웹 애플리케이션과 싱글톤

싱글톤이 아닐 때

여러 클라이언트가 동시에 요청했을 경우

• DI 컨테이너에서 클라이언트에게 각각 새로운 memberService 인스턴스를 반환해준다.

예제 코드

    @Test
    @DisplayName("스프링 없는 순수한 DI 컨테이너")
    void pureContainer() {
        final AppConfig appConfig = new AppConfig();
        // 1. 조회: 호출할 때마다 객체를 생성
        final MemberService memberService1 = appConfig.memberService();

        // 2. 조회: 호출할 때마다 객체를 생성
        final MemberService memberService2 = appConfig.memberService();

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

        assertThat(memberService1).isNotSameAs(memberService2);
    }

• 따라서 스프링 없는 순수한 DI 컨테이너인 AppConfig는 요청할 때마다 객체를 새로 생성한다.
• 고객 트래픽이 초당 100이 나오면 초당 100개의 객체가 생성되고 소멸된다. --> 메모리 낭비
• 해결방안은 해당 객체를 딱 1개ㅏㄴ 생성되고 공유하도록 설계하면 된다. --> 싱글톤 패턴

싱글톤 패턴

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

예제 코드

public class SingletonService {

    private static final SingletonService instance = new SingletonService();

    public static SingletonService getInstance() {
        return instance;
    }

    private SingletonService() {

    }

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

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

테스트 코드

    @Test
    @DisplayName("싱글톤 패턴을 적용한 객체 사용")
    void singletonServiceTest() {
        //given && when
        final SingletonService singletonService1 = SingletonService.getInstance();
        final SingletonService singletonService2 = SingletonService.getInstance();
        //then
        assertThat(singletonService1).isSameAs(singletonService2);
    }

• private으로 new 키워드를 막앋었다.
• 호출할 때마다 같은 객체 인스턴스를 반환하는 것을 확인할 수 있다.

싱글톤 패턴의 문제점

• 싱글톤 패턴을 구현하는 코드 자체가 많이 들어간다.
• 의존관계상 클라이언트가 구체 클래스에 의존한다. -> DIP 위반
• 클라이언트가 구체 클래스에 의존해서 OCP 원칙을 위반할 가능성이 높다. (구체클래스.getInstance())
• 테스트하기 어렵다.
• 내부 속성을 변경하거나 초기화 하기 어렵다.
• private 생성자로 자식 클래스를 만들기 어렵다.
• 결론적으로 유연성이 떨어진다.
• 안티패턴으로 불리기도 한다.

싱글톤 컨테이너

• 스프링 컨테이너는 싱글톤 패턴의 문제점을 해결하면서 객체 인스턴스를 싱글톤(1개만 생성)으로 관리한다.
• 스프링 빈이 바로 싱글톤으로 관리되는 빈이다.

• 스프링 컨테이너는 싱글톤 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 싱글톤 패턴의 모든 단점을 해결하면서 객체를 싱글톤으로 유지할 수 있다.
  • 싱글톤 패턴을 위한 지저분한 코드가 들어가지 않아도 된다.
  • DIP, OCP, 테스트, private 생성자로 부터 자유롭게 싱글톤을 사용할 수 있다.

예제 코드

    @Test
    @DisplayName("스프링 컨테이너와 싱글톤")
    void springContainer() {
        //given
        ApplicationContext ac = new AnnotationConfigApplicationContext(AppConfig.class);
        //when
        final MemberService memberService1 = ac.getBean("memberService", MemberService.class);
        final MemberService memberService2 = ac.getBean("memberService", MemberService.class);
        //then
        assertThat(memberService1).isSameAs(memberService2);
    }

• 스프링 컨테이너 덕분에 고객의 요청이 올 때 마다 객체를 생성하는 것이 아니라 이미 만들어진 객체를 공유해서 효율적으로 재사용할 수 있다.

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.

stateful할 경우 발생하는 문제 코드

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;
    }
}


    @Test
    void statefulServiceSingleton() {
        //given
        ApplicationContext ac = new AnnotationConfigApplicationContext(TestConfig.class);
        final StatefulService statefulService1 = ac.getBean(StatefulService.class);
        final StatefulService statefulService2 = ac.getBean(StatefulService.class);

        // Thread A : A사용자 10000원 주문
        statefulService1.order("userA", 10000);
        // Thread B : B사용자 20000원 주문
        statefulService2.order("userB", 20000);

        // Thread A : 사용자A 주문 금액 조회
        final int price = statefulService1.getPrice();
        System.out.println("price = " + price);

        assertThat(statefulService1.getPrice()).isNotEqualTo(10000);
    }

• ThreadA가 사용자A 코드를 호출하고 TheadB가 사용자B 코드를 호출한다고 가정해보자.
• StatefulService의 price 필드는 공유되는 필드인데 특정 클라이언트가 값을 변경한다.
• 사용자A의 주문금액은 10000원이 되어야 하는데 20000원이라는 결과가 나왔다.
• 때문에 스프링 빈은 항상 stateless로 설계해야 한다.