웹 애플리케이션과 싱글톤

• 스프링은 태생이 기업용 온라인 서비스 기술을 지원하기 위해 탄생했다.
• 대부분의 스프링 애플리케이션은 웹 애플리케이션이다. 물론 웹이 아닌 애플리케이션 개발도 얼마든지 개발할 수 있다.
• 웹 애플리케이션은 보통 여러 고객이 동시에 요청을 한다. 만약 싱글톤 패턴을 사용하지 않으면, 요청이 올 때마다 객체를 생성해야한다.

싱글톤 패턴

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

싱글톤 패턴 적용한 예제

public class SingletonService {

    private static final SingletonService instance = new SingletonService();

    public static SingletonService getInstance() {
        return instance;
    }

    //private 생성자
    private SingletonService(){}

}

@Test
@DisplayName("싱글톤 패턴을 적용한 객체 사용")
void singletonServiceTest(){

    //private 으로 생성자를 막아두었다. 컴파일 오류가 발생한다.
    //new SingletonService();

    SingletonService singletonService1 = SingletonService.getInstance();
    SingletonService singletonService2 = SingletonService.getInstance();

    Assertions.assertThat(singletonService1).isSameAs(singletonService2);
}

• static 영역에 객체 인스턴스를 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.

싱글톤 패턴의 문제점

• 의존관계상 클라이언트가 구체 클래스에 의존한다. (DIP를 위반한다.)
• 클라이언트가 구체 클래스에 의존해서 OCP 원칙을 위반할 가능성이 높다.
• 내부 속성을 변경하거나 초기화 하기 어려워 테스트가 어렵다.
• private 생성자로 자식 클래스를 만들기 어렵다.
• 안티패턴으로 불리기도 한다.

싱글톤 컨테이너

• 스프링 컨테이너는 싱글턴 패턴을 적용하지 않아도, 객체 인스턴스를 싱글톤으로 관리한다. 즉 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.

스프링 컨테이너를 사용 예제

@Test
@DisplayName("스프링 컨테이너와 싱글톤")
void springContainer(){
    AnnotationConfigApplicationContext ac = new AnnotationConfigApplicationContext(AppConfig.class);

    MemberService memberService1 = ac.getBean("memberService", MemberService.class);
    MemberService memberService2 = ac.getBean("memberService", MemberService.class);

    //참조값이 같은 것을 확인
    Assertions.assertThat(memberService1).isSameAs(memberService2);
}

💡 싱글통 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.

@Configuration과 바이트코드

@Configuration
public class AppConfig {

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

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

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

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

• 스프링 컨테이너(@Configuration)는 싱글톤 레지스트리다. 따라서 스프링 빈이 싱글톤이 되도록 보장해주어야 한다.

AppConfig 를 보면 분명 memberRopository 가 3번 호출되어야 하는 것이 맞다.

하지만 테스트를 해보면 3번이 아니라 1번만 불린다.

그 이유는 스프링은 클래스의 바이트코드를 조작하는 라이브러리를 사용하기 때문이다.

@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());
}

bean = class hello.core.AppConfig$$EnhancerBySpringCGLIB$$bd479d70

순수한 클래스라면 class hello.core.AppConfig 로 출력되야하나, xxxCGLIB 가 붙었다.

스프링이 CGLIB라는 바이트코드 조작 라이브러리를 사용해서 AppConfig 클래스를 상속받은 임의의 다른 클래스를 만들고, 그 다른 클래스를 스프링 빈으로 등록한 것이다.

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

만약 @Configuration 을 적용하지 않고, @Bean 만 적용하면 스프링 빈으로 등록되지만, 싱글톤을 보장하지 않는다. 스프링 설정 정보는 항상 @Configuration 을 사용하는게 좋다.