C++ Socket Chat

고성능 멀티스레드 TCP 소켓 기반 채팅 애플리케이션

목차

• 개요
• 주요 기능
• 기술 스택
• 아키텍처
• 프로젝트 구조
• 요구사항
• 빌드 및 실행
• 사용법
• 프로토콜 명세

개요

C++17로 구현된 실시간 채팅 시스템입니다. epoll 기반의 이벤트 주도 아키텍처와 스레드풀을 활용하여 높은 동시성과 성능을 제공합니다. 서버는 레이어드 아키텍처로 설계되어 유지보수성과 확장성이 뛰어납니다.

주요 기능

서버

• 고성능 비동기 I/O: epoll을 활용한 이벤트 주도 아키텍처
• 멀티스레드 처리: 하드웨어 코어 수에 맞춘 스레드풀 활용
• 레이어드 아키텍처: Application, Domain, Network, I/O, Concurrency 계층 분리
• 실시간 메시지 브로드캐스팅: 모든 연결된 클라이언트에게 메시지 전송
• 환경 변수 기반 설정: .env 파일을 통한 포트 설정
• 로깅 시스템: 서버 상태 및 이벤트 추적

클라이언트

• 콘솔 기반 UI: 직관적인 터미널 인터페이스
• 닉네임 설정: 사용자 식별을 위한 닉네임 등록
• 실시간 채팅: 메시지 송수신 및 시스템 알림 수신
• 계층화된 서비스: Network, Core, UI 계층 분리

기술 스택

• 언어: C++17
• 빌드 시스템: CMake 3.16+
• 네트워킹: POSIX Socket API, epoll
• 동시성: std::thread, ThreadPool
• 데이터 형식: JSON (nlohmann/json)
• 플랫폼: Linux/macOS

아키텍처

서버 레이어드 아키텍처

┌─────────────────────────────────────┐
│      Application Layer              │  Server
│                                     │
├─────────────────────────────────────┤
│      Domain Layer                   │  PacketHandler, ClientManager
│                                     │  NicknameHandler, MessageHandler
├─────────────────────────────────────┤
│      Network Layer                  │  Listener, ConnectionManager
│                                     │  PacketReceiver, PacketSender
├─────────────────────────────────────┤
│      I/O Layer                      │  EpollManager
│                                     │
├─────────────────────────────────────┤
│      Concurrency Layer              │  ThreadPool, ThreadSafeQueue
│                                     │
└─────────────────────────────────────┘

클라이언트 아키텍처

┌─────────────────────────────────────┐
│      UI Layer                       │  ChatClient, ConsoleUI
│                                     │
├─────────────────────────────────────┤
│      Core Layer                     │  ConnectionService, ChatService
│                                     │  Message
├─────────────────────────────────────┤
│      Network Layer                  │  NetworkClient, PacketHandler
│                                     │
└─────────────────────────────────────┘

프로젝트 구조

cpp-socket-chat/
├── server/                 # 서버 애플리케이션
│   ├── include/
│   │   ├── application/    # Server 클래스
│   │   ├── domain/         # 비즈니스 로직 (Handler, ClientManager)
│   │   ├── network/        # 네트워크 통신 (Listener, PacketReceiver/Sender)
│   │   ├── io/             # I/O 관리 (EpollManager)
│   │   ├── concurrency/    # 동시성 (ThreadPool, ThreadSafeQueue)
│   │   ├── config/         # 환경 설정 (Env)
│   │   └── logger/         # 로깅 시스템
│   ├── src/                # 구현 파일
│   ├── .env                # 서버 설정 (포트 등)
│   └── CMakeLists.txt
│
├── client/                 # 클라이언트 애플리케이션
│   ├── include/
│   │   ├── ui/             # 사용자 인터페이스
│   │   ├── core/           # 핵심 서비스 로직
│   │   ├── network/        # 네트워크 통신
│   │   └── common/         # 공통 유틸리티
│   ├── src/                # 구현 파일
│   └── CMakeLists.txt
│
└── README.md

요구사항

시스템 요구사항

• Linux 또는 macOS
• CMake 3.16 이상
• GCC 7+ 또는 Clang 5+ (C++17 지원)

빌드 도구

# Ubuntu/Debian
sudo apt-get install build-essential cmake

# macOS
brew install cmake

빌드 및 실행

서버 빌드 및 실행

# 서버 디렉토리로 이동
cd server

# 빌드 디렉토리 생성 및 빌드
cmake .
make

# 서버 실행
./server

환경 변수 설정 (선택사항):

# server/.env 파일 수정
SERVER_PORT=8877

클라이언트 빌드 및 실행

# 클라이언트 디렉토리로 이동
cd client

# 빌드 디렉토리 생성 및 빌드
cmake .
make

# 클라이언트 실행
./client

사용법

1. 서버 시작

cd server
./server

서버가 시작되면 다음과 같은 로그를 확인할 수 있습니다:

[INFO] Server started on port: 8877
[INFO] Using 8 worker threads.

2. 클라이언트 접속

cd client
./client

3. 채팅 시작

1. 클라이언트 실행 시 서버 IP와 포트 입력
2. 닉네임 설정
3. 메시지 입력 및 전송
4. /quit 명령어로 종료

예시 세션

서버의 IP를 입력해주세요: 127.0.0.1
서버의 PORT를 입력해주세요: 8877
닉네임을 입력하세요: Alice
[시스템] 서버에 연결되었습니다.
사용할 닉네임을 입력하세요 (32자 이하, 띄어쓰기 불가): 아무개
닉네임 [아무개] 사용이 승인되었습니다.
[시스템] 채팅이 시작되었습니다! (종료: /exit)  
(입력창) > 
[2025-11-09 21:57:34][아무개2(127.0.0.2)] > 안녕하세요

프로토콜 명세

패킷 구조

struct PacketHeader {
    PacketType type;    // 2 bytes
    uint16_t size;      // 2 bytes (페이로드 크기)
};

struct Packet {
    PacketHeader header;
    char payload[MAX_PAYLOAD_SIZE];  // 1024 bytes (JSON)
};

패킷 타입

클라이언트 → 서버

타입	코드	설명
NICKNAME_REQUEST	101	닉네임 등록 요청
MESSAGE_SEND	201	채팅 메시지 전송

서버 → 클라이언트

타입	코드	설명
NICKNAME_RESPONSE_OK	1001	닉네임 등록 성공
NICKNAME_RESPONSE_FAIL	1002	닉네임 등록 실패
MESSAGE_CHAT	1101	일반 채팅 메시지
MESSAGE_SYSTEM	1102	시스템 알림 메시지

페이로드 형식 (JSON)

닉네임 요청

{
  "nickname": "Alice"
}

메시지 전송

{
  "message": "Hello, World!"
}

채팅 메시지 수신

{
  "nickname": "Bob",
  "message": "Hi there!"
}

주요 특징

서버 성능 최적화

• epoll 이벤트 루프: 수천 개의 동시 연결 처리 가능
• 스레드풀: CPU 코어 수에 최적화된 워커 스레드
• 논블로킹 I/O: 단일 스레드로 다중 클라이언트 모니터링
• 제로 카피: 효율적인 메모리 관리

코드 품질

• 레이어드 아키텍처: 명확한 책임 분리
• RAII 패턴: 자동 리소스 관리
• 스마트 포인터: 메모리 누수 방지
• 예외 처리: 안정적인 에러 핸들링

확장성

• 새로운 패킷 타입 추가 용이
• 핸들러 패턴으로 비즈니스 로직 확장 가능
• 계층 분리로 각 레이어 독립적 개선 가능

개발 환경

디버깅

# 디버그 빌드
cmake -DCMAKE_BUILD_TYPE=Debug .
make

# GDB로 디버깅
gdb ./server

로그 확인

서버는 실행 중 다음과 같은 로그를 출력합니다:

• [INFO]: 일반 정보
• [WARN]: 경고
• [ERROR]: 오류

라이선스

이 프로젝트는 MIT 라이선스를 따릅니다.

기여

버그 리포트, 기능 제안, 풀 리퀘스트를 환영합니다.

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Made with C++17