싱글톤 패턴이란? 싱글톤(Singleton) 패턴의 정의는 단순하다. 객체의 인스턴스가 오직 1개만 생성되는 패턴을 의미한다.
스프링이 없는 순수한 DI 컨테이너 테스트
package hello.core.singleton;
import hello.core.AppConfig;
import hello.core.member.MemberService;
import org.junit.jupiter.api.DisplayName;
import org.junit.jupiter.api.Test;
import static org.assertj.core.api.Assertions.*;
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);
}
}
싱글톤 패턴을 적용한 예제 코드
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");
}
}
싱글톤 패턴을 사용하는 테스트 코드
@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();
}
싱글톤 패턴의 문제점
싱글톤 패턴을 구현하는 코드 자체가 많이 들어간다.
<기본적으로 아래의 3가지가 들어가게 된다.>
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
- 안티패턴이란? 실제 많이 사용되는 패턴이지만 비효율적이거나 비생산적인 패턴을 의미한다.
스프링 컨테이너를 사용하는 테스트 코드
@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);
//참조값이 같은 것을 확인
System.out.println("memberService1 = " + memberService1); System.out.println("memberService2 = " + memberService2);
//memberService1 == memberService2
assertThat(memberService1).isSameAs(memberService2);
}
싱글톤 컨테이너 적용 후
tip: 스프링 기본 빈 등록 방식은 싱글톤이지만, 싱글톤 방식만 지원하는 것은 아니다. 요청할 때 마다 새로운 객체를 생성하서 반환하는 기능도 제공한다. 자세한 내용은 빈 스코프와 연결된다.
상태를 유지할 경우 발생하는 문제점의 예시
package hello.core.singleton;
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;
} }
상태를 유지할 경우 발생하는 문제점 예시
package hello.core.singleton;
import org.assertj.core.api.Assertions;
import org.junit.jupiter.api.Test;
import org.springframework.context.ApplicationContext;
import
org.springframework.context.annotation.AnnotationConfigApplicationContext;
import org.springframework.context.annotation.Bean;
public class StatefulServiceTest {
@Test
void statefulServiceSingleton() {
ApplicationContext ac = new
AnnotationConfigApplicationContext(TestConfig.class);
StatefulService statefulService1 = ac.getBean("statefulService",
StatefulService.class);
StatefulService statefulService2 = ac.getBean("statefulService",
StatefulService.class);
//ThreadA: A사용자 10000원 주문 statefulService1.order("userA", 10000);
//ThreadB: B사용자 20000원 주문 statefulService2.order("userB", 20000);
//ThreadA: 사용자A 주문 금액 조회
int price = statefulService1.getPrice();
//ThreadA: 사용자A는 10000원을 기대했지만, 기대와 다르게 20000원 출력 System.out.println("price = " + price);
Assertions.assertThat(statefulService1.getPrice()).isEqualTo(20000);
}
static class TestConfig {
@Bean
public StatefulService statefulService() {
return new StatefulService();
}
} }
일단 단순 설명을 위해 실제 쓰레드는 사용하지 않았다.
ThreadA가 사용자A 코드를 호출하고 ThreadB가 사용자B 코드를 호출한다 가정하자.
StatefulService 의 price 필드는 공유되는 필드인데, 특정 클라이언트가 값을 변경한다.
사용자A의 주문금액은 10000원이 되어야 하는데, 20000원이라는 결과가 나왔다.
실무에서 이런 경우를 종종 보는데, 이로인해 정말 해결하기 어려운 큰 문제들이 터진다.(몇년에 한번씩 꼭 만난다.)
진짜 공유필드는 조심해야 한다! 스프링 빈은 항상 무상태(stateless)로 설계하자.
AppConfig 코드 확인
@Configuration
public class AppConfig {
@Bean
public MemberService memberService() {
return new MemberServiceImpl(memberRepository());
}
@Bean
public OrderService orderService() {
return new OrderServiceImpl(
memberRepository(),
discountPolicy());
}
@Bean
public MemberRepository memberRepository() {
return new MemoryMemberRepository();
}
... }
public class MemberServiceImpl implements MemberService {
private final MemberRepository memberRepository;
//테스트 용도
public MemberRepository getMemberRepository() {
return memberRepository;
}
}
public class OrderServiceImpl implements OrderService {
private final MemberRepository memberRepository;
//테스트 용도
public MemberRepository getMemberRepository() {
return memberRepository;
}
}
테스트 코드
package hello.core.singleton;
import hello.core.AppConfig;
import hello.core.member.MemberRepository;
import hello.core.member.MemberServiceImpl;
import hello.core.order.OrderServiceImpl;
import org.junit.jupiter.api.Test;
import org.springframework.context.ApplicationContext;
import org.springframework.context.annotation.AnnotationConfigApplicationContext;
import static org.assertj.core.api.Assertions.*;
public class ConfigurationSingletonTest {
@Test
void configurationTest() {
ApplicationContext ac = new
AnnotationConfigApplicationContext(AppConfig.class);
MemberServiceImpl memberService = ac.getBean("memberService",
MemberServiceImpl.class);
OrderServiceImpl orderService = ac.getBean("orderService",
OrderServiceImpl.class);
MemberRepository memberRepository = ac.getBean("memberRepository",
MemberRepository.class);
//모두 같은 인스턴스를 참고하고 있다.
System.out.println("memberService -> memberRepository = " +
memberService.getMemberRepository());
System.out.println("orderService -> memberRepository = " +
orderService.getMemberRepository());
System.out.println("memberRepository = " + memberRepository); //모두 같은 인스턴스를 참고하고 있다.
assertThat(memberService.getMemberRepository()).isSameAs(memberRepository);
assertThat(orderService.getMemberRepository()).isSameAs(memberRepository);
}
]
AppConfig 호출 로그를 남김
package hello.core;
import hello.core.discount.DiscountPolicy;
import hello.core.discount.RateDiscountPolicy;
import hello.core.member.MemberRepository;
import hello.core.member.MemberService;
import hello.core.member.MemberServiceImpl;
import hello.core.member.MemoryMemberRepository;
import hello.core.order.OrderService;
import hello.core.order.OrderServiceImpl;
import org.springframework.context.annotation.Bean;
import org.springframework.context.annotation.Configuration;
@Configuration
public class AppConfig {
@Bean
public MemberService memberService() {
//1번
System.out.println("call AppConfig.memberService"); return new MemberServiceImpl(memberRepository());
}
@Bean
public OrderService orderService() {
//1번
System.out.println("call AppConfig.orderService"); return new OrderServiceImpl(
memberRepository(),
discountPolicy());
}
@Bean
public MemberRepository memberRepository() {
//2번? 3번?
System.out.println("call AppConfig.memberRepository"); return new MemoryMemberRepository();
}
@Bean
public DiscountPolicy discountPolicy() {
return new RateDiscountPolicy();
}
}
스프링 컨테이너가 각각 @Bean을 호출해서 스프링 빈을 생성한다. 그래서 memberRepository() 는 다음과 같이 총 3번이 호출되어야 하는 것 아닐까?
1. 스프링 컨테이너가 스프링 빈에 등록하기 위해 @Bean이 붙어있는 memberRepository()호출
2. memberService() 로직에서 memberRepository() 호출
3. orderService() 로직에서 memberRepository() 호출
출력 결과
call AppConfig.memberService
call AppConfig.memberRepository
call AppConfig.orderService
모두 1번만 출력된다.
스프링 컨테이너는 싱글톤 레지스트리다. 따라서 스프링 빈이 싱글톤이 되도록 보장해주어야 한다.
그런데 스프링이 자바 코드까지 어떻게 하기는 어렵다. 자바 코드를 보면 분명 3번 호출되어야 하는 것이 맞다. 그래서 스프링은 클래스의 바이트코드를 조작하는 라이브러리를 사용한다.
모든 비밀은 @Configuration 을 적용한 AppConfig 에 있다.
@Test
void configurationDeep() {
ApplicationContext ac = new
AnnotationConfigApplicationContext(AppConfig.class);
//AppConfig도 스프링 빈으로 등록된다.
AppConfig bean = ac.getBean(AppConfig.class);
System.out.println("bean = " + bean.getClass());
//출력: bean = class hello.core.AppConfig$$EnhancerBySpringCGLIB$$bd479d70
}
bean = class hello.core.AppConfig$$EnhancerBySpringCGLIB$$bd479d70
그 임의의 다른 클래스가 바로 싱글톤이 보장되도록 해준다. 아마도 다음과 같이 바이트 코드를 조작해서 작성되어 있을 것이다. (실제로는 CGLIB의 내부 기술을 사용하는데 매우 복잡하다.)
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
} }
References (참고 자료)