[Spring] Singleton 컨테이너

웹 애플리케이션과 싱글톤

web application은 여러 고객이 동시에 요청하는 경우가 많다. 이때 모든 요청에 필요한 객체를 계속 생성한다면 메모리를 낭비하게 되고 프로그램의 효율도 떨어지게 된다. 하나의 객체를 생성하고 공유하도록 설계하는 싱글톤 패턴에 대해 알아보자.

---

Singleton pattern

• 클래스의 인스턴스가 1개만 생성되는 것을 보장하는 디자인 패턴
• 객체 인스턴를 2개 이상 생성하지 못하도록 막는다

public class SingletonService {
    //static 영역에 객체를 한개만 생성
    private static final SingletonService instance = new SingletonService();

    //public으로 열어서 객체가 필요한 경우 인스턴스를 받아서 사용한다.
    public static SingletonService getInstance() {
        return instance;
    }

    //생성자를 private으로 선언하여 외부에서 new 키워드를 사용하여 객체 생성을 하지 못하도록 한다.
    private SingletonService() {

    }

}

Singleton 패턴의 문제점

• 의존관계상 클라이언트가 구체 클래스에 의존한다 -> DIP 위반
• 구체 클래스에 의존하므로 OCP 원칙을 위반할 가능성이 높음
• 내부 속성을 변경하거나 초기화하기 어렵다
• private 생성자로 자식 클래스를 만들기 어렵다
• 유연성이 떨어진다

---

Singleton 컨테이너

• 스프링 컨테이너는 Singleton 패턴의 문제점을 해결하면서 객체 인스턴스를 Singleton으로 관리한다.
• 스프링 빈은 싱글톤으로 관리되는 빈이다.
• 스프링 컨테이너는 싱글톤 패턴을 직접 적용하지 않아도 객체를 싱글톤으로 관리한다.
• 스프링 컨테이너는 싱글톤 컨테이너의 역할을 한다
• 싱글톤 객체를 생성하고 관리하는 기능을 싱글톤 레지스트리라고 한다.

스프링 컨테이너는 클라이언트의 요청마다 새로운 객체를 생성하지 않고 스프링 빈으로 관리하는 객체를 공유하여 효율적으로 재사용한다.

---

Singleton 방식의 주의점

• 객체 인스턴스를 하나만 생성하여 공유하는 싱글톤 패턴은 객체의 상태가 stateful 하도록 설계하면 안된다.
• 객체를 stateless 하게 설계해야한다.
  • 특정 클라이언트에 의존적인 필드가 있으면 안됨
  • 특정 클라이언트가 값을 변경할 수 있는 필드는 존재하면 안된다.
  • 가급적 읽기만 가능해야한다.
  • 필드 대신에 자바에서 공유되지 않는 지역변수, 파라미터, ThreadLocal 등을 사용해야한다.

---

@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();
    }

}

AppConfig 에서 스프링 빈을 생성하기 위해 각각의 @Bean이 사용된 메서드를 호출한다.

• memberService() 를 호출한다.
  • 생성자로 MemberRepository 객체를 넘기기 위해 memberRepository()를 호출한다.
  • new MemoryMemberRepoistory() 호출로 객체가 생성된다.
• memberRepository()를 호출한다.
  • new MemoryMemberRepoistory() 호출로 객체가 생성된

이처럼 같은 객체를 여러번 생성하여 싱글톤 패턴이 아닌 것 처럼 보인다.

@Configuration과 바이트코드 조작

스프링은 클래스의 바이트코드를 조작하는 라이브러리를 사용한다.

ApplicationContext ac = new AnnotationConfigApplicationContext(AppConfig.class);
AppConfig bean = ac.getBean(AppConfig.class);

System.out.println("bean = " + bean.getClass());
//출력: bean = class hello.demo.AppConfig$$EnhancerBySpringCGLIB$$6963fe32

스프링 빈으로 등록된 AppConfig의 클래스를 출력해보면 AppConfig$$EnhancerBySpringCGLIB$$6963fe32 타입이 나온다.
스프링이 CGLIB라는 바이트코드 조작 라이브러리를 사용하여 AppConfig를 상속하여 다른 클래스를 만들고 스프링 빈으로 등록했기 때문이다.

새로 만들어진 클래스는 다음과 같은 방식으로 싱글톤 패턴을 보장한다.

@Bean
public MemberRepository memberRepository() {
	if (memoryMemberRepository가 이미 스프링빈에 등록되어있으면) {
    	return 스프링 컨테이너에서 찾아서 반환
    } else {
    	부모인 AppConfig의 기존 로직을 호출하여 MemoryMemberRepository를 생성하고 스프링 컨테이너에 등록
        return 등록한 스프링빈 반환
    }
}

@Bean이 사용된 메서드마다 이미 스프링 빈이 존재하는지 확인하고 존재한다면 컨테이너에서 찾아서 반환하고, 없으면 객체를 생성하여 스프링빈으로 등록하고 반환하는 코드가 동적으로 만들어진다.

이러한 방식으로 스프링 컨테이너는 싱글톤 패턴을 보장한다.
AppConfig를 상속하여 새로 만들어진 AppConfig@CGLIB는 AppConfig의 자식 타입이므로 AppConfig 타입으로 조회가 가능하다.

@Configuration 을 사용하면 CGLIB 를 활용하여 싱글톤을 보장한다.