싱글톤 패턴 (Singleton pattern)

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클래스의 인스턴스가 딱 1개만 생성되는 것을 보장하는 디자인 패턴이다.
private 생성자를 사용해서 외부에서 임의로 new 키워드를 사용하지 못하도록 막아야 한다.

📌 싱글톤 패턴 생성

package hello.core.singleton;

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 호출");
        
    }
}

static 영역에 객체 instance를 미리 하나 생성해서 올려둔다.

이 객체 인스턴스가 필요하면 오직 getInstance() 메서드를 통해서만 조회할 수 있다.
이 메서드를 호출하면 항상 같은 인스턴스를 반환한다.

딱 1개의 객체 인스턴스만 존재해야 하므로, 생성자를 private으로 막아서 혹시라도 외부에서 new 키워드로 객체 인스턴스가 생성되는 것을 막는다.

📌 스프링 컨테이너 사용 안할 시 싱글톤 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.

스프링 컨테이너를 사용할 시 싱글톤의 모든 문제 해결 가능

📌 싱글톤 컨테이너

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

참고: 스프링의 기본 빈 등록 방식은 싱글톤이지만, 싱글톤 방식만 지원하는 것은 아니다. 요청할 때 마다 새로운 객체를 생성해서 반환하는 기능도 제공한다. 그러나 스프링에서 99.99%를 싱글톤 방식으로 한다.

📌 싱글톤 방식 주의

• 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!!!
• 진짜 공유필드는 조심해야 한다! 스프링 빈은 항상 무상태(stateless)로 설계하자

📌 @Configuration과 싱글톤

• 클래스 상단에 @Configuration 어노테이션을 사용하면 해당 Java 클래스는 Spring의 환경 설정과 관련된 파일이라는 것을 의미한다.
• 스프링 컨테이너는 싱글톤 레지스트리다. 따라서 스프링 빈이 싱글톤이 되도록 보장해주어야 한다.
• @Configuration을 써주고 AnnotationConfigApplicationContext 에 파라미터로 넘긴 값은 스프링 빈으로 등록된다. 그래서 AppConfig도 스프링 빈이 된다.
• 1개 이상의 @Bean을 제공하는 클래스의 경우 반드시 @Configuration을 명시해 주어야 한다.

ApplicationContext ac = new AnnotationConfigApplicationContext(AppConfig.class);

AppConfig bean = ac.getBean(AppConfig.class);

System.out.println("bean = " + bean.getClass());

/* 출력값 */
// bean = class hello.core.AppConfig$$EnhancerBySpringCGLIB$$bd479d70

• 순수한 클래스라면 출력값이 class hello.core.AppConfig 으로 나와야 한다. 그런데 클래스명에 xxxCGLIB 라는 바이트코드 조작 라이브러리를 사용해서 AppConfig 클래스를 상속받은 임의의 다른 클래스를 만들고, 그 다른 클래스를 스프링 빈으로 등록한 것이다.

• AppConfig 클래스를 상속 받은 AppConfig@CGLIB 클래스가 스프링 빈으로 등록된 것들을 싱글톤이 되도록 보장 해준다.

✔ AppConfig@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
    
 	}
}

@Bean이 붙은 메서드마다 이미 스프링 빈이 존재하면 존재하는 빈을 반환하고, 스프링 빈이 없으면 생성해서 스프링 빈으로 등록하고 반환하는 코드가 동적으로 만들어진다.
덕분에 싱글톤이 보장된다.

참고) AppConfig@CGLIB는 AppConfig의 자식 타입이므로, AppConfig 타입으로 조회 할 수 있다

✔ @Configuration을 적용하지 않고 @Bean만 적용한 경우

@Configuration 을 붙이면 바이트코드를 조작하는 CGLIB 기술을 사용해서 싱글톤을 보장하지만 안 붙일 경우, @Bean만 사용 해도 스프링 빈으로 등록은 되지만, 싱글톤을 보장하지 않는다.

결론 : 스프링 설정 정보는 항상 @Configuration 을 사용해야 한다.