[Spring] Singleton Container

jckim22·2023년 12월 2일

[SPRING] STUDY

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지금까지의 코드를 보면 100번의 요청이 들어오면 100다 instance를 생성해주었다.
메모리 낭비가 매우 심해보인다.

그래서 싱글톤을 적용한다.

아래를 보자

    @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);

        assertThat(memberService1).isNotSameAs(memberService2);

위와 같은 테스트를 하게 되면 당연히 통과한다.
두 memberService는 다른 인스턴스일테니까

issameAs -> 주소값비교 (깊은비교)
isEqualto -> 내용비교 (얕은비교)
isInstanceOf -> 그 클래스의 하위 인스턴스인지 확인

그럼 아래처럼 싱글톤 패턴을 구현해보자

public class SingletonService {

    private static final SingletonService instance = new SingletonService();

    public static SingletonService getInstance() {
        return instance;
    }

    private SingletonService(){

    }

    public void logic(){

    }
}

위처럼 구현하고 아래와 같은 테스트를 진행하면

    @Test
    @DisplayName("싱글톤 패턴을 적용한 객체 사용")
    void singletonServiceTest(){
        SingletonService singletonService1 = SingletonService.getInstance();
        SingletonService singletonService2 = SingletonService.getInstance();

        System.out.println("singletonService1 = "+singletonService1);
        System.out.println("singletonService2 = "+singletonService2);

        assertThat(singletonService1).isSameAs(singletonService2);
    }

getInstance로 같은 인스턴스를 불러오기 때문에 테스트가 통과될 것이다.

하지만 이러한 싱글톤에는 많은 문제가 있다.

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.
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.

    void springContainer(){
//        AppConfig appConfig = new AppConfig();
        ApplicationContext ac =new AnnotationConfigApplicationContext(AppConfig.class);

        //1. 조회: 호출할 때 마다 객체를 생성
        MemberService memberService1 = ac.getBean("memberService", MemberService.class);

        //2. 조회: 호출할 때 마다 객체를 생성
        MemberService memberService2 = ac.getBean("memberService", MemberService.class);

        //참조값이 다른 것을 확인
        System.out.println("memberService1 = "+ memberService1);
        System.out.println("memberService2 = "+ memberService2);

        assertThat(memberService1).isSameAs(memberService2);

    }

위 테스트는 통과이다.
스프링 빈은 같은 인스턴스를 사용하는 싱글톤 컨테이너에 속해있으니까

이로써 싱글톤의 많은 문제들이 해결이 되었다.

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 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.

싱글톤 컨테이너 적용 후

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)하 게 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!!!

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;
    }

    public int getPrice(){
        return price;
    }
}

위 서비스는 price를 상태 정보로 계속 갖고 있다.

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

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

        //Thread: 사용자 A 주문 금액조회
        int price = statefulService1.getPrice();
        System.out.println("price = "+ price);

        Assertions.assertThat(statefulService1.getPrice()).isEqualTo(20000);
    }

그래서 위와 같은 상황에서 문제가 생길 수 있다.
사용자 A가 만원을 주문했는데 B가 2만원을 주문함으로서 상태성이 유지되는 변수의 값이 변해버린 것이다.

public class StatefulService {

    public int order(String name, int price){
        System.out.println("name = "+ name + " price = " + price);
        return price;
    }

}

위와 같이 수정하여 무상태성으로 코드를 작성하면 이를 해결할 수 있다.

@Configuration

도대체 어떻게 스프링은 싱글톤을 유지하는걸까 ?

@Configuration
public class AppConfig {

    @Bean
    public MemberService memberService(){
        System.out.println("call memberService");
        return new MemberServiceImpl(memberRepository());
    }

    @Bean
    public MemberRepository memberRepository() {
        System.out.println("call memberRepository");
        return new MemoryMemberRepository();
    }

    @Bean
    public OrderService orderService() {
        System.out.println("call orderService");
        return new OrderServiceImpl(memberRepository(), discountPolicy());
    }

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

위 AppConfig의 자바 코드만 보면 계속해서 객체를 생성해야할 것만 같다.

비밀은 @Configuration에 있다.

위와 같이 스프링에서는 AppConfig@CGLIB라는 또 다른 자식 클래스를 생성한다.

그 임의의 다른 클래스가 바로 싱글톤이 보장되도록 해준다. 아마도 다음과 같이 바이트 코드를 조작해서 작성되어 있을 것이다.(실제로는 CGLIB의 내부 기술을 사용하는데 매우 복잡하다.)

CGLIB 예상 코드

 @Bean
 public MemberRepository memberRepository() {
if (memoryMemberRepository가 이미 스프링 컨테이너에 등록되어 있으면?) { return 스프링 컨테이너에서 찾아서 반환;
} else { //스프링 컨테이너에 없으면
기존 로직을 호출해서 MemoryMemberRepository를 생성하고 스프링 컨테이너에 등록 return 반환
}
}