[Spring] 싱글톤 컨테이너

안나·2024년 2월 28일
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이 글은 인프런에서 김영한 님의 "스프링 핵심원리 - 기본편"을 수강 후 공부한 내용을 정리한 게시글입니다. 부족한 부분이 있다면 언제든 지적 부탁드립니다.

✏️ 싱글톤 패턴을 사용하는 이유

스프링 없는 순수한 DI 컨테이너를 가진 어플리케이션을 사용자에게 배포 했다고 생각해보자.

그 어플리케이션이 대박이 나서 동시 접속자수가 만명이 넘는다.

그러면 만명 사용자가 동시다발적으로 서버에 요청을 보내게 된다.

이 어플리케이션에서의AppConfig 는 아래와 같다

package hello.core;
import hello.core.discount.DiscountPolicy;
import hello.core.discount.RateDiscountPolicy;import hello.core.member.MemberRepository;
import hello.core.member.MemberService;
import hello.core.member.MemberServiceImpl;
import hello.core.member.MemoryMemberRepository;
import hello.core.order.OrderService;
import hello.core.order.OrderServiceImpl;

public class AppConfig {

    public MemberService memberService() {
        return new MemberServiceImpl(memberRepository());
    }

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

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

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

이 때, 로그인을 만 명이 동시에 한다고 생각해보면 로그인이 기능이 있는 memberService() 메소드가 만번 실행되고 return new MemberServiceImpl(memberRepository()); 가 만 번 실행된다.

그러면 MemberServiceImpl 인스턴스가 만 개이 생성되게 된다. 또한 memberRepository()도 호출되면서 MemoryMemberRepostiory 인스턴스도 만 개가 생성된다.

이렇게 되면 메모리 낭비가 엄청나게 된다.

이를 해결하기 위해서 해당 객체의 인스턴스들을 1개만 생성해두고 공유해서 사용하도록 설계하면 된다.

그렇게 설계해둔 것이 싱글톤 패턴이다.

우리가 자바를 배우면서 변수를 공유 한다고 하면 떠오르는 키워드가 있을 것이다.

바로 static 이를 사용해서 딱 1개만 생성하여 사용하면 된다.

✏️ 싱글톤 패턴 구현

싱글톤 패턴

  • 클래스의 인스턴스가 딱 1개만 생성되는 것을 보장하는 디자인 패턴을 말한다.
  • 객체 인스턴스가 2개 이상 생성하지 못하도록 막아야 한다.
  • private 생성자를 사용해서 외부에서 임의로 new 키워드를 사용하지 못하도록 막는다.
  • 인스턴스를 1개만 생성하여 공유해서 서용하도록 설계한다.
  • 우리가 자바를 배우면서 변수를 공유 한다고 하면 떠오르는 키워드가 있을 것이다.
  • 바로 static 이를 사용해서 딱 1개만 생성하여 사용하면 된다.

싱글톤 예제

package hello.core.singleton;
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 허용한
	다.
	public static SingletonService getInstance() {
		return instance;
	}

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

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

}
  1. static 영역에 객체 instance를 미리 하나 생성해서 올려둔다.
  2. 이 객체 인스턴스가 필요하면 오직 getInstance() 메서드를 통해서만 조회할 수 있다. 이 메서드를 호출하면 항상 같은 인스턴스를 반환한다.
  3. 딱 1개의 객체 인스턴스만 존재해야 하므로, 생성자를 private으로 막아서 혹시라도 외부에서 new 키워드로 객체 인스턴스가 생성되는 것을 막는다.

추가적으로 외부에서 SingletonService.getInstace() 를 통해 서비스를 호출하게 되면 같은 인스턴스를 반환해주는다는 것을 알 수 있다.

싱글톤 패턴의 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

✏️ 스프링에서의 싱글톤 컨테이너

위와 같은 싱글톤 패턴의 문제점이 존재해서 스프링에서는 스프링 빈을 싱글톤으로 관리해준다.

싱글톤 컨테이너

  • 스프링 컨테이너는 싱글턴 패턴을 적용하지 않아도, 객체 인스턴스를 싱글톤으로 관리한다.
  • 스프링 컨테이너는 싱글톤 컨테이너 역할을 한다. 이렇게 싱글톤 객체를 생성하고 관리하는 기능을 싱글톤 레지스트리라 한다.
  • 스프링 컨테이너의 이런 기능 덕분에 싱글턴 패턴의 모든 단점을 해결하면서 객체를 싱글톤으로 유지할 수 있다.

스프링 컨테이너를 사용하는 테스트 코드

@Test
@DisplayName("스프링 컨테이너와 싱글톤")
void springContainer() {
		ApplicationContext ac = new
		AnnotationConfigApplicationContext(AppConfig.class);
		//1. 조회: 호출할 때 마다 같은 객체를 반환
		MemberService memberService1 = ac.getBean("memberService",
		MemberService.class);
		//2. 조회: 호출할 때 마다 같은 객체를 반환
		MemberService memberService2 = ac.getBean("memberService",
		MemberService.class);
		//참조값이 같은 것을 확인
		System.out.println("memberService1 = " + memberService1);
		System.out.println("memberService2 = " + memberService2);
		//memberService1 == memberService2
		assertThat(memberService1).isSameAs(memberService2);
}


SS

✏️ 싱글톤 방식의 주의점

  • 싱글톤 방식은 여러 클라이언트가 하나의 인스턴스를 공유하기 때문에 싱글톤 객체는 상태를 유지하게 설계하면 안된다!!
  • 무상태(stateless)로 설계해야 한다.
  • 스프링 빈의 필드에 공유 값을 설정하면 큰 장애가 발생!

상태를 유지할 경우 발생하는 문제점 예시

package hello.core.singleton;
public class StatefulService {
	private int price; //상태를 유지하는 필드
	public void order(String name, int price) {
		System.out.println("name = " + name + " price = " + price);
		this.price = price; //여기가 문제!
	}
	public int getPrice() {
		return price;
	}
}
package hello.core.singleton;
import org.assertj.core.api.Assertions;
import org.junit.jupiter.api.Test;
import org.springframework.context.ApplicationContext;
import
		org.springframework.context.annotation.AnnotationConfigApplicationContext;
import org.springframework.context.annotation.Bean;
public class StatefulServiceTest {
	@Test
	void statefulServiceSingleton() {
		ApplicationContext ac = new
				AnnotationConfigApplicationContext(TestConfig.class);
		StatefulService statefulService1 = ac.getBean("statefulService",
				StatefulService.class);
		StatefulService statefulService2 = ac.getBean("statefulService",
				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();
		//ThreadA: 사용자A는 10000원을 기대했지만, 기대와 다르게 20000원 출력
		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 변경한다.
  • 사용자A의 주문 금액은 10000원이 되어야 하는데, 20000원이라는 결과가 나왔다.

✏️ @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();
	}

 ...
}

memberService 빈을 만드는 코드를 보면 memberRepository() 를 호출한다.
이 메서드를 호출하면 new MemoryMemberRepository() 를 호출한다.
orderService 빈을 만드는 코드도 동일하게 memberRepository() 를 호출한다.
이 메서드를 호출하면 new MemoryMemberRepository() 를 호출한다.

결과적으로 각각 다른 2개의 MemoryMemberRepository 가 생성되면서 싱글톤이 깨지는 것 처럼 보인다.

그러나 실질적으로는 memberRepository 인스턴스는 1개의 인스터스로 공유되어 사용되어진다.

그래서 스프링은 클래스의 바이트코드를 조작하는 라이브러리를 사용한다.
모든 비밀은 @Configuration 을 적용한 AppConfig 에 있다.

그렇게 될 수 있는 이유는 스프링 컨테이너가 싱글톤 레지스트리이기 때문이다. 따라스 스프링 빈이 싱글톤이 되도록 보장 해준다.

그렇다면 스프링 빈이면 무조건 싱글톤일까 ?

그것도 아니다. @Bean만 사용해도 스프링 빈으로 등록되지만, 싱글톤을 보장하지 않는다.

@Configuration 을 붙이면 바이트코드를 조작하는 CGLIB 기술을 사용하기 때문에 싱글톤을 보장하는데 CGLIB 기술 없이 빈을 등록하면 순수한 AppConfig로 스프링 빈에 등록된다.

그렇다면 CGLIB는 무엇일까 ?

빈으로 등록될때 CGLIB라는 바이트코드 조작 라이브러리를 사용해서 내가 생성한 클래스를 상속 받은 임의의 다른 클래스를 만들고 그 클래스를 스프링 빈으로 등록한다.

그리고 등록한 그 클래스가 싱글톤이 되도록 보장해준다. CGLIB 내부에서 해당하는 스프링 빈이 존재하면 존재하는 빈을 반환하고 없으면 스프링빈으로 등록하는 내부 로직이 있기 때문에 싱글톤이 보장 될 수 있다.

@Configuration 을 적용하지 않고, @Bean 만 적용하면 어떻게 될까?

@Configuration 을 붙이면 바이트코드를 조작하는 CGLIB 기술을 사용해서 싱글톤을 보장하지만, 만약 @Bean만 적용하면 어떻게 될까?

CGLIB 기술 없이 순수한 AppConfig로 스프링 빈에 등록된다.

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