[스프링 핵심 원리 - 기본편] 싱글톤 컨테이너

본 게시글은 김영한님의 인프런(Inflean)강의 스프링 핵심원리 - 기본편 강의를 수강하고 공부한 내용을 정리한 글입니다.

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1. 웹 애플리케이션과 싱글톤

• 스프링은 태생이 기업용 온라인 서비스 기술을 지원하기 위해 탄생
• 대부분의 스프링 애플리케이션은 웹 애플리케이션이지만, 웹이 아닌 애플리케이션 개발도 얼마든지 가능
• 웹 애플리케이션은 보통 여러 고객이 동시 요청

• 스프링이 없는 순수한 DI 컨테이너는 호출(요청)할 때마다 새로운 객체를 생성함
• 이런 방식을 사용하게 되면 요청 수 만큼 객체가 생성되고 소멸되므로 메모리 낭비가 심해짐
• 해결 방안 = 싱글톤 패턴:해당 객체가 딱 1개만 생성되고, 새로운 요청이 들어오면 해당 객체를 공유하도록 설계  

 

싱글톤 패턴

클래스의 인스턴스가 딱 1개만 생성되는 것을 보장하는 디자인 패턴

• 객체 인스턴스가 2개 이상 생성되지 못하도록 private 생성자를 사용해, 외부에서 임의로 new 키워드를 사용하지 못하도록 막아야함
• 아래는 객체를 미리 생성해두는 가장 단순하고 안전한 싱글톤 패턴 구현 방식이다.

//1. static 영역에 객체를 딱 1개만 생성
private static final SingletonService instance = new SingletonService();

//2. public으로 열어서 객체 인스턴스가 필요하면 이 static 메서드를 통해서만 조회하도록 허용
//이 메서드를 호출하면 항상 같은 인스턴스를 반환
public static SingletonService getInstance() {
	return instance;
}

//3. 생성자를 private으로 선언해서 외부에서 new 키워드를 사용한 객체 생성을 못하게 막는다.
private SingletonService() {
}

 

싱글톤 패턴의 문제점

• 싱글톤 패턴을 구현하는 코드 자체가 많이 들어감
• 의존관계상 클라이언트가 구체 클래스에 의존 -> DIP를 위반
• 클라이언트가 구체 클래스에 의존해서 OCP 원칙을 위반할 가능성이 높음
• 테스트하기 어려움
• 내부 속성을 변경하거나 초기화 하기 어려움
• private 생성자로 자식 클래스를 만들기 어려움
• 결론적으로 유연성이 떨어짐
• 안티패턴으로 불리기도 함

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2. 싱글톤 컨테이너

• 스프링 컨테이너는 싱글톤 패턴의 문제점을 해결하면서, 객체 인스턴스를 싱글톤으로 관리
• 컨테이너 생성과정을 자세히 보면 컨테이너는 객체를 하나만 생성해서 관리
• 스프링 컨테이너는 싱글톤 컨테이너의 역할을 한다.
• 싱글톤 레지스트리 = 싱글톤 객체를 생성하고 관리하는 기능
• 스프링 컨테이너의 이런 기능 덕분에 싱글톤 패턴의 모든 단점을 해결하면서 객체를 싱글톤으로 유지할 수 있음
  • 싱글톤 패턴을 위한 지저분한 코드가 들어가지 않아도 됨
  • DIP, OCP, 테스트, private 생성자로부터 자유롭게 싱글톤을 사용할 수 있음

스프링 컨테이너 덕분에 고객의 요청이 올 때 마다 객체를 생성하는 것이 아니라, 이미 만들어진 객체를 공유해서 효율적으로 재사용 가능

참고: 스프링의 기본 빈 등록 방식은 싱글톤이지만, 싱글톤 방식만 지원하는 것은 아님. 요청할 때마다 새로운 객체를 생성해서 반환하는 기능도 제공한다. 

 

싱글톤 방식의 주의점 

객체 인스턴스를 하나만 생성해서 공유하는 싱글톤 방식은 여러 클라이언트가 하나의 같은 객체 인스턴스를 공유하기 때문에 싱글톤 객체는 상태를 유지(stateful)하기 설계하면 안 된다. 무상태(stateless)로 설계해야 함.

• 특정 클라이언트에 의존적인 필드가 있으면 안 된다.
• 특정 클라이언트가 값을 변경할 수 있는 필드가 있으면 안 된다.
• 가급적 읽기만 가능해야 한다.
• 필드 대신 자바에서 공유되지 않는 지역변수, 파라미터, ThreadLocal 등을 사용해야 한다.
• 스프링 빈의 필드에 공유 값을 설정하면 정말 큰 장애가 발생 할 수 있다.

public class StatefulService {

    private LocalDate now = LocalDate.now();
 
    public int getLocalDateNow() {
    	return now;
    }
}

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3. @Configuration과 싱글톤

@Configuration
public class AppConfig {

    @Bean
    public MemberService memberService() {
    	return new MemberServiceImpl(memberRepository());
    }
    
    @Bean
    public OrderService orderService() {
        return new OrderServiceImpl(memberRepository(), discountPolicy());
    }
    
    @Bean
    public MemberRepository memberRepository() {
    	return new MemoryMemberRepository();
    }
    ...
}

• Appconfig class의 코드를 보면 memberRepository()를 여러번 호출해 싱글톤이 깨지는 것 처럼 보임.
• 하지만 테스트 결과 memberRepository 인스턴스는 모두 같은 인스턴스가 공유되어 사용됨.

 

@Configuration과 바이트 코드 조작의 마법

스프링 컨테이너는 싱글톤 레지스트리다. 따라서 스프링 빈이 싱글톤이 되도록 보장해주어야 한다. 그런데 스프링이 자바 코드까지 어떻게 하기는 어렵다. 그래서 스프링은 클래스의 바이트코드를 조작하는 라이브러리를 사용한다. 

모든 비밀은 @Configuration을 적용한 AppConfig에 있다.

@Test
void configurationDeep() {
    ApplicationContext ac = new AnnotationConfigApplicationContext(AppConfig.class);
    
    //AppConfig도 스프링 빈으로 등록된다.
    AppConfig bean = ac.getBean(AppConfig.class);

    System.out.println("bean = " + bean.getClass());
    //출력: bean = class hello.core.AppConfig$$EnhancerBySpringCGLIB$$bd479d70
}

AnnotationConfigApplicationContext에 파라미터로 넘긴 값(AppConfig.class)도 스프링 빈으로 등록된다.

• AppConfig 스프링 빈을 조회해서 class 정보를 출력하면 순수한 class 정보인 class.hello.core.Appconfig 대신 class 명에 xxCGLIB..이 붙은 복잡한 정보가 출력된다.
• 스프링이 CGLIB라는 바이트 코드 라이브러리를 사용해 AppConfig class를 상속받은 임의의 다른 class를 만들고 그 class를 스프링 빈으로 등록한 것이다.

이 임의의 다른 class가 싱글톤을 보장해준다. (바이트 코드 조작)

@Bean
public MemberRepository memberRepository() {
    if (memoryMemberRepository가 이미 스프링 컨테이너에 등록되어 있으면?) {
    	return 스프링 컨테이너에서 찾아서 반환;
    } else { //스프링 컨테이너에 없으면
    	기존 로직을 호출해서 MemoryMemberRepository를 생성하고 스프링 컨테이너에 등록
    	return 반환
    }
}

• @Bean이 붙은 메서드마다 이미 스프링 빈이 존재하면 존재하는 빈을 반환하고, 스프링 빈이 없으면 생성해서 스프링 빈으로 등록하고 반환하는 코드가 동적으로 만들어진다.
• 즉, 호출한 메서드가 이미 스프링 컨테이너에 등록되어 있으면 스프링 컨테이너에서 찾아 반환하고, 그렇지 않다면 기존 로직을 호출해 생성 및 스프링 컨테이너에 등록하고 반환하는 코드로 동작한다.
• 덕분에 싱글톤이 보장된다. 

참고: AppConfig@CGLIB는 AppConfig의 자식 타입이므로, AppConfig 타입으로 조회할 수 있음

 

@Configuration을 적용하지 않고, @Bean만 적용한다면?

CGLIB 없이 순수한 AppConfig가 스프링 빈에 등록된다.

• @Bean만 사용해도 스프링 빈으로 등록되지만 싱글톤을 보장하지 않는다.
• 이미 스프링 빈에 등록된 메서드를 여러 번 호출해 각각 다른 객체 인스턴스를 생성한다.
• 스프링 설정 정보는 항상 @Configuration을 사용하자