[Spring] 싱글톤 컨테이너

아래 코드를 보자.

public class SingletonTest {

 @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("memberService2 = " + memberService2);
 //memberService1 != memberService2
 assertThat(memberService1).isNotSameAs(memberService2);
 }
}

• 우리가 만들었던 스프링 없는 순수한 DI 컨테이너인 AppConfig는 요청을 할 때 마다 객체를 새로 생성한다.
• 고객 트래픽이 초당 100이 나오면 초당 100개 객체가 생성되고 소멸된다!
  -> 메모리 낭비가 심하다.
• 해결방안은 해당 객체가 딱 1개만 생성되고, 공유하도록 설계하면 된다.
  -> 싱글톤 패턴

싱글톤 패턴

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

싱글톤 패턴 적용

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 인스터스가 필요하면 이 static 메서드를 통해서만 조회하도록
허용한다.
 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");
 }
}

💁‍♀️진짜 잘 설계한 객체는 컴파일 오류만으로 다 잡히도록 설계하는 것이다.

테스트를 해보자

@Test
@DisplayName("싱글톤 패턴을 적용한 객체 사용")
public void singletonServiceTest() {
 //private으로 생성자를 막아두었다. 컴파일 오류가 발생한다.
 //new SingletonService();
 //1. 조회: 호출할 때 마다 같은 객체를 반환
 SingletonService singletonService1 = SingletonService.getInstance();
 //2. 조회: 호출할 때 마다 같은 객체를 반환
 SingletonService singletonService2 = SingletonService.getInstance();
 //참조값이 같은 것을 확인
 System.out.println("singletonService1 = " + singletonService1);
 System.out.println("singletonService2 = " + singletonService2);
 // singletonService1 == singletonService2
 assertThat(singletonService1).isSameAs(singletonService2);
 singletonService1.logic();
}

• private으로 new 키워드를 막아두었다.
• 호출할 때 마다 같은 객체 인스턴스를 반환하는 것을 확인할 수 있다.

싱글톤 패턴을 구현하는 방법은 여러가지가 있다. 여기서는 객체를 미리 생성해두는 가장 단순하고 안전한 방법을 선택했다.

하지만 스프링 컨테이너가 알아서 싱글톤 패턴을 적용시켜준다는 놀라운 사실! 스프링 만세😆

싱글톤 패턴 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.
  -> DI 적용이 어려워진다.
• 안티패턴으로 불리기도 한다.

싱글톤 컨테이너

• 스프링 컨테이너는 싱글톤 패턴의 문제점을 해결하면서, 객체 인스턴스를 싱글톤(1개만 생성)으로 관리한다.

• 지금까지 우리가 학습한 스프링 빈이 바로 싱글톤으로 관리되는 빈이다.👍

• 스프링 컨테이너는 싱글턴 패턴을 적용하지 않아도, 객체 인스턴스를 싱글톤으로 관리한다.

  • 이전에 설명한 컨테이너 생성 과정을 자세히 보자. 컨테이너는 객체를 하나만 생성해서 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 해결하면서객체를 싱글톤으로 유지할 수있다.

  • 싱글톤 패턴을 위한 지저분한 코드가 들어가지 않아도 된다.
  • DIP, OCP, 테스트, private 생성자로 부터 자유롭게 싱글톤을 사용할 수 있다.

테스트를 해보자

@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);

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

• 스프링 컨테이너에서 알아서 싱글톤 패턴을 적용해주고 있다!
• 스프링 컨테이너 덕분에 고객의 요청이 올 때 마다 객체를 생성하는 것이 아니라, 이미 만들어진 객체를 공유해서 효율적으로 재사용할 수 있다.

스프링의 기본 빈 등록 방식은 싱글톤이지만, 싱글톤 방식만 지원하는 것은 아니다. 요청할 때 마다 새로운 객체를 생성해서 반환하는 기능도 제공한다. 자세한 내용은 뒤에 빈 스코프에서 설명하겠다.

싱글톤 방식의 주의점

• 싱글톤 패턴이든, 스프링 같은 싱글톤 컨테이너를 사용하든, 객체 인스턴스를 하나만 생성해서 공유하는 싱글톤 방식은 여러 클라이언트가 하나의 같은 객체 인스턴스를 공유하기 때문에 싱글톤 객체는 상태를 유지(stateful)하게 설계하면 안된다.
  -> 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.
• 스프링 빈의 필드에 공유 값을 설정하면 정말 큰 장애가 발생할 수 있다!!!

ThreadA가 사용자A 코드를 호출하고 ThreadB가 사용자B 코드를 호출한다 가정하자.
사용자A의 주문금액은 10000원이 되어야 하는데, 20000원이라는 결과가 나왔다.
진짜 공유필드는 조심해야 한다! 스프링 빈은 항상 무상태(stateless)로 설계하자.