Spring 싱글톤 컨테이너

HyunKyu Lee·2023년 12월 4일

Spring

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웹 애플리케이션과 싱글톤

스프링은 태생이 기업용 온라인 서비스 기술을 지원하기 위해 탄생했다.
대부분의 스프링 애플리케이션은 웹 애플리케이션이다. 물론 웹이 아닌 애플리케이션 개발도 얼마든지개발할 수 있다.
웹 애플리케이션은 보통 여러 고객이 동시에 요청을 한다.

스프링 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);
	}
}

우리가 만들었던 스프링 없는 순수한 DI 컨테이너인 AppConfig는 요청을 할 때 마다 객체를 새로 생성한다.
고객 트래픽이 초당 100이 나오면 초당 100개 객체가 생성되고 소멸된다! 메모리 낭비가 심하다.
해결방안은 해당 객체가 딱 1개만 생성되고, 공유하도록 설계하면 된다. 싱글톤 패턴

싱글톤 패턴

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() {}

}

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

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.

싱글톤 컨테이너

스프링 컨테이너는 싱글톤 패턴의 문제점을 해결하면서, 객체 인스턴스를 싱글톤(1개만 생성)으로관리한다.
지금까지 우리가 학습한 스프링 빈이 바로 싱글톤으로 관리되는 빈이다.

싱글톤 컨테이너

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 방식의 주의점

싱글톤 패턴이든, 스프링 같은 싱글톤 컨테이너를 사용하든, 객체 인스턴스를 하나만 생성해서 공유하는싱글톤 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!!!

AppConfig에 호출 로그 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?

스프링 컨테이너가 스프링 빈에 등록하기 위해 @Bean이 붙어있는 memberRepository() 호출
memberService() 로직에서 memberRepository() 호출
orderService() 로직에서 memberRepository() 호출

그런데 출력 결과는 모두 1번만 호출된다.

call AppConfig.memberService
call AppConfig.memberRepository
call AppConfig.orderService

@Configuration과 바이트코드 조작의 마법

스프링 컨테이너는 싱글톤 레지스트리다. 따라서 스프링 빈이 싱글톤이 되도록 보장해주어야 한다. 그런데 스프링이 자바 코드까지 어떻게 하기는 어렵다. 저 자바 코드를 보면 분명 3번 호출되어야 하는 것이 맞다.
그래서 스프링은 클래스의 바이트코드를 조작하는 라이브러리를 사용한다.
모든 비밀은 @Configuration 을 적용한 AppConfig 에 있다

다음 코드를 보자.

@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
}

사실 AnnotationConfigApplicationContext 에 파라미터로 넘긴 값은 스프링 빈으로 등록된다. 그래서 AppConfig 도 스프링 빈이 된다. AppConfig 스프링 빈을 조회해서 클래스 정보를 출력해보자.

순수한 클래스라면 다음과 같이 출력되야 한다.

⚙ class hello.core.AppConfig

하지만 실제 출력값은

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

그런데 예상과는 다르게 클래스 명에 xxxCGLIB가 붙으면서 상당히 복잡해진 것을 볼 수 있다. 이것은 내가 만든 클래스가 아니라 스프링이 CGLIB라는 바이트코드 조작 라이브러리를 사용해서 AppConfig 클래스를 상속받은 임의의 다른 클래스를 만들고, 그 다른 클래스를 스프링 빈으로 등록한 것이다!

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
	}
}