[Spring] 싱글톤 컨테이너

JJinu·2023년 3월 30일
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Spring Boot

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★ Reference - https://www.inflearn.com/course/%EC%8A%A4%ED%94%84%EB%A7%81-%ED%95%B5%EC%8B%AC-%EC%9B%90%EB%A6%AC-%EA%B8%B0%EB%B3%B8%ED%8E%B8/dashboard

웹 애플리케이션과 싱글톤

  • 웹 애플리케이션은 보통 여러 고객이 동시에 요청을 한다.
public class SingletonTest {

    /*
    * 호출할 때 마다 새로운 객체를 생성하기 때문에 효율적이지 않다.
    * ex) TPS 가 50000이면 초당 50000개의 새로운 객체를 생성한다.
    */
    @Test
    @DisplayName("스프링 없는 순수한 DI 컨테이너")
    void pureContainer() {
        AppConfig appconfig = new AppConfig();
        // 1. 조회 : 호출할 때 마다 객체를 생성
        MemberService memberService1 = appconfig.memberService();;

        // 2. 조회 : 호출할 때 마다 객체를 생성
        MemberService memberService2 = appconfig.memberService();;

        //참조값이 다른 것을 확인
        System.out.println("memberService1 = " + memberService1);
        System.out.println("memberService1 = " + memberService2);

        // memberService1 != memberService2
        Assertions.assertThat(memberService1).isNotSameAs(memberService2);
    }
}

  • 위 코드는 스프링 없는 순수한 DI 컨테이너인 AppConfig는 요청을 할 때 마다 객체를 새로 생성한다. 이때 문제점으로는 트래픽이 초당 100이 나오면 초당 100개 객체가 생성되고 소멸되기 때문에 메모리 낭비가 심하다.

🎯 해결방안 : 해당 객체가 딱 1개만 생성되고, 공유하도록 설계하면 된다. (싱글톤 패턴)

싱글톤 패턴

싱글톤 패턴

  • 클래스의 인스턴스가 딱 1개만 생성되는 것을 보장하는 디자인 패턴이다.
    ∴ 객체 인스턴스를 2개 이상 생성하지 못하도록 막아야 한다.
    • private 생성자를 사용해서 외부에서 임의로 new 키워드를 사용하지 못하도록 막아야 한다.
public class SingletonService {

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

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

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

    public void logic() {
        System.out.println("싱글톤 객체 로직 호출");
    }
}

싱글톤의 문제점

  • 싱글톤 패턴을 구현하는 코드 자체가 많이 들어간다.
  • 의존관계상 클라이언트가 구체 클래스에 의존한다. DIP를 위반한다.
  • 클라이언트가 구체 클래스에 의존해서 OCP 원칙을 위반할 가능성이 높다.
  • 테스트하기 어렵다.
  • 내부 속성을 변경하거나 초기화 하기 어렵다.
  • private 생성자로 자식 클래스를 만들기 어렵다.
  • 결론적으로 유연성이 떨어진다.
  • 안티패턴으로 불리기도 한다.
  • 싱글톤 컨테이너

싱글톤 컨테이너

스프링 컨테이너는 싱글톤 패턴의 문제점을 해결하면서, 객체 인스턴스를 싱글톤(1개만 생성)으로관리한다.
즉, 지금까지 우리가 학습한 스프링 빈이 바로 싱글톤으로 관리되는 빈이다.

@Test
    @DisplayName("스프링 컨테이너와 싱글톤")
    void springContainer() {
//        AppConfig appconfig = new AppConfig();
        ApplicationContext ac = new AnnotationConfigApplicationContext(AppConfig.class);

        MemberService memberService1 = ac.getBean("memberService", MemberService.class);
        MemberService memberService2 = ac.getBean("memberService", MemberService.class);

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

        // memberService1 != memberService2
        Assertions.assertThat(memberService1).isSameAs(memberService2);
    }

싱글톤 방식의 주의점

  • 싱글톤은 무상태(stateless)로 설계해야 한다.
    • 특정 클라이언트에 의존적인 필드가 있으면 안된다.
    • 특정 클라이언트가 값을 변경할 수 있는 필드가 있으면 안된다.
    • 가급적 읽기만 가능해야 한다.
    • 필드 대신에 자바에서 공유되지 않는, 지역변수, 파라미터, ThreadLocal 등을 사용해야 한다.
  • statefulService
public class StatefulService {
    private int price; // 상태를 유지하는 필드 10000 -> 20000

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

    public int getPrice() {
        return price;
    }
}
  • statefulServiceTest
class StatefulServiceTest {
    @Test
    void statefulServiceSingleton() {
        ApplicationContext ac = new AnnotationConfigApplicationContext(TestConfig.class);
        StatefulService statefulService1 = ac.getBean(StatefulService.class);
        StatefulService statefulService2 = ac.getBean(StatefulService.class);
        
        // ThreadA : A사용자 10000원 주문
        statefulService1.order("userA",10000);
        // ThreadB : B사용자 20000원 주문
        statefulService2.order("userB",20000);
        
        // ThreadA : 사용자A 주문 금액 조회
        int price = statefulService1.getPrice();
        System.out.println("price = " + price);

        Assertions.assertThat(statefulService1.getPrice()).isEqualTo(20000);
    }
    
    static class TestConfig {
        @Bean
        public StatefulService statefulService() {
            return new StatefulService();
        }
    }
}
  • ThreadA가 사용자A 코드를 호출하고 ThreadB가 사용자B 코드를 호출한다 가정하자.
    StatefulService 의 price 필드는 공유되는 필드인데, 특정 클라이언트가 값을 변경한다면, 사용자A의 주문금액은 10000원이 되어야 하는데, 20000원이라는 결과가 나왔다. (문제)

🎯 해결

  • statefulService
public class StatefulService {
//    private int price; // 상태를 유지하는 필드 10000 -> 20000

    public int order(String name, int price){
        System.out.println("name = " + name + " price = " + price);
//        this.price = price; // 여기가 문제!!
        return price; // return 값으로 변경
    }
}
  • statefulServiceTest
@Test
    void statefulServiceSingleton() {
        ApplicationContext ac = new AnnotationConfigApplicationContext(TestConfig.class);
        StatefulService statefulService1 = ac.getBean(StatefulService.class);
        StatefulService statefulService2 = ac.getBean(StatefulService.class);
        
        // ThreadA : A사용자 10000원 주문
        int userAprice = statefulService1.order("userA",10000); // 지역변수로 만든다.
        // ThreadB : B사용자 20000원 주문
        int userBprice = statefulService2.order("userB",20000); // 지역변수로 만든다.
        
        // ThreadA : 사용자A 주문 금액 조회
        System.out.println("price = " + userAprice);

//        Assertions.assertThat(statefulService1.getPrice()).isEqualTo(20000);
    }

❗진짜 공유필드는 조심해야 한다! 스프링 빈은 항상 무상태(stateless)로 설계하자.

Configuration과 싱글톤

@Configuration // AppConfig를 설정정보로 사용
public class AppConfig {
/* @Configuration을 사용하지 않고, @Bean만 사용하였을 때
    * call AppConfig.memberService
    * call AppConfig.memberRepository
    * call AppConfig.orderService
    * call AppConfig.memberRepository
    * call AppConfig.memberRepository
    * 
*/

    /* @Configuration을 사용했을 때
     * call AppConfig.memberService
     * call AppConfig.memberRepository
     * call AppConfig.orderService
    * */

	@Bean // 스프링 컨테이너에 등록
    public MemberService memberService() {
        System.out.println("call AppConfig.memberService");
        // 생성자 주입
        return new MemberServiceImpl(memberRepository());
    }
    @Bean
    public MemberRepository memberRepository() {
        System.out.println("call AppConfig.memberRepository");
        return new MemoryMemberRepository();
    }
    @Bean
    public OrderService orderService() {
        System.out.println("call AppConfig.orderService");
        return new OrderServiceImpl(memberRepository(), discountPolicy());
    }
    @Bean
    public DiscountPolicy discountPolicy() {
        /*할인 정책을 변경할 때에는 return 값만 바꿔주면 된다.*/
//        return new FixDiscountPolicy();
        return new RateDiscountPolicy();
    }
 }

위 주석에서 @Configuration을 사용했을 때와 사용하지 않았을 때의 차이점을 알아보자.

@Configuration을 적용한 스프링 빈을 조회해서 클래스 정보를 출력해보면 

bean = class hello.core.AppConfig$$EnhancerBySpringCGLIB$$bd479d70

클래스 명에 xxxCGLIB가 붙으면서 상당히 복잡해진 것을 볼 수 있다.
이것은 스프링이 CGLIB라는 바이트코드 조작 라이브러리를 사용해서 AppConfig 클래스를 상속받은 임의의 다른 클래스를 만들고, 그 다른 클래스를 스프링 빈으로 등록한 것이다!
즉, @Bean이 붙은 메서드마다 이미 스프링 빈이 존재하면 존재하는 빈을 반환하고, 스프링 빈이 없으면 생성해서 스프링 빈으로 등록하고 반환하는 코드가 동적으로 만들어진다.

그 덕분에 싱글톤이 보장되는 것이다.

따라서

  • @Bean만 사용해도 스프링 빈으로 등록되지만, 싱글톤을 보장하지 않는다.
    memberRepository() 처럼 의존관계 주입이 필요해서 메서드를 직접 호출할 때 싱글톤을 보장하지않는다.

🎯 크게 고민할 것이 없다. 스프링 설정 정보는 항상 @Configuration 을 사용하자.

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