[Spring] 스프링 핵심 원리 (기본) - 4. 싱글톤 컨테이너

4. 싱글톤 컨테이너

4.1 웹 애플리케이션과 싱글톤

@Test
@DisplayName("스프링 없는 순수한 DI 컨테이너")
void pureContainer() {
    AppConfig appConfig = new AppConfig();
    MemberService memberService1 = appConfig.memberService();
    MemberService memberService2 = appConfig.memberService();

    System.out.println("memberService1 = " + memberService1);
    System.out.println("memberService2 = " + memberService2);

    Assertions.assertThat(memberService1).isNotSameAs(memberService2);
}

위(이전)에 작성한 '스프링 없는 순수 DI 컨테이너'인 AppConfig는 요청할 때마다 객체를 새로 생성한다. 하지만, 보통의 웹 애플리케이션은 여러 고객이 동시에 요청을 한다. 고객 트래픽이 초당 100이 나오면, 객체가 초댕 100개가 생성되고 소멸되는 문제가 발생한다. 이를 위해 해당 객체가 딱 1개만 생성되고, 그것을 공유되도록 설계한 '싱글톤 패턴'을 사용한다.

4.2 싱글톤 패턴

public class SingletonService {

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

    //2. public으로 열어서 객체 인스턴스가 필요하면, 이 static 메소드를 통해서만 조회하도록 허용함
    public static SingletonService getInstance() {
        return instance;
    }

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

하지만, 이러한 싱글톤 패턴에 문제점이 있다.

• 싱글톤 패턴을 구현하는 코드 자체가 많이 들어간다.
• 의존 관계상 클라이언트가 구체 클래스에 의존한다. (DIP 위반)
• 클라이언트가 구체 클래스에 의존해서 OCP 원칙을 위반할 가능성이 높다.
• 테스트 코드 작성이 어렵다.
• 내부 속성을 변경하거나 초기화하기 어렵다.
• private 생성자로 자식 클래스를 만들기 어렵다.

즉, 유연성이 부족하여 안티패턴으로 불리기도 한다.

4.3 싱글톤 컨테이너

스프링 컨테이너는 싱글톤 패턴의 문제점을 해결하고, 객체 인스턴스를 싱글톤으로 관리한다. (참고. 싱글톤 컨테이너 역할을 하는 기능을 싱글톤 레지스트리라고 함)

• 싱글톤 패턴을 적용하지 않아도, 객체 인스턴스를 싱글톤으로 관리한다.
• DIP, OCP, 테스트 코드 작성, private생성자로부터 자유롭게 싱글톤을 사용할 수 있다.

스프링 컨테이너 덕분에 고객의 요청이 올 때마다 객체를 새로 생성하는 것이 아니라, 이미 만들어진 객체를 공유해서 효율적으로 재사용할 수 있다.

4.4. 싱글톤 방식의 주의점

싱글톤 방식을 사용하면 여러 클라이언트가 하나의 같은 객체 인스턴스를 공유하기 때문에 싱글톤 객체는 상태유지(stateful)하게 설계하면 안 되고, 무상태(stateless)로 설계해야 한다.

• 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 큰 장애가 발생할 수 있다!
공유필드는 조심해야 한다. 스프링 빈은 항상 무상태(stateless)로 설계하자!

public class StatefulService {

    private int price; //상태를 유지하는 필드

    public int order(String name, int price) {
        System.out.println("name = " + name + " price " + price);
        this.price = price; //여기가 문제!
        return price;       //해결*
    }
}

4.5. @Configuration과 싱글톤

@Configuration
public class AppConfig {
    @Bean
    public MemberService memberService() {
        return new MemberServiceImpl(memberRepository());
    }

    @Bean
    public MemberRepository memberRepository() {
        return new MemoryMemberRepository();
    }

    @Bean
    public OrderService orderService() {
        return new OrderServiceImpl(memberRepository(), discountPolicy());
    }

    @Bean
    public DiscountPolicy discountPolicy() {
        return new RateDiscountPolicy();
    }
}

memberService와 orderService 빈을 만드는 코드를 살펴보면, 각각 memberRepository()를 호출해서 new MemoryMemberRepository()가 호출된다. 결과적으로, 서로 다른 2개의 객체 인스턴스가 생성되면서 싱글톤이 깨지는 것처럼 보이지만, 스프링 컨테이너는 이를 하나의 객체로 유지시킨다.

@Test
void configurationTest() {
    AnnotationConfigApplicationContext 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);

    MemberRepository memberRepository1 = memberService.getMemberRepository();
    MemberRepository memberRepository2 = orderService.getMemberRepository();

    System.out.println("memberRepository1 = " + memberRepository1);
    System.out.println("memberRepository2 = " + memberRepository2);
    System.out.println("memberRepository = " + memberRepository);

    Assertions.assertThat(memberService.getMemberRepository()).isSameAs(memberRepository);
    Assertions.assertThat(orderService.getMemberRepository()).isSameAs(memberRepository);
}

위 테스트 코드를 작성해서 확인하면, memberRepository1와 memberRepository2는 같은 객체로 조회된다.

4.6 바이트코드 조작

스프링 컨테이너는 싱글톤 레지스트리로 스프링 빈이 싱글톤이 되도록 보장해야 한다. 그러나, 자바 코드에서 조작하기 어렵기 때문에 클래스의 바이트 코드를 조작하는 라이브러리를 사용하게 된다.

@Test
void configurationDeep() {
    AnnotationConfigApplicationContext ac = new AnnotationConfigApplicationContext(AppConfig.class);
    AppConfig bean = ac.getBean(AppConfig.class);

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

순수한 클래스라면, class hello.core.AppConfig가 출력되지만, @Configuration을 적용한 AppConfig는 CGLIB이라는 바이트 코드 조작 라이브러리를 활용해서 AppConfig 클래스를 상속받은 임의의 다른 클래스를 만들고, 그 다른 클래스를 스프링 빈으로 등록한다.

그 임이의 다른 클래스가 싱글톤이 보장되도록 해준다.

• @Bean이 붙은 메소드마다 이미 스프링 빈이 존재하면, 존재하는 빈을 반환하고, 스프링 빈이 없으면 생성해서 빈으로 등록하고 반환하는 코드가 동적으로 만들어진다.