스프링 핵심 원리

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프록시, 프록시 패턴, 데코레이터 패턴 - 소개

클라이언트( Client )와 서버( Server )라고 하면 개발자들은 보통 서버 컴퓨터를 생각한다.

사실 클라이언트와 서버의 개념은 상당히 넓게 사용된다.

클라이언트는 의뢰인이라는 뜻이고, 서버는 '서비스나 상품을 제공하는 사람이나 물건'을 뜻한다.

따라서 클라이언트와 서버의 기본 개념을 정의하면 클라이언트는 서버에 필요한 것을 요청하고, 서버는 클라이언트의 요청을 처리하는 것이다.

이 개념을 우리가 익숙한 컴퓨터 네트워크에 도입하면 클라이언트는 웹 브라우저가 되고, 요청을 처리하는 서버는 웹 서버가 된다.

이 개념을 객체에 도입하면, 요청하는 객체는 클라이언트가 되고, 요청을 처리하는 객체는 서버가 된다.

클라이언트와 서버 개념에서 일반적으로 클라이언트가 서버를 직접 호출하고, 처리 결과를 직접 받는다. 이것을 직접 호출이라 한다.

그런데 클라이언트가 요청한 결과를 서버에 직접 요청하는 것이 아니라 어떤 대리자를 통해서 대신 간접적으로 서버에 요청할 수 있다.

대체 가능

그런데 여기까지 듣고 보면 아무 객체나 프록시가 될 수 있는 것 같다.

객체에서 프록시가 되려면, 클라이언트는 서버에게 요청을 한 것인지, 프록시에게 요청을 한 것인지 조차 몰라야 한다.

쉽게 이야기해서 서버와 프록시는 같은 인터페이스를 사용해야 한다. 그리고 클라이언트가 사용하는 서버 객체를 프록시 객체로 변경해도 클라이언트 코드를 변경하지 않고 동작할 수 있어야 한다.

프록시의 주요 기능

프록시를 통해서 할 수 있는 일은 크게 2가지로 구분할 수 있다.

• 접근 제어
  • 권한에 따른 접근 차단
  • 캐싱
  • 지연 로딩
• 부가 기능 추가
  • 원래 서버가 제공하는 기능에 더해서 부가 기능을 수행한다.
  • 예) 요청 값이나, 응답 값을 중간에 변형한다.
  • 예) 실행 시간을 측정해서 추가 로그를 남긴다.

GOF 디자인 패턴

둘다 프록시를 사용하는 방법이지만 GOF 디자인 패턴에서는 이 둘을 의도(intent)에 따라서 프록시 패턴과 데코레이터 패턴으로 구분한다.
프록시 패턴: 접근 제어가 목적
데코레이터 패턴: 새로운 기능 추가가 목적

프록시 패턴 예제 코드 1

Subject - interface

RealSubject - class

ProxyPatternClient - class

ProxyPatternTest - test

client.execute()을 3번 호출하면 다음과 같이 처리된다.
1. client -> realSubject 를 호출해서 값을 조회한다. (1초)
2. client -> realSubject 를 호출해서 값을 조회한다. (1초)
3. client -> realSubject 를 호출해서 값을 조회한다. (1초)

프록시 패턴 - 예제 코드2

CacheProxy - class

앞서 설명한 것 처럼 프록시도 실제 객체와 그 모양이 같아야 하기 때문에 Subject 인터페이스를 구현해야
한다.

• private Subject target : 클라이언트가 프록시를 호출하면 프록시가 최종적으로 실제 객체를 호출해야 한다. 따라서 내부에 실제 객체의 참조를 가지고 있어야 한다. 이렇게 프록시가 호출하는 대상을 target 이라 한다.

• operation() : 구현한 코드를 보면 cacheValue 에 값이 없으면 실제 객체( target )를 호출해서 값을 구한다. 그리고 구한 값을 cacheValue 에 저장하고 반환한다. 만약 cacheValue 에 값이 있으면 실제 객체를 전혀 호출하지 않고, 캐시 값을 그대로 반환한다. 따라서 처음 조회 이후에는 캐시( cacheValue ) 에서 매우 빠르게 데이터를 조회할 수 있다.

ProxyPatternTest - cacheProxyTest() 추가

client.execute()을 3번 호출하면 다음과 같이 처리된다.
1. client의 cacheProxy 호출 cacheProxy에 캐시 값이 없다. realSubject를 호출, 결과를 캐시에
저장 (1초)
2. client의 cacheProxy 호출 cacheProxy에 캐시 값이 있다. cacheProxy에서 즉시 반환 (0초)
3. client의 cacheProxy 호출 cacheProxy에 캐시 값이 있다. cacheProxy에서 즉시 반환 (0초)

정리

프록시 패턴의 핵심은 RealSubject 코드와 클라이언트 코드를 전혀 변경하지 않고, 프록시를 도입해서 접근 제어를 했다는 점이다.

그리고 클라이언트 코드의 변경 없이 자유롭게 프록시를 넣고 뺄 수 있다.

실제 클라이언트 입장에서는 프록시 객체가 주입되었는지, 실제 객체가 주입되었는지 알지 못한다.

데코레이터 패턴 - 예제 코드1

Component - interface

RealComponent - class

DecoratorPatternClient - class

DecoratorPatternTest - test

데코레이터 패턴 - 예제 코드2

부가 기능 추가

앞서 설명한 것 처럼 프록시를 통해서 할 수 있는 기능은 크게 접근 제어와 부가 기능 추가라는 2가지로 구분한다.

앞서 프록시 패턴에서 캐시를 통한 접근 제어를 알아보았다. 이번에는 프록시를 활용해서 부가 기능을 추가해보자.

이렇게 프록시로 부가 기능을 추가하는 것을 데코레이터 패턴이라 한다.

데코레이터 패턴: 원래 서버가 제공하는 기능에 더해서 부가 기능을 수행한다.
예) 요청 값이나, 응답 값을 중간에 변형한다.
예) 실행 시간을 측정해서 추가 로그를 남긴다.

MessageDecorator - class

MessageDecorator 는 Component 인터페이스를 구현한다.

프록시가 호출해야 하는 대상을 component 에 저장한다.

operation() 을 호출하면 프록시와 연결된 대상을 호출( component.operation()) 하고, 그 응답 값에 * 을 더해서 꾸며준 다음 반환한다.

예를 들어서 응답 값이 data 라면 다음과 같다.

• 꾸미기 전: data
• 꾸민 후 : *data*

DecoratorPatternTest - test

client -> messageDecorator -> realComponent 의 객체 의존 관계를 만들고 client.execute()

데코레이터 패턴 - 예제 코드3

실행 시간을 측정하는 데코레이터
이번에는 기존 데코레이터에 더해서 실행 시간을 측정하는 기능까지 추가해보자

TimDecorator - class

TimeDecorator 는 실행 시간을 측정하는 부가 기능을 제공한다. 대상을 호출하기 전에 시간을 가지고 있다가, 대상의 호출이 끝나면 호출 시간을 로그로 남겨준다.

DecoratorPatternTest - test

client -> timeDecorator -> messageDecorator -> realComponent 의 객체 의존관계를 설정하고, 실행한다.

프록시 패턴과 데코레이터 패턴 정리

프록시 패턴 vs 데코레이터 패턴

여기까지 진행하면 몇가지 의문이 들 것이다.

Decorator 라는 추상 클래스를 만들어야 데코레이터 패턴일까?
프록시 패턴과 데코레이터 패턴은 그 모양이 거의 비슷한 것 같은데?

의도(intent)

사실 프록시 패턴과 데코레이터 패턴은 그 모양이 거의 같고, 상황에 따라 정말 똑같을 때도 있다.

그러면 둘을 어떻게 구분하는 것일까?
디자인 패턴에서 중요한 것은 해당 패턴의 겉모양이 아니라 그 패턴을 만든 의도가 더 중요하다.

따라서 의도에 따라 패턴을 구분한다.

• 프록시 패턴의 의도: 다른 개체에 대한 접근을 제어하기 위해 대리자를 제공
• 데코레이터 패턴의 의도: 객체에 추가 책임(기능)을 동적으로 추가하고, 기능 확장을 위한 유연한 대안 제공

정리

프록시를 사용하고 해당 프록시가 접근 제어가 목적이라면 프록시 패턴이고, 새로운 기능을 추가하는 것이 목적이라면 데코레이터 패턴이 된다.

인터페이스 기반 프록시 - 적용

인터페이스와 구현체가 있는 V1 App에 지금까지 학습한 프록시를 도입해서 LogTrace 를 사용해보자.

프록시를 사용하면 기존 코드를 전혀 수정하지 않고 로그 추적 기능을 도입할 수 있다.

V1 App의 기본 클래스 의존 관계와 런타임시 객체 인스턴스 의존 관계는 다음과 같다.

여기에 로그 추적용 프록시를 추가하면 다음과 같다

V1 프록시 의존 관계 추가

Controller , Service , Repository 각각 인터페이스에 맞는 프록시 구현체를 추가한다. (그림에서 리포지토리는 생략했다.)

V1 프록시 런타임 객체 의존 관계

그리고 애플리케이션 실행 시점에 프록시를 사용하도록 의존 관계를 설정해주어야 한다. 이 부분은 빈을 등록하는 설정 파일을 활용하면 된다. (그림에서 리포지토리는 생략했다.)

OrderControllerInterfaceProxy - class

프록시를 만들기 위해 인터페이스를 구현하고 구현한 메서드에 LogTrace 를 사용하는 로직을 추가한다.

지금까지는 OrderRepositoryImpl 에 이런 로직을 모두 추가해야했다. 프록시를 사용한 덕분에 이 부분을 프록시가 대신 처리해준다.

따라서 OrderRepositoryImpl 코드를 변경하지 않아도 된다.

OrderControllerV1 target : 프록시가 실제 호출할 원본 리포지토리의 참조를 가지고 있어야 한다.

OrderServiceInterfaceProxy - class

OrderRepositoryInterfaceProxy - class

InterfaceProxyConfig

• 이제 프록시의 런타임 객체 의존 관계를 설정하면 된다. 기존에는 스프링 빈이 orderControlerV1Impl ,orderServiceV1Impl 같은 실제 객체를 반환했다. 하지만 이제는 프록시를 사용해야한다. 따라서 프록시를 생성하고 프록시를 실제 스프링 빈 대신 등록한다. 실제 객체는 스프링 빈으로 등록하지 않는다.

• 프록시는 내부에 실제 객체를 참조하고 있다. 예를 들어서 OrderServiceInterfaceProxy 는 내부에 실제 대상 객체인 OrderServiceV1Impl 을 가지고 있다.

• 정리하면 다음과 같은 의존 관계를 가지고 있다.
  proxy -> target orderServiceInterfaceProxy -> orderServiceV1Impl

• 스프링 빈으로 실제 객체 대신에 프록시 객체를 등록했기 때문에 앞으로 스프링 빈을 주입 받으면 실제 객체 대신에 프록시 객체가 주입된다.

• 실제 객체가 스프링 빈으로 등록되지 않는다고 해서 사라지는 것은 아니다. 프록시 객체가 실제 객체를 참조하기 때문에 프록시를 통해서 실제 객체를 호출할 수 있다. 쉽게 이야기해서 프록시 객체 안에 실제 객체가 있는 것이다.

스프링 컨테이너에 프록시 객체가 등록된다. 스프링 컨테이너는 이제 실제 객체가 아니라 프록시 객체를 스프링 빈으로 관리한다.

이제 실제 객체는 스프링 컨테이너와는 상관이 없다. 실제 객체는 프록시 객체를 통해서 참조될 뿐이다.

프록시 객체는 스프링 컨테이너가 관리하고 자바 힙 메모리에도 올라간다. 반면에 실제 객체는 자바 힙 메모리에는 올라가지만 스프링 컨테이너가 관리하지는 않는다.

구체 클래스 기반 프록시

클래스 기반 프록시 도입

지금까지 인터페이스를 기반으로 프록시를 도입했다. 그런데 자바의 다형성은 인터페이스를 구현하든, 아니면 클래스를 상속하든 상위 타입만 맞으면 다형성이 적용된다.

쉽게 이야기해서 인터페이스가 없어도 프록시를 만들수 있다는 뜻이다. 그래서 이번에는 인터페이스가 아니라 클래스를 기반으로 상속을 받아서
프록시를 만들어보겠다.

OrderRepositoryConcreteProxy

OrderServiceConcreteProxy

OrderControllerConcreteProxy

클래스 기반 프록시의 단점

• super(null) : OrderServiceV2 : 자바 기본 문법에 의해 자식 클래스를 생성할 때는 항상 super() 로 부모 클래스의 생성자를 호출해야 한다. 이 부분을 생략하면 기본 생성자가 호출된다.
  그런데 부모 클래스인 OrderServiceV2 는 기본 생성자가 없고, 생성자에서 파라미터 1개를 필수로 받는다. 따라서 파라미터를 넣어서 super(..) 를 호출해야 한다.

• 프록시는 부모 객체의 기능을 사용하지 않기 때문에 super(null) 을 입력해도 된다.

• 인터페이스 기반 프록시는 이런 고민을 하지 않아도 된다.

ConcreteProxyConfig

인터페이스 대신에 구체 클래스를 기반으로 프록시를 만든다는 것을 제외하고는 기존과 같다.

인터페이스 기반 프록시와 클래스 기반 프록시

프록시

프록시를 사용한 덕분에 원본 코드를 전혀 변경하지 않고, V1, V2 애플리케이션에 LogTrace 기능을 적용할 수 있었다.

인터페이스 기반 프록시 vs 클래스 기반 프록시

• 인터페이스가 없어도 클래스 기반으로 프록시를 생성할 수 있다.
• 클래스 기반 프록시는 해당 클래스에만 적용할 수 있다. 인터페이스 기반 프록시는 인터페이스만 같으면 모든 곳에 적용할 수 있다.
• 클래스 기반 프록시는 상속을 사용하기 때문에 몇가지 제약이 있다.
  • 부모 클래스의 생성자를 호출해야 한다.(앞서 본 예제)
  • 클래스에 final 키워드가 붙으면 상속이 불가능하다.
  • 메서드에 final 키워드가 붙으면 해당 메서드를 오버라이딩 할 수 없다.

이렇게 보면 인터페이스 기반의 프록시가 더 좋아보인다. 맞다. 인터페이스 기반의 프록시는 상속이라는 제약에서 자유롭다. 프로그래밍 관점에서도 인터페이스를 사용하는 것이 역할과 구현을 명확하게 나누기 때문에 더 좋다.

인터페이스 기반 프록시의 단점은 인터페이스가 필요하다는 그 자체이다. 인터페이스가 없으면 인터페이스 기반 프록시를 만들 수 없다.

결론

실무에서는 프록시를 적용할 때 V1처럼 인터페이스도 있고, V2처럼 구체 클래스도 있다. 따라서 2가지 상황을 모두 대응할 수 있어야 한다

너무 많은 프록시 클래스

지금까지 프록시를 사용해서 기존 코드를 변경하지 않고, 로그 추적기라는 부가 기능을 적용할 수 있었다.

그런데 문제는 프록시 클래스를 너무 많이 만들어야 한다는 점이다.
잘 보면 프록시 클래스가 하는 일은 LogTrace 를 사용하는 것인데, 그 로직이 모두 똑같다. 대상 클래스만 다를 뿐이다.

만약 적용해야 하는 대상 클래스가 100개라면 프록시 클래스도 100개를 만들어야한다.

프록시 클래스를 하나만 만들어서 모든 곳에 적용하는 방법은 없을까?
바로 다음에 설명할 동적 프록시 기술이 이 문제를 해결해준다