싱글톤 컨테이너 - 스프링 컨테이너가 제공하는 기능

순수한 DI 컨테이너인 AppConfig(설정 클래스)와 스프링 컨테이너의 차이는 무엇일까?

무엇이 차이를 만들어 내는 걸까?

 

더보기를 누르기 전에 생각해보자!

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Q. 웹 애플리케이션에서 싱글톤이 많이 쓰이는 이유는 뭘까?

웹 애플리케이션은 보통 여러 고객이 동시에 요청을 한다

 

[문제]

이전에 만들었던 스프링 없는 순수한 DI 컨테이너인 AppConfig는 요청할 때마다 매번 객체를 새로 생성한다.

→ 메모리 낭비가 심하다!

memberService1 != memberService2

[해결]

객체를 1개만 생성해서 공유하도록 설계하면 된다

→ 싱글톤 패턴

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Singleton pattern

클래스의 인스턴스가 딱 1개만 생성되는 것을 보장하는 디자인 패턴

구현 방법에는 여러가지가 있으나, 가장 기본적인 방법을 알아보자

Q. 기본적인 구현 방법?

1. static 영역에 객체 instance를 미리 하나 생성해서 올려둔다
2. 이 객체 인스턴스를 오직 getInstance() 메서드를 통해서만 제공
3. 1개의 인스턴스만 존재해야 하므로, 생성자를 private으로 막아 외부에서 인스턴스가 생성되는 것을 막는다

싱글톤 패턴의 장점

요청이 올 때 마다 객체를 생성하는 것이 아니라, 이미 만들어진 객체를 공유해서 효율적으로 사용

 

Q. 싱글톤 패턴의 단점?

1. 구현 코드 자체가 많이 들어간다

2. 구체 클래스에 의존 → DIP 위반 → OCP 위반 가능성↑
    ex) SingletonService.getInstance()

3. 유연성이 떨어진다

- 구체 클래스를 지정해야 하고, 이미 설정이 끝난 상태로 가져옴 → 유연하게 테스트하기 어렵다

- private 생성자 → 자식 클래스를 만들기 어렵다

이처럼 단점이 커서 안티 패턴이라 불리기도 한다.. 쓰지 말아야 하는 걸까?

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Singleton Container

스프링 컨테이너는 싱글턴 패턴을 적용하지 않아도, 객체 인스턴스를 싱글톤으로 관리

Q. 효과?

싱글톤 패턴을 위한 추가적인 코드 X, 구체클래스에 의존 X → 싱글턴 패턴의 문제점 X        (다른 레시피가 있다)

▷ DIP, OCP, 테스트, private 생성자로부터 자유롭게 싱글톤 사용!!

 

- 스프링 컨테이너가 아닌 순수 컨테이너 사용 시: 서로 다른 객체

순수 DI 컨테이너(순수 자바 설정 코드)

- 스프링 컨테이너(싱글톤 컨테이너) 사용 시: 같은 객체

자바 설정 코드로 ApplicationContext를 만들 경우

1. 컨테이너 생성 과정에서, 컨테이너는 객체를 하나만 생성해서 관리한다 (싱글톤 레지스트리)    How?

2. 객체를 조회하면 컨테이너에서 관리되는 빈을 조회해준다

 

 

▶ 스프링 컨테이너 덕분에 요청마다 객체를 생성하는 것이 아니라, 이미 만들어진 객체를 공유해서 효율적으로 재사용!

 

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Q. 어떻게 스프링 컨테이너는 싱글톤 컨테이너가 되는가?

@Configuration을 붙이면 바이트코드를 조작하는 CGLIB 기술을 사용해서 새 객체를 만들고,
이는 싱글톤을 보장한다.

 

[의문점] 스프링이 자바 설정 코드를 실행하는 과정에서 싱글톤이 깨지지 않는가?

@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();
	}
}

memberService()를 호출하면 memberRepository()를 호출한다

orderService()도 memberRepository()를 호출한다.

그럼 결국 위 코드에서 new MemoryMemberRepository()를 3번 호출한다.

그럼 싱글톤이 깨지지 않을까?

 

 

[의문이 들면 테스트 코드를 만들어 실험을 해봐야 한다]

@Test
void configurationTest() {
	ApplicationContext ac = new AnnotationConfigApplicationContext(AppConfig.class);

	MemberServiceImpl memberService = ac.getBean("memberService", MemberServiceImpl.class);
	OrderServiceImpl orderService = ac.getBean("orderService", OrderServiceImpl.class);
	MemberRepository memberRepository = ac.getBean("memberRepository", MemberRepository.class);
        
	assertThat(memberService.getMemberRepository()).isSameAs(memberRepository);
	assertThat(orderService.getMemberRepository()).isSameAs(memberRepository);
}

확인해보면 memberRepository 인스턴스는 모두 같은 인스턴스가 공유되어 사용된다..!

호출이 안되는 것일까?

로그를 찍어서 확인해보니 memberRepository()가 한 번만 호출된다!

 

아니 왜 짠 코드대로 동작하지 않는 걸까?

 

[해답] 싱글톤을 위한 @Configuration의 바이트코드 조작 기능

답은 @Configuration에 있다.

스프링은 클래스의 바이트코드를 조작하는 라이브러리를 사용한다.

 

다음 코드를 실행해보자

ApplicationContext ac = new AnnotationConfigApplicationContext(AppConfig.class);
AppConfig bean = ac.getBean(AppConfig.class);

System.out.println("bean.getClass() = " + bean.getClass());

출력 결과를 보니 클래스 명에 xxxCGLIB가 붙었다.

이것은 내가 만든 클래스가 아니다

순수한 클래스라면 다음과 같이 출력되어야 한다.

사실 인즉,, 스프링이 CGLIB라는 바이트코드 조작 라이브러리를 사용해서

AppConfig 클래스를 상속받은 임의의 다른 클래스를 만들고, 그것을 스프링 빈으로 등록한 것이다!

이 새로운 클래스가 싱글톤을 보장해준다

※ AppConfig@CGLIB는 AppConfig의 자식 타입이므로, AppConfig 타입으로 조회 할 수 있다

아마 AppConfig@CGLIB의 코드는 바이트 코드를 조작해서 다음처럼 작성되어 있을 것이다 (싱글톤 구현법 중 하나)

@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.

 

 

[정리]

@Configuration을 붙이면 바이트코드를 조작하는 CGLIB 기술을 사용해서 싱글톤을 보장한다.

@Configuration을 빼고 @Bean만 적용하면

AppConfig가 CGLIB 기술 없이 순수한 AppConfig로 스프링 빈에 등록되며,

따라서 기존 클래스(AppConfig)의 로직이 그대로 호출된다.
그래서 MemberRepository가 총 3번 호출된다. 3개의 객체가 생성되고, 그 중 2개는 빈으로 등록되지도 않았다.

 

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Q. 싱글톤 방식의 주의점

싱글톤 방식은 여러 클라이언트가 하나의 같은 객체 인스턴스를 공유하기 때문에,

싱글톤 객체는 상태를 유지(stateful)하게 설계하면 안된다

- 특정 클라이언트에 의존적인 필드가 있으면 안된다.

- 특정 클라이언트가 값을 변경할 수 있는 필드가 있으면 안된다

- 가급적 읽기만 가능해야 한다

[상태를 유지할 경우 발생하는 문제점 예시]

어디가 문제가 될까?

StatefulService의 price 필드는 상태가 유지, 공유되는 필드인데,
특정 클라이언트가 값을 변경할 수 있다.

userA는 10000원을 주문했는데 20000원이 청구된다;;

그렇기 때문에

무상태(stateless)로 설계해야 한다

field 대신에 공유되지 않는, 지역변수, 파라미터, ThreadLocal 등을 사용해야 한다

field 대신에 지역변수(파라미터) 사용

 

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참고 자료 & 이미지 출처
스프링 핵심 원리(김영한 님