스프링 컨테이너와 빈

Xonic·2022년 5월 15일
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Java-Spring

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IoC , DI, 그리고 컨테이너

제어의 역전 IoC(Inversion of Control)

  • 기존 프로그램은 클라이언트 구현 객체가 스스로 필요한 서버 구현 객체를 생성하고, 연결하고, 실행했다. 한마디로 구현 객체가 프로그램의 제어 흐름을 스스로 조종했다.
  • 반면 Configuration이 등장한 후에 구현 객체는 자신의 로직을 실행하는 역할만 담당한다.
    프로그램의 제어 흐름은 Configuration이 가져간다.
    예를 들어 추상화에 의존하는 구현 객체인 Impl의 맴버필드중 interface 타입은 어떤 구현체가 주입될지 모른다. 그런 사실을 모른체 Impl는 자기 자신의 로직만 수행한다.
  • 이렇듯 프로그램의 제어 흐름을 직접 제어하는 것이 아니라 외부에서 관리하는 것을 제어의 역전(IoC)라 한다.

참고!

프레임워크 vs 라이브러리

  • 프레임워크가 내가 작성한 코드를 제어하고, 대신 실행하면 그것은 프레임워크가 맞다.(JUnit)
  • 반면에 내가 작성한 코드가 직접 제어의 흐름을 담당한다면 그것은 라이브러리이다.

의존관계 주입 DI (Dependency Injection)

  • Impl 는 interface 에 의존한다. 실제 어떤 구현 객체가 사용될진 모른다.

예제, 간략화 된 코드 이므로 실제 작동 되는 코드가 아님.

public class AccountService {
	private AccountRepository;
    
    public AccountService(AccountRepository accountRepository) {
    	this.accountRepository = accountRepository;
    }
    
  	public Account join(AccountRequestDto dto) {
    	Account newAccount = new Account(dto);
        // ... 엄청 핵심 비지니스 코드
        return accountRepository.create(newAccount);
    }
}

public interface AccountRepository {
	Account create(Account newAccount);
}

public class MemoryAccountRepository implements AccountRepository {
	@Override
    public Account create(Account newAccount) {
    	// ... 엄청 핵심 비지니스 코드
    }
}

public class DBAccountRepository implements AccountRepository {
	@Override
    public Account create(Account newAccount) {
    	// ... 엄청 핵심 비지니스 코드
    }
}

public class AppConfig {
	// 런타임 시점에 구현체를 결정해주는 코드
	public AccountRepository accountRepository() {
    	return new MemoryAccountRepository();
        return new DBAccountRepository();
    }
    
    public AccountService accountService() {
    	return new AccountService(accountRepository());
    }
}

public class Main {
	public static void main(String[] args) {
    	AppConfig config = new AppConfig();
        AccountService service = config.accountService();
        AccountRequestDto dto = new AccountRequestDto();
        Account joinedAccount = service.join(dto);
        
        System.out.println(joinedAccount.getName + " 회원가입 완료");
    }
}
  • 의존관계는 정적인 클래스 의존 관계와, 실행 시점에 결정되는 동적인 객체(인스턴스) 의존 관계 둘을 분리해서 생각해야 한다.

정적인 클래스 의존관계

정적인 의존관계는 클래스가 사용하는 import 코드만 보고 의존관계를 쉽게 판단할 수 있다. 정적인 의존관계는 애플리케이션을 실행하지 않아도 분석할 수 있다.
가령 어떠한 Impl(구현체)에서 어떠한 interface의 구현체를 주입 받는다 할때, 실제 어떤 인스턴스가 interface에 주입될지 알 수 없다.

동적인 객체 인스턴스 의존관계

애플리케이션 실행 시점에 실제 생성된 객체 인스턴스의 참조가 연결된 의존 관계다.

  • 애플리케이션 실행 시점(런타임)에 외부에서 실제 구현 객체를 생성하고 클라이언트에 전달해서 클라이언트와 서버의 실제 의존관계가 연결 되는 것을 의존관계 주입이라 한다.
  • 객체 인스턴스를 생성하고, 그 참조값을 전달해서 연결된다.
  • 의존관계 주입을 사용하면 클라이언트 코드를 변경하지 않고, 클라이언트가 호출하는 대상의 타입 인스턴스를 변경할 수 있다. (AppConfig 코드만 변경하면 된다)
  • 의존관계 주입을 사용하면 정적인 클래스 의존관계를 변경하지 않고, 동적인 객체 인스턴스 의존관계를 쉽게 변경할 수 있다.

IoC 컨테이너, DI 컨테이너

  • 설정파일처럼 객체를 생성하고 관리하면서 의존관계를 연결 해주는 것을 IoC 컨테이너 또는 DI 컨테이너라한다.
  • 의존 관계 주입에 초점을 맞추어 최근에는 주로 DI 컨테이너라한다.
    - IoC 컨테이너를 구현한 디자인 패턴이 DI 패턴이기 때문에 DI 컨테이너라 불러도 된다.
  • 또는 어샘블러, 오브젝트 팩토리 등으로 불리기도 한다.

스프링 컨테이너

  • ApplicationContext 를 스프링 컨테이너라 한다.
  • 기존에는 개발자가 AppConfig를 설정(구성) 정보로 사용한다. 여기서 @Bean이라 적힌 메서드를 모두 호출해서 반환된 객체를 스프링 컨테이너에 등록한다. 이렇게 스프링 컨테이너에 등록된 객체를 스프링 빈이라 한다.
  • 스프링 빈은 @Bean이 붙은 메서드의 명을 스프링 빈의 이름으로 사용한다. (memberService, orderService)
  • 이전에는 개발자가 필요한 객체를 AppConfig를 사용해서 직접 조회했지만, 이제부터는 스프링 컨테이너를 통해서 필요한 스프링 빈(객체)를 찾아야 한다. 스프링 빈은 applicationContext.getBean() 메서드를 사용해서 찾을 수 있다.
  • 기존에는 개발자가 직접 자바코드로 모든 것을 했다면 이제부터는 스프링 컨테이너에 객체를 스프링 빈으로 등록하고, 스프링 컨테이너에서 스프링 빈을 찾아서 사용하도록 변경되었다.
  • 스프링 컨테이너를 사용하면 어떤 장점이 있을까? → 어마어마한 장점이 있다.

스프링 컨테이너와 스프링 빈

스프링 컨테이너 생성

ApplicationContext applicationContext = new AnnotationConfigApplicationContext(AppConfig.class);
applicationContext.getBean("<Method Name>", <Return Type>.class);
  • ApplicationContext를 스프링 컨테이너라 한다.
  • ApplicationContext는 인터페이스 이다.
  • 스프링 컨테이너는 XML을 기반으로 만들 수 있고, 애노테이션 기반의 자바 설정 클래스로 만들 수 있다.
  • 자바 설정 클래스를 기반으로 스프링 컨테이너 (ApplicationContext)를 만들어보자.
    • new AnnotationsConfigApplicationContext(AppConfig.class);
    • 이 클래스는 ApplicationContext 인터페이스의 구현체이다.

참고: 더 정확히는 스프링 컨테이너를 부를 때 BeanFactory, ApplicationContext로 구분해서 이야기 한다. BeanFactory를 직접 사용하는 경우는 거의 없으므로 일반적으로 ApplicationContext를 스프링 컨테이너라 한다.

스프링 컨테이너의 생성 과정

  1. 스프링 컨테이너 생성
  • new AnnotationsConfigApplicationContext(AppConfig.class);
  • 스프링 컨테이너를 생성할 때는 구성 정보를 지정해주어야 한다.
  • 여기서는 AppConfig.class를 구성 정보로 지정했다.
  1. 스프링 빈 등록

  • 스프링 컨테이너는 파라미터로 넘어온 설정 클래스 정보를 사용해서 스프링 빈을 등록한다.

  1. 빈 이름
  • 빈 이름은 메서드 이름을 사용한다.
    @Bean
public AccountService accountService() {}
    • 빈 이름은 accountService가 된다.
  • 빈 이름을 직접 부여할 수도 있다.
  • @Bean(name=”memberService2”)

주의: 빈 이름은 항상 다른 이름을 부여. 같은 이름을 부여하면 다른 빈이 무시되거나 기존 빈을 덮어버리거나 오류가 발생.

  1. 스프링 빈 의존관계 설정 - 준비
  2. 스프링 빈 의존관계 설정 - 완료
  • 스프링 컨테이너는 설정 정보를 참고해서 의존관계를 주입(DI) 한다.
  • 단순히 자바 코드를 호출 하는 것 같지만, 차이가 있음.

참고
스프링 빈을 생성하고, 의존관계를 주입하는 단계가 나누어져 있다. 근데 이렇게 자바 코드로 스프링 빈을 등록하면 생성자를 호출하면서, 의존관계 주입도 한번에 처리된다.

정리

스프링 컨테이너를 생성하고, 설정(구성) 정보를 참고해서 스프링 빈을 등록했고 의존관계도 설정함.

스프링은 BeanDefinition을 이용하여 다양한 형태의 설정 정보 (어노테이션 기반 자바소스코드 or xml 등 ) 를 BeanDefinition으로 추상화해서 사용한다.

스프링 빈 조회 - 기본

  • 스프링 컨테이너에서 스프링 빈을 찾는 가장 기본적인 방법
  • 컨테이너에 등록된 빈을 찾음.
  • ac.getBean(변수명, 클래스.class);
  • ac.getBean(클래스.class); : 타입이 중복될 가능성이 있음.

스프링 빈 조회 - 동일한 타입이 둘 이상

  • 타입이 같은 빈이 여러 개이면 타입으로 조회시 엑셉션 발생! (NoUniqueBeanDefinitionException)
  • 모두 조회, 디테일한 타입 지정으로 빈 조회 가능하다.
  • ac.getBeansOfType() 을 사용하면 해당 타입의 모든 빈을 조회할 수 있다.

BeanFactory와 ApplicationContext

빈팩토리와

BeanFactory

  • 스프링 컨테이너의 최상위 인터페이스다.
  • 스프링 빈을 관리하고 조회하는 역할을 담당한다.
  • getBean() 을 제공한다.

ApplicationContext

  • BeanFactory의 기능을 상속해서 제공한다.
  • 빈을 관리하고 검색하는 기능을 BeanFactory가 제공하는데, 둘의 차이는?
  • 애플리케이션을 개발할 때는 빈을 관리하고 조회하는 기능은 물론이고 많은 부가기능이 필요하다.
  • 메시지 소스를 활용한 국제화 기능
    • 예를 들어서 한국에서 들어오면 한국어로, 영어권에서 들어오면 영어로 출력
  • 환경변수
    • 로컬, 개발, 운영등을 구분해서 처리
  • 애플리케이션 이벤트
    • 이벤트를 발행하고 구독하는 모델을 편리하게 지원
  • 편리한 리소스 조회
    • 파일, 클래스패스, 외부 등에서 리소스를 편하게 조회

정리

  • ApplicationContext는 BeanFactory의 역할을 상속받는다.
  • ApplicationContext는 빈 관리기능 + 편리한 부가기능을 제공한다.
  • BeanFactory를 직접 사용할 일은 거의 없다. 부가기능이 포함된 ApplicationContext를 사용한다.
  • BeanFactory나 ApplicationContext를 스프링 컨테이너라 한다.

간단 참조 - XML context 등록 - Annotation으로 빈을 등록하는 것이 아니라 XML이라는 Markup Language로 등록하는 방법이 있다.

<?xml version="1.0" encoding="UTF-8"?>
<beans xmlns="http://www.springframework.org/schema/beans"
 xmlns:xsi="http://www.w3.org/2001/XMLSchema-instance"
 xsi:schemaLocation="http://www.springframework.org/schema/beans http://
www.springframework.org/schema/beans/spring-beans.xsd">
 <bean id="memberService" class="hello.core.member.MemberServiceImpl">
 <constructor-arg name="memberRepository" ref="memberRepository" />
 </bean>
 <bean id="memberRepository"
class="hello.core.member.MemoryMemberRepository" />
 <bean id="orderService" class="hello.core.order.OrderServiceImpl">
 <constructor-arg name="memberRepository" ref="memberRepository" />
 <constructor-arg name="discountPolicy" ref="discountPolicy" />
 </bean>
 <bean id="discountPolicy" class="hello.core.discount.RateDiscountPolicy" />
</beans>
  • 자세한 사항은 스프링 공식 문서를 참조.

스프링 빈 설정 메타 정보 - BeanDefinition

  • 스프링은 어떻게 이런 다양한 설정형식을 지원하는 것일까? 그 중심에는 BeanDefinition 이라는 추상화가 있다.
  • 쉽게 얘기해서 “역할과 구현을 개념적으로 나눈 것"이다.
    • XML을 읽어서 BeanDefinition을 만들면 된다.
    • 자바 코드를 읽어서 BeanDefinition을 만들면 된다.
    • 스프링 컨테이너는 자바 코드인지, XML인지 몰라도 된다. 오직 BeanDefinition만 알면 된다.
  • BeanDefinition 을 빈 설정 메타정보라 한다.
    • @Bean 당 각각 하나씩 메타 정보가 생성된다.
  • 스프링 컨테이너는 이 메타 정보를 기반으로 스프링 빈을 생성한다.
package hello.core.beandefinition;

import hello.core.AppConfig;
import org.junit.jupiter.api.DisplayName;
import org.junit.jupiter.api.Test;
import org.springframework.beans.MutablePropertyValues;
import org.springframework.beans.factory.config.BeanDefinition;
import org.springframework.beans.factory.config.ConstructorArgumentValues;
import org.springframework.context.annotation.AnnotationConfigApplicationContext;
import org.springframework.context.support.GenericXmlApplicationContext;

public class BeanDefinitionTest {

	AnnotationConfigApplicationContext ac = new AnnotationConfigApplicationContext(AppConfig.class);
	// GenericXmlApplicationContext ac = new GenericXmlApplicationContext("appConfig.xml");

	@Test
	@DisplayName("빈 설정 메타정보 확인")
	
	void findApplicationBean() {
	
		String[] beanDefinitionNames = ac.getBeanDefinitionNames();
		for (String beanDefinitionName : beanDefinitionNames) {
			BeanDefinition beanDefinition = ac.getBeanDefinition(beanDefinitionName);
			if (beanDefinition.getRole() == BeanDefinition.ROLE_APPLICATION) {
				System.out.println("beanDefinitionName" + beanDefinitionName + " beanDefinition = " + beanDefinition);
			}
		}
	}
}

정리

  • BeanDefinition을 직접 생성해서 스프링 컨테이너에 등록할 수도 있다. 하지만 실무에서 BeanDefinition을 직접 정의하거나 사용할 일은 거의 없다.
  • BeanDefinition에 대해서는 너무 깊이있게 이해하기 보다는, 스프링이 다양한 형태의 설정 정보를 BeanDefinition으로 추상화해서 사용하는 것 정도만 이해하면 된다.
  • 가끔 스프링 코드나 스프링 관련 오픈 소스의 코드를 볼 때, BeanDefinition 이라는 것이 보일 때가 있다. 이때 이러한 메커니즘을 떠올리면 된다.

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.

싱글톤 패턴을 적용하면 고객의 요청이 올 때 마다 객체를 생성하는 것이 아니라, 이미 만들어진 객체를 공유 해서 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 초기화 하기 어렵다.
  • private 생성자로 자식 클래스를 만들기 어렵다.
  • 결론적으로 유연성이 떨어진다.
  • 안티패턴으로 불리기도 한다

싱글톤 컨테이너

  • 스프링 컨테이너는 싱글톤 패턴의 문제점을 해결하면서, 객체 인스턴스를 싱글톤(1개만 생성)으로 관리한다.
  • 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 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 사용해야한다.
    • 스프링 빈의 필드에 공유 값을 설정하면 정말 큰 장애가 발생할 수 있다!!

@Configuration과 바이트코드 조작의 마법

  • Bean을 자바 코드(Configuration) 에서 등록할 때, new로 다른 여러 군데 Bean에서 의존성을 연결시켜도 싱글턴을 보장해준다
  • 스프링은 클래스의 바이트코드를 조작하는 라이브러리를 사용한다.
  • 스프링에서 관리하는 @Configuration annotation이 붙은 클래스를 출력해보면 (AnnotationConfigApplicationContext 를 통해서)
    • xxxCGLIB가 붙으면서 예상했던 클래스가 아닌 다른 클래스가 호출되는 것을 알 수 있다.
    • 등록된 Bean 클래스를 상속받은 임의의 다른 클래스를 만들고 그 다른 클래스를 스프링 빈으로 등록한 것이다.
  • ⇒ 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
        }
}
  • @Bean이 붙은 메서드마다 이미 스프링 빈이 존재하면 존재하는 빈을 반환하고, 스프링 빈이 없으면 생성해서 스프링 빈으로 등록하고 반환하는 코드가 동적으로 만들어진다.덕분에 싱글톤이 보장되는 것!
  • @Configuration 어노테이션에서 Bean 등록을 한다면, CGLIB 기술을 사용해서, 싱글톤을 보장한다!
  • 하지만 @Configration이 붙어있지 않다면, @Bean 만으로도 스프링 빈으로 등록되지만, 싱글톤을 보장하지 않는다.

참조

인프런 김영한님 강의

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