JDK Dynamic Proxy와 CGLib를 알아보자 #2

ssongkim·2022년 1월 26일
JavaSpringaop기본기다지기
10

자바, 스프링 핵심 기본기 다지기

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Overview

앞서 AOP의 개념에 대해 알아보고 자바 AOP를 구현하기 위해 Dynamic Proxy와 CGLib, AspectJ를 쓸 수 있음을 알았다.

spring AOP에서는 인터페이스 유무에 따라 인터페이스 기반의 프록시 생성 시 Dynamic Proxy를 사용하고 인터페이스 기반이 아닐 시 CGLib을 사용하는데
spring boot AOP에서는 CGLib을 default로 사용한다고 한다.

Hibernate uses cglib for generation of dynamic proxies. For example, it will not return full object stored in a database but it will return an instrumented version of stored class that lazily loads values from the database on demand.

JPA Hibernate에서도 기본적으로 CGLib을 사용한다고 한다.

오늘은 spring AOP를 완벽하게 이해하기 위해 먼저 스프링 없이 순수 자바로 Dynamic Proxy와 CGLib를 실습해보며 이해해보려고 한다.

JDK Dynamic Proxy와 CGLib

Dynamic Proxy와 CGLib은 모두 런타임 위빙 방식이며 프록시 패턴으로 동작한다. 따라서 메서드 실행 시에만 위빙이 가능하다. 그래서 Dynamic Proxy와 CGLib를 사용하는 스프링 AOP도 메서드 실행 조인포인트만 지원한다.

Proxy Pattern이란?

프록시 패턴이란 소프트웨어 디자인 패턴 중 하나로 오리지널 객체(Real Object) 대신 프록시 객체(Proxy Object)를 사용해 로직의 흐름을 제어하는 디자인 패턴이다.

Dynamic Proxy와 CGLib는 기본적으로 프록시 패턴으로 동작하여 원래 소스코드를 수정하지 않고 프록시 객체를 생성하여 흐름을 제어해 기능을 삽입할 수 있다. 오리지널 객체의 메서드 호출 결과를 바꿀 순 없다.

JDK Dynamic Proxy

JDK 에서 제공하는 Dynamic Proxy는 Interface를 기반으로 Proxy를 생성해주는 방식이다.
Interface를 기반으로 Proxy를 생성해주기 때문에 인터페이스의 존재가 필수적이다.

자바에서는 리플렉션을 활용한 Proxy 클래스를 제공해주고 있다.
Java.lang.reflect.Proxy 클래스의 newProxyInstance() 메소드를 이용해 프록시 객체를 생성한다.

Reflection이란?

Reflection이란 구체적인 클래스 타입을 알지 못해도 그 클래스의 정보(메서드, 타입, 변수 등등)에 접근할 수 있게 해주는 자바 API다.
자바에서는 JVM이 실행되면 사용자가 작성한 자바 코드가 컴파일러를 거쳐 바이트 코드로 변환되어 static 영역에 저장된다. Reflection API는 이 정보를 활용해 필요한 정보를 가져온다.

자바의 Reflection API는 값비싼 API이기 때문에 Dynamic Proxy는 리플렉션을 하는 과정에서 성능이 좀 떨어진다는 단점이 있다.

다이나믹 프록시 실습해보기

1. 인터페이스 작성

다이나믹 프록시는 인터페이스 존재가 필수적이므로 인터페이스를 작성한다.

public interface Animal {
    void eat();
    void drink();
}

2. 인터페이스 구현

인터페이스를 상속받아 타켓을 구현한다.
eat()메서드와 drink()메서드를 정의하고 메서드 호출 시 Dynamic Proxy를 이용해 앞 뒤로 로그를 weaving 해보려고 한다.

public class Rabbit implements Animal{
    @Override
    public void eat() {
        System.out.println("토끼가 음식을 먹습니다.");
    }

    @Override
    public void drink() {
        System.out.println("토끼가 물을 마십니다.");
    }
}
public class Tiger implements Animal{
    @Override
    public void eat() {
        System.out.println("호랑이가 음식을 먹습니다.");
    }

    @Override
    public void drink() {
        System.out.println("호랑이가 물을 마십니다.");
    }
}

3. 프록시 핸들러 구현

프록시 객체를 생성할 때 필요한 핸들러를 구현한다. InvocationHandler를 상속받아 구현한다. 메서드 호출 전 후에 로그를 찍어보겠다.

import java.lang.reflect.InvocationHandler;
import java.lang.reflect.Method;

public class AnimalProxyHandler implements InvocationHandler {

    Object target;

    public AnimalProxyHandler(Object target) {
        this.target = target;
    }

    @Override
    public Object invoke(Object proxy, Method method, Object[] args) throws Throwable {
        Object result = null;
        System.out.println("****before****");

        //메서드가 eat 이라면
        if(method.getName().equals("eat")) {
            System.out.println("----eat 메서드 호출 전----");

            result = method.invoke(target, args); // 메서드 호출

            System.out.println("----eat 메서드 호출 후----");
        } else if(method.getName().equals("drink")) { // 메서드가 drink 라면
            System.out.println("----drink 메서드 호출 전----");

            result = method.invoke(target, args); // 메서드 호출

            System.out.println("----drink 메서드 호출 후----");
        }

        System.out.println("****after****");
        return result; // 호출결과 반환
    }
}

4. 예제 테스트코드 작성

핸들러도 구현하였으니 프록시 객체를 생성해보겠다.
Java.lang.reflect.Proxy 클래스의 newProxyInstance() 메소드를 이용한다.

import org.junit.Test;

import java.lang.reflect.Proxy;

public class DynamicProxyTests {
    @Test
    public void dynamicProxyExample() {
        // Create the proxy
        //동적으로 프록시 생성
        // rabbit
        Animal rabbit = (Animal) Proxy.newProxyInstance(Animal.class.getClassLoader(),
                new Class[]{Animal.class},
                new AnimalProxyHandler(new Rabbit()));
        // tiger
        Animal tiger = (Animal) Proxy.newProxyInstance(Animal.class.getClassLoader(),
                new Class[]{Animal.class},
                new AnimalProxyHandler(new Tiger()));

        // Invoke the target instance method through the proxy
        rabbit.eat();
        System.out.println();
        rabbit.drink();
        System.out.println();

        tiger.eat();
        System.out.println();
        tiger.drink();
        System.out.println();
    }
}

5. 실행 결과

오오오,, 느낌이 spring AOP와 굉장히 비슷하다.

/Users/suhongkim/Library/Java/JavaVirtualMachines/openjdk-15.0.2/...

****before****
----eat 메서드 호출 전----
토끼가 음식을 먹습니다.
----eat 메서드 호출 후----
****after****

****before****
----drink 메서드 호출 전----
토끼가 물을 마십니다.
----drink 메서드 호출 후----
****after****

****before****
----eat 메서드 호출 전----
호랑이가 음식을 먹습니다.
----eat 메서드 호출 후----
****after****

****before****
----drink 메서드 호출 전----
호랑이가 물을 마십니다.
----drink 메서드 호출 후----
****after****


Process finished with exit code 0

다이나믹 프록시는 인터페이스가 필수이다. 인터페이스 없을 때도 프록시 패턴을 사용하고 싶지 않을까, CGLib가 이 문제를 해결해준다.

CGLib

CGLib는 JDK Dynamic Proxy와는 다르게 인터페이스가 아닌 클래스 기반으로 바이트코드를 조작하여 프록시를 생성하는 방식이다.

CGLib은 바이트코드 조작을 위해 ASM이라는 자바 바이트코드 조작 및 분석 프레임워크를 사용한다. ASM을 통해 클래스를 동적으로 생성하거나 수정한다.

인터페이스가 아닌 클래스를 대상으로 동작 가능하고 바이트코드를 조작해 프록시를 만들기 때문에 Dynamic Proxy에 비해 성능이 우수하다는 장점이 있지만

Extends(상속) 방식을 이용해서 Proxy화 할 메서드를 오버라이딩하는 방식인만큼 final이나 private와 같이 상속된 객체에 오버라이딩을 지원하지 않는 경우 Proxy에서 해당 메소드에 대한 Aspect를 적용할 수 없다.

CGLib 실습해보기

1. CGLib 의존성 추가

spring에서는 spring AOP를 위해 spring core 패키지에 CGLib가 기본적으로 포함되어 있다. 스프링 환경이 아닌 자바에서 CGLib을 사용하고자 하니 의존성을 추가해주겠다.

<!-- https://mvnrepository.com/artifact/cglib/cglib -->
<dependency>
    <groupId>cglib</groupId>
    <artifactId>cglib</artifactId>
    <version>3.3.0</version>
</dependency>

2. 클래스 작성

다이나믹 프록시를 사용할 땐 인터페이스 구현이 필수였지만 CGLib은 그렇지 않다. 클래스만 작성해준다.

public class Rabbit {
    public void eat() {
        System.out.println("토끼가 음식을 먹습니다.");
    }

    public void drink() {
        System.out.println("토끼가 물을 마십니다.");
    }
}

3. 프록시 핸들러 구현


CGLib를 사용하여 프록시를 생성할 때에는 크게 크게 두가지 작업을 필요로 한다.

  • net.sf.cglib.proxy.Enhancer 클래스를 사용하여 원하는 프록시 객체 만들기
  • net.sf.cglib.proxy.Callback을 사용하여 프록시 객체 조작하기

프록시 객체를 조작하기 위해 MethodInterceptor 방식과 다이나믹 프록시에서 사용했던 InvocationHandler 방식을 사용해 핸들러를 사용할 수 있다.

InvocationHandler 방식을 사용할 경우 바이트코드 조작이 아니라 다이나믹 프록시와 마찬가지로 리플렉션을 활용한다. CGLib의 성능을 활용하기 위해서는 MethodInterceptor를 사용하는 것이 일반적이다.

먼저 다이나믹 프록시에서 사용했던 InvocationHandler를 재사용하는 것을 보여주기 위해 InvocationHandler 방식을 먼저 확인해보자

3-1 InvocationHandler 방식으로 핸들러 구현

모든 코드는 한 줄만 빼고 위의 다이나믹 프록시에서 사용했던 InvocationHandler코드와 일치하다.

import 시 java.lang.reflect.InvocationHandler 를 net.sf.cglib.proxy.InvocationHandler로 InvocationHandler 경로만 바꿔주면 된다.

import net.sf.cglib.proxy.InvocationHandler;

import java.lang.reflect.Method;

//CGLib 에서 Dynamic Proxy 에서 사용했던 핸들러 방식 사용하기
// 이는 자바 리플렉션을 사용한다.
public class AnimalProxyCGLibHandler implements InvocationHandler {

    Object target;

    public AnimalProxyCGLibHandler(Object target) {
        this.target = target;
    }

    @Override
    public Object invoke(Object proxy, Method method, Object[] args) throws Throwable {
        Object result = null;
        System.out.println("****before****");

        //메서드가 eat 이라면
        if(method.getName().equals("eat")) {
            System.out.println("----eat 메서드 호출 전----");

            result = method.invoke(target, args); // 메서드 호출 //자바의 리플렉션 사용

            System.out.println("----eat 메서드 호출 후----");
        } else if(method.getName().equals("drink")) { // 메서드가 drink 라면
            System.out.println("----drink 메서드 호출 전----");

            result = method.invoke(target, args); // 메서드 호출

            System.out.println("----drink 메서드 호출 후----");
        }

        System.out.println("****after****");
        return result; // 호출결과 반환
    }
}

3-1 InvocationHandler 방식 프록시 객체 생성 예제 코드

Enhancer를 이용해 프록시를 생성한다.
setCallback를 이용해 핸들러를 적용한다.

//CGLib 에서 Dynamic Proxy 에서 사용했던 핸들러 방식 사용하기
    // 이는 자바 리플렉션을 사용한다.
    @Test
    public void byHandlerExample() {
        //Enhancer 객체를 생성
        Enhancer rabbitEnhancer = new Enhancer();
        // setSuperclass() 메소드에 프록시할 클래스 지정
        rabbitEnhancer.setSuperclass(Rabbit.class);
        rabbitEnhancer.setCallback(new AnimalProxyCGLibHandler(new Rabbit())); // 핸들러 지정
        Rabbit rabbit = (Rabbit) rabbitEnhancer.create(); // 프록시 생성

        rabbit.eat();
        System.out.println();
        rabbit.drink();
    }

3-1 InvocationHandler 예제 실행 결과

다이나믹 프록시와 결과가 동일하다.

/Users/suhongkim/Library/Java/JavaVirtualMachines/openjdk-15.0.2/...

****before****
----eat 메서드 호출 전----
토끼가 음식을 먹습니다.
----eat 메서드 호출 후----
****after****

****before****
----drink 메서드 호출 전----
토끼가 물을 마십니다.
----drink 메서드 호출 후----
****after****

Process finished with exit code 0

3-2 MethodInterceptor 방식으로 핸들러 구현

MethodInterceptor를 상속받아 앞 뒤로 로그 출력을 해주는 인터셉터를 구현해보겠다.

public class PrintLogInterceptor implements MethodInterceptor {
    @Override
    public Object intercept(Object o, Method method, Object[] objects, MethodProxy methodProxy) throws Throwable {
        Object result = null;
        System.out.println("****before log****");
        result = methodProxy.invokeSuper(o, objects);
        System.out.println("****after log****");
        return result;
    }
}

3-2 MethodInterceptor 예제 테스트코드 작성

@Test
    public void byInterceptorExample() {
        //Enhancer 객체를 생성
        Enhancer rabbitEnhancer = new Enhancer();
        // setSuperclass() 메소드에 프록시할 클래스 지정
        rabbitEnhancer.setSuperclass(Rabbit.class);
        // 로그 출력해주는 인터셉터 지정
        rabbitEnhancer.setCallback(new PrintLogInterceptor());
        Rabbit rabbit = (Rabbit) rabbitEnhancer.create(); // 프록시 생성

        rabbit.eat();
        System.out.println();
        rabbit.drink();
    }

3-2 인터셉터 예제 실행 결과

/Users/suhongkim/Library/Java/JavaVirtualMachines/openjdk-15.0.2/...

****before log****
토끼가 음식을 먹습니다.
****after log****

****before log****
토끼가 물을 마십니다.
****after log****

Process finished with exit code 0

CGLib의 Callback Filter

지금까지는 setCallback() 메서드를 이용해 인터셉터를 적용하였다.
항상 같은 인터셉터를 적용해야하나? 필터 조건에 따라 다른 인터셉터를 적용하고 싶지 않을까? Callback Filter을 구현함으로써 해결 가능하다.

CallbackFilter를 구현할 때 accept() 메서드를 재정의한다.
accept() 메서드는 int형의 index값을 반환하는데 이 인덱스를 이용해 callback 배열에 있는 인터셉터를 적용한다.

1. CallbackFilter 구현

메서드 이름에 따라 다른 인터셉터를 적용해보려고 한다.

나는 호출하고자 하는 메서드가 eat()인 경우 EatInterceptor를 적용하고자 0을 반환하고 메서드가 drink()인 경우 EatInterceptor를 적용하고자 1을 반환하도록 했다.

// 메서드가 eat 이냐 drink 냐에 따라 해당하는 인덱스 반환해주는 필터
public class AnimalMethodCallbackFilter implements CallbackFilter {
    @Override
    public int accept(Method method) {
        if(method.getName().equals("eat")) return 0;
        if(method.getName().equals("drink")) return 1;
        return 0; // 해당하지 않으면 그냥 0반환
    }
}

2. 적용하고자 하는 인터셉터들 구현

인터셉터 구현 방법은 스크롤을 올려 예제를 참고하자.

3. callback filter 예제 테스트코드 작성

setCallbackFilter()메서드를 통해 구현했던 callback 필터를 적용한다.
setCallbacks() 메서드를 통해 인터셉터 배열을 적용한다.
그럼 메서드 호출할 때마다 메서드 이름에 따라 반환하는 인덱스값을 이용해 해당하는 인터셉터를 적용해줄 것이다.

@Test
    public void callbackFilterExample() {
        //콜백 필터를 이용해 필터 조건에 따라 다른 인터셉터 적용하기 예제
        //메서드가 무엇이냐에 따라 해당 인터셉터를 적용한다.
        //Enhancer 객체를 생성
        Enhancer rabbitEnhancer = new Enhancer();
        // setSuperclass() 메소드에 프록시할 클래스 지정
        rabbitEnhancer.setSuperclass(Rabbit.class);
        //메서드 이름에 따라 인덱스 반환해주는 콜백 필터 지정, 0 반환 시 EatInterceptor, 1 반환 시 DrinkInterceptor
        rabbitEnhancer.setCallbackFilter(new AnimalMethodCallbackFilter());
        // 콜백 배열 지정
        rabbitEnhancer.setCallbacks(new Callback[]{
                new EatInterceptor(), // 0
                new DrinkInterceptor() // 1
        });
        Rabbit rabbit = (Rabbit) rabbitEnhancer.create(); // 프록시 생성

        rabbit.eat();
        System.out.println();
        rabbit.drink();
    }

4. callback filter 적용 예제 실행 결과

/Users/suhongkim/Library/Java/JavaVirtualMachines/openjdk-15.0.2/...

-- eat 메서드 호출 전 --
토끼가 음식을 먹습니다.
-- eat 메서드 호출 후 --

-- drink 메서드 호출 전 --
토끼가 물을 마십니다.
-- drink 메서드 호출 후 --

Process finished with exit code 0

마무리

오늘은 spring AOP를 완벽하게 이해하기 위해 먼저 Dynamic Proxy와 CGLib를 알아보았다.
Dynamic Proxy와 CGLib를 알아보며 리플렉션의 개념과 프록시 패턴이 무엇인지 알게 되었고 대표적인 spring AOP라고 할 수 있는 @Transactional의 동작 원리에 대해 알게된 것 같다.

전체 실습 예제 코드

[실습 예제 github로 이동]

참고자료

https://velog.io/@hanblueblue/Spring-Proxy-1-Java-Dynamic-Proxy-vs.-CGLIB#java-dynamic-proxy-what-is-a-proxy-and-how-can-we-use-it

https://huisam.tistory.com/entry/springAOP

https://javacan.tistory.com/entry/114

보면 좋은 것

spring ProxyFactoryBean
https://velog.io/@hanblueblue/Spring-Proxy-2-Spring-with-proxy

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