웹 애플리케이션과 싱글톤
- 웹 애플리케이션은 보통 여러 고객이 동시에 요청을 한다.
- 세 고객이 신청하면 객체도 3개가 생성된다.
스프링 없는 순수한 DI 컨테이너 테스트
package hello2.core2.singleton;
import hello2.core2.AppConfig;
import hello2.core2.member.Member;
import hello2.core2.member.MemberService;
import org.assertj.core.api.Assertions;
import org.junit.jupiter.api.DisplayName;
import org.junit.jupiter.api.Test;
public class SingletonTest {
@Test
@DisplayName("DI Container without Spring")
void pureContainer() {
AppConfig appConfig = new AppConfig();
MemberService memberService1 = appConfig.memberService();
MemberService memberService2 = appConfig.memberService();
System.out.println("memberService1 = " + memberService1);
System.out.println("memberService2 = " + memberService2);
Assertions.assertThat(memberService1).isNotSameAs(memberService2);
}
}출력
memberService1 = hello2.core2.member.MemberServiceImpl@66d18979
memberService2 = hello2.core2.member.MemberServiceImpl@bccb269memberService1과 memberService2가 생성한 MemberServiceImpl이 서로 다른 객체이다.
- 우리가 만들었던 스프링 없는 순수한 DI 컨테이너인 AppConfig는 요청을 할 때마다 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
- 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.
예제 코드
package hello2.core2.singleton;
public class SingletoneService {
private final static SingletoneService instance = new SingletoneService();
public static SingletoneService getInstance() {
return instance;
}
private SingletoneService() {
}
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 인스턴스만 존재해야 하므로, 생성자를 private으로 막아서 혹시라도 외부에서 new 키워드로 객체 인스턴스가 생성되는 것을 막는다.
싱글톤 패턴을 사용하는 테스트
@Test
@DisplayName("Object with Singleton Pattern")
public void singletoneServiceTest() {
SingletoneService singletoneService1 = SingletoneService.getInstance();
SingletoneService singletoneService2 = SingletoneService.getInstance();
System.out.println("singletoneService1 = " + singletoneService1);
System.out.println("singletoneService2 = " + singletoneService2);
Assertions.assertThat(singletoneService1).isSameAs(singletoneService2);
singletoneService1.logic();
}출력 결과
- private으로 new 키워드를 막아두었으므로 getInstance( )로 객체를 반환 받았다.
- 호출할 때마다 같은 객체 인스턴스를 반환하는 것을 확인할 수 있다.
참고 : 싱글톤 패턴을 구현하는 방법은 여러가지가 있다. 여기서는 객체를 미리 생성해두는 가장 단순하고 안전한 방법을 선택했다.
싱글톤 패턴을 적용하면 고객의 요청이 올 때마다 객체를 생성하는 것이 아니라, 이미 만들어진 객체를 공유해서 효율적으로 사용할 수 있다. 하지만 싱글톤 패턴은 다음과 같은 수 많은 문제점들을 가지고 있다.
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 초기화하기 어렵다.
- private 생성자로 자식 클래스를 만들기 어렵다.
- 결론적으로 유연성이 떨어진다.
- 안티패턴으로 불린다.
싱글톤 컨테이너
스프링 컨테이너는 싱글톤 패턴의 문제점을 해결하면서, 객체 인스턴스를 싱글톤(객체 1개만 생성)으로 관리한다.
지금까지 학습한 스프링 빈이 바로 싱글톤으로 관리되는 빈이다.
싱글톤 컨테이너
- 스프링 컨테이너는 싱글톤 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 레지스트리라고 한다.
- 스프링 컨테이너의 이런 기능 덕분에 싱글톤 패턴의 모든 단점을 해결하면서 객체를 싱글톤으로 유지할 수 있다.
- DIP, OCP, 테스트, private 생성자로부터 자유롭게 싱글톤을 사용할 수 있다.
스프링 컨테이너를 사용하는 테스트 코드
@Test
@DisplayName("Spring Container and Singleton")
void springContainer() {
ApplicationContext ac = new AnnotationConfigApplicationContext(AppConfig.class);
MemberService memberService1 = ac.getBean("memberService", MemberService.class);
MemberService memberService2 = ac.getBean("memberService", MemberService.class);
System.out.println("memberService1 = " + memberService1);
System.out.println("memberService2 = " + memberService2);
assertThat(memberService1).isSameAs(memberService2);
}
}싱글톤 컨테이너 적용 후
- 스프링 컨테이너 덕분에 고객의 요청이 올 때마다 객체를 생성하는 것이 아니라, 이미 만들어진 객체를 공유해서 효율적으로 재사용할 수 있다.
참고 : 스프링의 기본 빈 등록 방식은 싱글톤이지만, 싱글톤 방식만 지원하는 것은 아니다. 요청할 때마다 새로운 객체를 생성해서 반환하는 기능도 제공한다.
싱글톤 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.
- 무상태로 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 큰 장애가 발생할 수 있다.
상태를 유지할 경우 발생하는 문제점 예시
package hello2.core2.singleton;
public class StatefulService {
private int price;
public void order(String name, int price) {
System.out.println("name = " + name + " price" + price);
this.price = price; // 이 곳에서 문제 발생
}
public int getPrice() {
return price;
}
}문제점 Test 코드
package hello2.core2.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;
import static org.junit.jupiter.api.Assertions.*;
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);
statefulService1.order("userA", 10000);
statefulService2.order("userB", 20000);
int price = statefulService1.getPrice();
System.out.println("price = " + price);
Assertions.assertThat(statefulService1.getPrice()).isEqualTo(20000);
}
static class TestConfig{
@Bean
public StatefulService statefulService() {
return new StatefulService();
}
}
}출력 결과
service1에서는 userA에 10000원을 넣었고, 그 다음에 service2에서는 userB에 20000원을 넣었다.
price는 service1에 대한 값을 불렀지만, 출력되는 값은 20000원이다.
TestConfig에서 statefulService를 스프링 빈으로 스프링 컨테이너에 등록하면서 싱글톤 패턴이 적용되었다. 그러므로 statefulService1과 statefulService2가 생성하는 statefulService 객체는 같은 객체이다.
그래서 price 필드는 공유되고 있어서, 10000원이 되어야 하는데, 20000원이라는 결과가 나온 것이다.
공유필드는 항상 조심해야 한다. 스프링 빈은 항상 무상태(stateless)로 설계한다.
참조 : 인프런 김영한 강사님의 스프링 핵심 원리 기초
화이링~!