. 저는 auth라는 데이터베이스를 생성하기 위해 url을 auth로 변경해줍니다. 이후 연결을 해줍니다.

💡 만약 해당 창이 뜨지 않는다면 도메인 앞쪽을 localhost로 변경해줍니다.
http://218.38.137.27:8082/(...)
=> http://localhost:8082/(...)

 

Spring 프로젝트를 이동하여 application.yml을 다음과 같이 설정해줍니다.

application.yml

spring:
  datasource:
    url: jdbc:h2:tcp://localhost/~/auth
    username: sa
    password:
    driver-class-name: org.h2.Driver

  jpa:
    hibernate:
      ddl-auto: create
    properties:
      hibernate:
        show_sql: true
        format_sql: true

logging.level:
  org.hibernate.SQL: debug
#  org.hibernate.type: trace
더보기

만약 h2를 설치하기를 원하지 않으신다면 yml datasource의 url를 jdbc:h2:mem:test로 변경하시면 됩니다.

spring:
  datasource:
    url: jdbc:h2:mem:test

서버가 제대로 띄워졌는지 확인하기 위한 healthCheck를 위한 컨트롤러를 만들어줍니다.

StatusController

@Slf4j
@RestController
@RequestMapping("/status")
@Tags(value = @Tag(name = "StatusController", description = "Retrieve any status"))
public class StatusController {

    @GetMapping
    public ResponseEntity<?> serverStatusCheck() {
        log.info("this server is health");
        return ResponseEntity.ok("ok");
    }

    @GetMapping("/all")
    public ResponseEntity<?> anyOneCanAccess() {
        log.info("all people can access");
        return ResponseEntity.ok("all people can access");
    }
}

서버가 제대로 실행되었는지 확인하기 위해 postman을 통해 확인해보면

health-check

다음과 같이 제대로 띄워져 있는 결과를 얻을 수 있습니다.

데이터베이스와의 연동 확인

데이터베이스와의 연동을 확인하기 위해 간단한 create 요청을 만들어 디비에 제대로 적제되었는지 확인해보겠습니다.

 

AccountDto와 SignUpRequest는 Java의 record를 사용해 생성됩니다. record는 Java 16 이상에서 제공되는 기능으로, 불변 객체를 간결하게 정의할 수 있게 해줍니다. 이를 통해 DTO(Data Transfer Object)와 요청 객체를 더 짧고 명확한 코드로 작성할 수 있습니다.

 

SignUpRequest

public record AccountDto() {
    @Data
    @NoArgsConstructor
    @AllArgsConstructor
    public static final class SignUpRequest {
        private String username;
        private String password;
    }
}

 

다음은 controller를 생성합니다. @RequestBody를 통해 받은 SignUpRequest를 통해 service의 joinMember를 호출합니다.

TestController

@Slf4j
@RestController
@RequiredArgsConstructor
@RequestMapping("/test")
@Tags(value = @Tag(name = "TestController", description = "check database"))
public class TestController {

    private final TestService testService;

    @PostMapping("/members")
    public ResponseEntity<String> createUser(@RequestBody SignUpRequest signUpRequest) throws Exception {
        log.info("Controller: createUser");
        String createName = testService.joinMember(signUpRequest.getUsername(), signUpRequest.getPassword());

        return ResponseEntity.ok(createName);
    }
}

 

엔티티 Member를 생성합니다.

Member

@Entity
@Getter
@Setter
@NoArgsConstructor
@AllArgsConstructor
public class Member {

    @Id
    @GeneratedValue(strategy = GenerationType.IDENTITY)
    private Long id;

    private String username;
    private String password;

    public Member(String username, String password) {
        this.username = username;
        this.password = password;
    }
}

TestService는 서비스 계층으로 Repository와의 상호작용을 담당하고 비즈니스 로직을 담당하는 부분입니다.

TestService

@Slf4j
@RequiredArgsConstructor
@Service
public class TestService {

    private final MemberRepository memberRepository;

    public String joinMember(String username, String password) throws Exception {
        log.info("Service: joinMember");
        if (memberRepository.existsByUsername(username)) {
            throw new RuntimeException("fail join member");
        }

        Member member = new Member(username, password);

        memberRepository.save(member);

        return member.getUsername();
    }
}

MemberRepository는 Spring Data JPA의 JpaRepository 인터페이스를 확장하여 데이터베이스와 상호작용하는 저장소(Repository)입니다. 이 인터페이스를 구현함으로써, 기본적인 CRUD(생성, 읽기, 업데이트, 삭제) 기능을 자동으로 제공받을 수 있습니다. 이를 통해 개발자는 복잡한 SQL 쿼리 작성 없이 간단한 메서드 호출만으로 데이터베이스 작업을 수행할 수 있습니다.

 

 

MemberRepository

@Repository
public interface MemberRepository extends JpaRepository<Member, Long> {
    boolean existsById(Long id);
    boolean existsByUsername(String username);
    Member findByUsername(String username);
}

포스트맨을 통해서 확인해본 결과는 다음과 같습니다.

멤버 생성 포스트맨

Spring의 SQL문은 다음과 같습니다.

데이터베이스에 잘 적제된 것을 확인할 수 있습니다.

 

 

깃허브 및 참조

 

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면접 리스트

해시는 무엇인가요?

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해시특정 값을 해시 함수를 통해 매핑하는 테이블을 의미합니다. 내부적으로 배열을 사용하기에 빠른 탐색 속도를 가집니다. 가능성은 낮지만 해시 함수에 동일한 값이 반환될 시에는 충돌이 일어나는데 이를 해결할 다른 방법이 필요합니다.

그래프는 무엇인가요?

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그래프노드와 간선으로 이루어진 데이터의 집합을 의미합니다. 그래프에는 양방향 그래프나 단방향 그래프가 있으며 인접행렬이나 인접 리스트를 이용하여 그래프를 표현할 수 있습니다. 

트리에 대해서 설명해주세요.

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트리는 그래프의 일종으로 계층적 관계를 표현하는 자료구조입니다. 그래프와 마찬가지로 노드와 간선으로 이루어져 있으며 이진트리, 이진탐색 트리, 선형 트리등 트리의 구조에 따라 많은 트리가 존재합니다.

트리가 그래프와 다른점은 사이클이 존재하지 않는 것입니다.

힙에 대해서 설명해주세요

더보기

최대 힙을 기준으로 설명드리겠습니다. 

트리 중에서 가장 값이 큰 노드를 루트노드로 가지고 있는 트리를 의미합니다. 따라서 루트 노드를 계속해서 탐색하다보면 내림차순 정렬된 결과 값을 얻을 수 있습니다. 이때 데이터를 삭제할 때에는 heapify를 거치게 되며 데이터를 삽입할 때에도 마찬가지로 heapify 과정을 거치게 됩니다.

따라서 최대값을 가지는 연산에는 O(1)의 값을, 삭제 및 삽입에는 O(logN)의 시간복잡도를 가집니다.

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면접 리스트

배열과 리스트는 어떻게 다른가요?

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배열같은 타입의 데이터를 모은 집합으로 메모리 공간에서 연속적인 공간을 할당받습니다. 런타임에 배열의 크기가 결정되며 랜덤접근을 통해 데이터를 접근하는데에 O(1)의 시간복잡도를 가져 접근이 많은 프로그램에 유용한 자료구조 입니다.

 

리스트같은 타입의 데이터를 모은 집합으로 배열과 동일하나 메모리 공간에서 연속적인 공간을 할당받지 않습니다. 리스트는 크기가 동적으로 할당할 수 있으며 순차적인 접근을 하기에 삽입, 삭제에는 O(1)의 시간복잡도를 가지지만 탐색에는 O(N)의 시간복잡도를 가집니다.

스택과 큐에 대해서 설명해주세요?

더보기

스택은 선형 자료 구조의 일종으로 나중에 들어간 원소가 먼저 나오는 LIFO 구조인 자료구조입니다. 재귀함수의 콜스택이나 방문 기록 등에 사용되고 있습니다.

는 선형 자료구조의 일종으로 먼저 들어간 원소가 먼저 나오는 FIFO 구조의 자료구조입니다. CPU 작업을 기다리는 프로세스나 캐시 등에 사용되고 있습니다.

 

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면접을 위한 CS 전공지식 노트(주홍철 저)을 통해 정리한 포스팅입니다.

면접 리스트

해시 테이블을 설명하세요

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해시 테이블은 무한에 가까운 데이터들을 유한한 갯수의 해시 값으로 매핑한 테이블입니다.

이를 통해 작은 크기의 캐시 메모리로도 프로세스를 관리하도록 할 수 있습니다.

그래프와 트리의 차이점을 설명하세요

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그래프정점과 간선으로 이루어진 자료구조를 말하며 트리는 그래프 중 하나로 그래프의 특징처럼 정점과 간선으로 이루어져있고 트리 구조로 배열된 일종의 계층적 데이터의 집합입니다. 트리는 그래프와 달리 사이클이 존재하지 않습니다.

이진 탐색 트리에는 어떤 문제점이 있으며 이를 해결하기 위한 트리를 설명하세요

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이진 탐색 트리선형적으로 구성될 때 시간 복잡도가 O(N)으로 커지는 문제점이 있습니다. 선형적으로 구성되지 않고 균형 잡힌 트리로 구성하기 위해 나온 트리로 AVL트리레드 블랙 트리가 있습니다.

AVL트리스스로 균형을 잡는 이진 탐색 트리입니다. 두 자식 서브 트리의 높이는 항상 최대 1만큼 차이가 나는 특징이 있습니다. 탐색 삽입 삭제 모두 시간 복잡도가 O(logN)이며 삽입 삭제할 때마다 균형을 맞추기 위해 회전을 진행합니다.

레드 블랙 트리균형을 유지하기 위해 노드에 색상(빨강 또는 검정)을 부여하고 몇 가지 규칙을 따릅니다. 레드 블랙 트리는 AVL 트리보다 느슨한 균형을 유지하기 때문에 삽입과 삭제 시 회전 연산이 더 적게 발생합니다. 이로 인해 삽입과 삭제의 성능은 더 나은 경우가 많습니다. 레드 블랙 트리는 AVL 트리와 마찬가지로 탐색, 삽입, 삭제의 시간 복잡도는 O(log N)으로 보장되지만, AVL 트리만큼 탐색 속도가 빠르진 않을 수 있습니다.

정리

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복잡도


시간복잡도

빅오 표기법

  • 시간 복잡도: 입력 크기에 대해 어떠한 알고리즘이 실행되는데 걸리는 시간.
  • 반복 횟수를 중점으로 체크하며 빅오 표기법으로 표현
  • 10N^2 + 100N이면 O(N^2)으로 표현

공간복잡도

  • 공간복잡도: 프로그램을 실행시켰을 때 필요로 하는 자원 공간의 양.
  • 정적 변수 + 동적 변수
  • 예: int[] a = new int[1000]은 1000 * 4byte

자료구조에서의 시간 복잡도

평균

자료구조 접근 탐색 삽입 삭제
배열 O(1) O(N) O(N) O(N)
스택 O(N) O(N) O(1) O(1)
O(N) O(N) O(1) O(1)
이중 연결 리스트 O(N) O(N) O(1) O(1)
해시 테이블 O(1) O(1) O(1) O(1)
이진 탐색 트리 O(logN) O(logN) O(logN) O(logN)
AVL 트리 O(logN) O(logN) O(logN) O(logN)
레드 블랙 트리 O(logN) O(logN) O(logN) O(logN)

worst

자료구조 접근 탐색 삽입 삭제
배열 O(1) O(N) O(N) O(N)
스택 O(N) O(N) O(1) O(1)
O(N) O(N) O(1) O(1)
이중 연결 리스트 O(N) O(N) O(1) O(1)
해시 테이블 O(N) O(N) O(N) O(N)
이진 탐색 트리 O(N) O(N) O(N) O(N)
AVL 트리 O(logN) O(logN) O(logN) O(logN)
레드 블랙 트리 O(logN) O(logN) O(logN) O(logN)

선형 자료구조


연결 리스트

  • 데이터를 감싼 노드를 포인터로 연결해서 공간적인 효율성을 극대화시킨 자료구조
  • 삽입 삭제 O(1) 탐색 O(N)
  • prev 포인터와 next 포인터, 데이터를 담는 용량
  • 싱글 연결 리스트
    • next 포인터만 가짐
  • 이중 연결 리스트
    • next, prev 포인터를 가짐
  • 원형 리스트
    • 이중 연결 리스트와 같지만 마지막 노드의 next가 head를 가르킴.

배열

  • 같은 타입의 변수들로 이루어져있고, 크기가 정해져있으며 인접한 메모리 위치에 데이터를 모아놓은 집합.
  • 중복 허용, 순서가 있음.
  • 접근: O(1) 랜덤 접근 가능, 삽입, 삭제: O(N)
  • 데이터 추가 + 삭제가 많을 때에는 연결리스트, 접근을 많이할 때에는 배열로.

랜덤 접근과 순차적 접근

  • 랜덤 접근(직접 접근): 동일한 시간에 배열과 같은 순차적인 데이터가 있을 때 임의의 인덱스에 해당하는 데이터에 접근할 수 있는 기능.
  • 데이터를 순서대로 접근하는 순차적 접근과는 정반대
  • 배열 ⇒ 랜덤접근, 연결리스트 ⇒ 순차적 접근

벡터

  • 동적으로 요소를 할당할 수 있는 동적 배열.
  • 컴파일 시점에 갯수를 모른다면 백터를 사용
  • 중복을 허용하고 랜덤접근이 가능.
  • 탐색 O(1) 삭제, 삽입 O(N)

스택

  • 가장 마지막에 들어간 데이터가 가장 첫번째로 나오는 LIFO(Last In First Out)
  • 재귀 함수(콜스택), 알고리즘, 방문기록에 사용
  • 삽입 삭제 O(1) 탐색 O(N)

  • 먼저 집어넣은 데이터가 먼저 나오는 성질(FIFO, First In First Out), 스택과 반대
  • 삽입, 삭제 O(1) 탐색 O(N)
  • CPU 작업을 기다리는 프로세스, 스레드 행렬, 네트워크 접속을 기다리는 행렬, 너비우선탐색, 캐시에 사용

비선형 자료 구조


그래프

  • 정점과 간선으로 이루어진 자료구조

정점과 간선

  • 어떠한 곳: 정점
  • 무언가: 간선
  • 단방향 간선과 양방향 간선이 있음
  • 정점으로 나가는 간선은 outdegree, 들어오는 간선은 indegree
  • 정점과 간선으로 이루어진 집합을 그래프

가중치

  • 간선과 정점 사이에 드는 비용.

트리

  • 그래프의 특징처럼 정점과 간선으로 이루어져있고 사이클이 없는 구조

특징

  • 루트 노드, 내부 노드, 리프 노드가 존재
  • 루트 노드
    • 가장 위에 있는 노드.
  • 내부 노드
    • 루트 노드와 리프 노드 사이에 있는 노드
  • 리프 노드
    • 자식 노드가 없는 노드. 마지막 노드.

이진트리

  • 자식 노드 수가 두개 이하인 트리
  • full binary tree
    • 자식 노드가 0또는 두개인 이진 트리
  • 완전 이진 트리
    • 왼쪽에서부터 채워져있는 이진 트리
    • 마지막 레벨을 제외하고는 다 채워져있으며 마지막 레벨의 경우 왼쪽부터
  • 변질 이진 트리
    • 자식 노드가 하나밖에 없는 이진 트리
  • 포화 이진 트리
    • 모든 노드가 꽉 차 있는 이진 트리
  • 균형 이진 트리
    • 왼쪽과 오른쪽 노드의 높이 차이가 1이하인 이진 트리를 의미
    • map이나 set으로 구성
  • 이진탐색트리
    • 왼쪽 트리에는 노드 값보다 작은 노드들만 오른쪽 트리에는 노드 값보다 큰 노드들만.
    • 탐색에는 평균 O(logN) 최악은 O(N)
  • AVL 트리
    • 최악의 선형 트리가 되는 것을 방지하고 스스로 균형을 잡는 이진 탐색 트리.
    • 두 자식 서브 트리의 높이가 항상 최대 1만큼 차이나는 특징
    • 탐색 삽입 삭제 O(logN)
    • 회전을 함
  • 레드 블랙 트리
    • 균형 이진 트리
    • 탐색 삽입 삭제 O(logN)
    • 모든 리프 노드와 루트노드는 블랙이며 어떤 노드가 레드면 그 노드의 자식은 블랙이다.

  • 완전 이진 트리 기반의 자료구조.
  • 최대 힙: 루트의 키가 키 중에 가장 큰 값.
  • 최소 힙: 루트의 키가 키 중에 가장 작은 값.
  • 삽입
    • 힙의 성질을 통해 리프 노드에 삽입
    • 그 이후에 heapify
  • 삭제
    • 루트 노드 삭제
    • 리프 노드와 교체
    • heapify

우선순위 큐

  • 우선순위 대기열이라고도 하며 우선순위가 높은 요소나 우선순위가 낮은 요소보다 먼저 제공되는 자료구조
  • 힙을 기반으로.

  • 특정 순서에 따라 키와 매핑된 값의 조합으로 형성된 자료구조
  • 레드블랙 트리 자료구조를 기반으로 형성
  • 정렬을 보장하지 않을때 해시테이블로

  • 특정 순서에 따라 고유한 요소를 저장하는 컨테이너
  • unique한 값만을 저장.

해시 테이블

  • 무한에 가까운 데이터를 유한한 개수의 해시 값으로 매핑한 테이블
  • 삽입 삭제 탐색시 평균적으로 O(1)

 

 

참조

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  • 면접을 위한 CS 전공지식 노트(주홍철 저) -길벗

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commit/rollback이 무엇인가요?

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Commit은 데이터베이스에서 트랜잭션 작업을 영구적으로 저장하는 명령입니다. 트랜잭션이 성공적으로 완료되었음을 나타내며, 이 시점 이후에는 롤백이 불가능합니다.

Rollback은 데이터베이스에서 트랜잭션이 수행 중에 오류가 발생하거나, 트랜잭션을 취소해야 할 경우, 해당 트랜잭션이 실행한 모든 작업을 취소하여 데이터베이스를 이전 상태로 되돌리는 작업입니다.

이 기능은 데이터의 무결성과 일관성을 보장하기 위해 사용되며, 트랜잭션이 완전히 성공하지 못한 경우, 데이터베이스에 영향을 주지 않도록 합니다.

트랜잭션이 무엇인가요?

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트랜잭션데이터베이스에서 하나의 작업 단위를 의미하며, ACID 특성을 만족해야 합니다. 이 특성에는 원자성, 일관성, 고립성, 지속성이 포함됩니다. 트랜잭션은 데이터의 무결성과 일관성을 보장합니다.

트랜잭션 격리수준에 대해 설명해주세요

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격리 수준은 트랜잭션 간의 동시성 제어를 정의하며, READ UNCOMMITTED, READ COMMITTED, REPEATABLE READ, SERIALIZABLE 네 가지 수준이 있습니다. 높은 격리 수준일수록 데이터 일관성이 강화되지만 성능 오버헤드가 커질 수 있습니다.

 

 

 

 

 

 

 

참조

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  • 면접을 위한 CS 전공지식 노트(주홍철 저) -길벗
  •  
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1정규형이 무엇이며 특징을 설명해주세요.

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1정규형테이블의 모든 속성이 원자값만을 가져야 한다는 조건입니다. 즉, 한 칸에 여러 값이 아닌 하나의 값만 저장되도록 테이블을 구성합니다. 이를 통해 데이터 중복과 불필요한 복잡성을 줄입니다.

2정규형이 무엇이며 특징을 설명해주세요.

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2정규형은 1정규형을 만족하면서, 기본 키의 부분적 종속성을 제거하는 것입니다. 즉, 기본 키의 일부에만 의존하는 속성을 별도로 분리하여 테이블을 재구성합니다.

3정규형이 무엇이며 특징을 설명해주세요.

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3정규형은 2정규형을 만족하면서, 이행적 종속성을 제거하는 것입니다. 즉, 비기본 속성이 다른 비기본 속성에 의존하지 않도록 테이블을 분리하여 데이터의 일관성을 높입니다.

BCNF정규형이 무엇이며 특징을 설명해주세요.

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BCNF는 3정규형을 강화한 형태로, 모든 결정자가 후보 키가 되도록 테이블을 설계합니다. 이를 통해 복잡한 종속성을 제거하고 데이터의 무결성을 강화합니다.

반정규형이 무엇이며 특징을 설명해주세요.

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반정규화는 성능 향상을 목적으로 데이터의 중복을 허용하거나 테이블을 결합하여 정규화 수준을 낮추는 것을 의미합니다. 이는 읽기 작업이 많은 환경에서 쿼리 성능을 향상시키는 데 유용합니다.

제가 공부한 내용을 정리하는 블로그입니다.
아직 많이 부족하고 배울게 너무나도 많습니다. 틀린내용이 있으면 언제나 가감없이 말씀해주시면 감사하겠습니다😁

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DDL/DML/DCL에 대해 설명해주세요.

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DDL(Data Definition Language)데이터베이스 구조를 정의하거나 변경하는 데 사용되며, CREATE, ALTER, DROP과 같은 명령어가 포함됩니다.

DML(Data Manipulation Language)데이터를 조회하거나 수정, 삭제, 삽입하는 데 사용되며, SELECT, INSERT, UPDATE, DELETE 등이 있습니다.

DCL(Data Control Language)데이터베이스 접근 권한을 제어하는 명령으로, GRANT와 REVOKE가 대표적입니다. 

DROP, TRUNCATE, DELETE에 각각에 대해 설명해주세요. 어떤차이가 있나요?

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DROP테이블 자체를 삭제하며, 구조와 데이터가 모두 제거됩니다. 삭제 후에는 복구가 불가능하며, 테이블과 관련된 인덱스 및 참조 관계도 삭제됩니다.
TRUNCATE테이블의 모든 데이터를 삭제하지만, 테이블 구조는 유지됩니다. 로그 기록이 간소화되므로 대량 데이터 삭제에 효율적입니다.
DELETE데이터를 행 단위로 삭제하며, WHERE 조건을 사용할 수 있어 특정 데이터만 삭제할 수 있습니다. DELETE는 로그 기록을 남기므로 트랜잭션을 통해 롤백이 가능합니다.

SQL Injection 공격이 무엇인지 어떻게 공격을 예방할 수 있는지 설명해주세요.

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SQL Injection사용자가 입력한 데이터를 SQL 쿼리에 삽입하는 과정에서 악의적인 SQL 코드를 주입하여 데이터베이스를 공격하는 기법입니다. 이를 통해 데이터 유출, 변경, 삭제 등이 가능하며, 심각한 보안 위협이 됩니다.

이를 예방하기 위해, 첫째, Prepared StatementParameterized Query를 사용하여 쿼리와 데이터를 분리합니다.

둘째, 입력값에 대한 유효성 검사를 철저히 수행하고, 셋째, 데이터베이스 계정을 최소 권한 원칙에 따라 설정합니다.

인덱스에 대해서 설명해주세요.

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인덱스테이블의 데이터를 빠르게 조회하기 위해 사용하는 데이터 구조입니다. 책의 목차와 유사하며, 특정 열의 값을 기준으로 데이터의 위치를 빠르게 찾을 수 있습니다. 인덱스를 사용하면 SELECT와 같은 읽기 작업의 성능이 크게 향상됩니다. 그러나, INSERT, UPDATE, DELETE와 같은 쓰기 작업에는 오버헤드가 발생할 수 있습니다.

인덱스의 동작 방식에 대해 설명해주세요

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MySQL 기준으로 인덱스는 일반적으로 B-Tree 구조를 사용하여 동작합니다. B-Tree는 데이터를 균형 있게 저장하여 탐색, 삽입, 삭제 시 일정한 성능을 보장합니다. 데이터 검색 시, 루트 노드에서부터 시작해 리프 노드까지 탐색하며, 해당 키 값을 빠르게 찾습니다. 또한, 자주 사용되는 데이터에 대해 캐싱을 통해 접근 속도를 더 향상시킵니다.

클러스터링 인덱스에 대해서 설명해주세요.

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클러스터링 인덱스테이블의 데이터가 인덱스 키 값에 따라 물리적으로 정렬되어 저장되는 방식입니다. 기본 키가 클러스터링 인덱스로 사용되는 경우가 많으며, 동일한 키 값을 가진 데이터가 인접하게 저장됩니다. 이는 범위 검색 시 높은 성능을 발휘하지만, 데이터 삽입이나 업데이트 시 정렬을 유지해야 하므로 비용이 증가할 수 있습니다.

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