싱글톤 컨테이너

금성·2022년 11월 22일
Spring
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스프링_핵심_원리_기본

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목차

  • 웹 애플리케이션과 싱글톤
  • 싱글톤 패턴
  • 싱글톤 컨테이너
  • 싱글톤 방식의 주의점 ★
  • @Configuration과 싱글톤
  • @Configuration과 바이트코드 조작

웹 애플리케이션과 싱글톤

스프링은 기업용 온라인 서비스 기술을 지원하기 위해 탄생

  • 웹 애플리케이션은 보통 여러 고객이 동시에 요청

  • 스프링 없는 순수한 DI 컨테이너 테스트

    test > singleton > SingletonTest

    public class SingletonTest {

   @Test
   @DisplayName("스프링 없는 순수 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);

       Assertions.assertThat(memberService1).isNotSameAs(memberService2);
       //same : ==
       
   }
}
    • DI컨테이너인 AppConfig는 요청할때마다 객체를 생성
      • 트래픽이 초당100이라면 객체가 초당 100개 생성되고 소멸 -> 메모리 낭비

해결방안으로 객체가 1개만 생성되고 그 객체를 공유하도록 한다 -> 싱글톤 패턴

  • 싱글톤 패턴

    test > singleton > SingletonServiceTest

    public class SingletonService {

   //static 영역에 객체를 1개만 생성
   private static final SingletonService instance = new SingletonService();
   // public으로 열어서 객체 인스턴스가 필요하면 이 static 메서드를 통해서만 조회 허용
   public static SingletonService getInstance() {
       return instance;
   }
   // 생성자를 private로 선언해서 외부에서 new 키워드를 사용한 객체 생성을 막음
   private SingletonService() {

   }

   public void  logic() {
       System.out.println(" 싱글톤 객체 로직 호출");
   }
}
  1. static 영역에 객체 instance를 미리 하나 생성
  2. 이 객체 인스턴스가 필요하면 오직 getInstance()를 통해서만 조회 가능
  3. 생성자를 private로 막아서 외부에서 new 키워드로 객체가 생성되는것을 막음

  • 테스트

    test > singleton > singletonTest

    ...
@Test
   @DisplayName("싱글톤 패턴을 적용한 객체 사용")
   void singletonServiceTest() {
       SingletonService singletonService1 =SingletonService.getInstance();
       SingletonService singletonService2 =SingletonService.getInstance();

       System.out.println("singletonService1 = " + singletonService1);
       System.out.println("singletonService2 = " + singletonService2);

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

    • 같은 인스턴스를 반환하는것을 확인

싱글톤 패턴을 적용하면 요청이 올때마다 객체를 생성하는것이 아닌 이미 만들어진 객체를 공유해서 효율적으로 사용할 수 있다. 하지만 많은 문제점을 가지고 있다..

  • 문제점

    • 구현하는 코드 자체가 많이 들어감
    • 의존 관계상 구현체 클래스에 의존 -> DIP에 위반
    • 유연한 테스트가 어려움
      • 설정이 끝난 객체를 가져오기 때문
    • 내부 속성을 변경하거나 초기화 하기 어려움
    • private 생성자를 사용하기 때문에 자식 클래스를 만들기 어려움
    • 위 문제들로 인해 유연성이 떨어짐

싱글톤 컨테이너

스프링 컨테이너는 싱글톤 패턴의 문제를 해결 하면서 싱글톤( 1개의 객체 )으로 관리
지금까지 학습한 스프링 빈이 바로 싱글톤으로 관리되는 빈

  • 싱글톤 컨테이너

    • 싱글톤 패턴을 적용하지 않아도 인스턴스를 싱글톤으로 관리
      • 지금까지 설명한 스프링 컨테이너를 생각 해보자. ( 스프링 빈 )
    • 싱글톤 객체를 생성하고 관리하는 기능 -> 싱글톤 레지스트리
    • 싱글톤 패턴의 모든 단점을 해결하면서 객체를 싱글톤으로 유지
      • 싱글톤 패턴을 위한 지저분한 코드가 필요 없음.
      • DIP, OCP, 테스트, private 생성자로부터 자유로움

    test > singleton > SingletonTest

    ...
   @Test
   @DisplayName("스프링 컨테이너와 싱글톤")
   void springContainer() {
      // AppConfig appConfig = new AppConfig();
       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);
       
       Assertions.assertThat(memberService1).isSameAs(memberService2);

   }
}
    • 싱글톤 컨테이너가 같은 인스턴스를 반환하는것을 확인

  • 싱글톤 컨테이너 적용 후

    스프링 컨테이너로 요청이 올 때마다 객체를 생성하는 것이 아닌, 이미 만들어진 객체를 공유해서 효율적으로 재사용

싱글톤방식의 주의점 ★

실무에서 이로 인해 해결하기 어려운 문제가 터지므로 잘 알아 두자.

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 유지하게 설계하면 안된다.

  • 무상태로 설계!
    • 특정 클라이언트에 의존적인 필드 X
    • 특정 클라이언트가 값을 변경할 수 있는 필드 X
    • 가급적 READ만 가능해야 함
  • 스프링빈의 필드에 공유 값을 설정하면 큰 장애가 발생할 수 있음!!!

지역변수, 파라미터, ThreadLocal 등 사용해야한다.

  • 유지할경우(stateful) 문제점 예시

    test > singleton > StatefulService

    public class StatefulService {

   private int price; //상태를 유지하는 필드

   public void order(String name, int price){
       System.out.println("name = " + name + "price = "+ price);
       this.price=price; //여기가 문제!
   }
   public int getPrice() {
       return price;
   }
}

    test > singlton > StatefulServiceTest

    class StatefulServiceTest {

   @Test
   void statefulServiceSingleton() {
       ApplicationContext ac = new AnnotationConfigApplicationContext(TestConfig.class);
       StatefulService statefulService1 = ac.getBean(StatefulService.class);
       StatefulService statefulService2 = ac.getBean(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();
       }
   }
}

statefulService1의 price값을 출력 할 경우 10000을 기대 했지만 20000이 출력 되었다 -> statefulService2의 20000이 price값으로 유지

  • 해결 방법 - 지역 변수

    간단하게 코드를 수정해서 무상태로 만든다.

          int userAPrice = statefulService1.order("userA", 10000);
       int userBPrice = statefulService2.order("userB",20000);

       //int price = statefulService1.getPrice();
       System.out.println("price = " + userAPrice);
       System.out.println("price = " + userBPrice);
       Assertions.assertThat(userAPrice).isEqualTo(10000);
       Assertions.assertThat(userBPrice).isEqualTo(20000);

        public int order(String name, int price){
       System.out.println("name = " + name + "price = "+ price);
       return price;
   }

@Configuration과 싱글톤

지금까지 설명한걸 토대로 AppConfig를 보면 이상한점이 있다.

main > AppConfig

@Configuration
public class AppConfig {

    @Bean
    public MemberService memberService(){
        return new MemberServiceImpl(memberRepository());
    }
    @Bean
    public OrderService orderService() {
        return new OrderServiceImpl(
                memberRepository(),
                discountPolicy());
    }
    @Bean
    public MemberRepository memberRepository() {
        return new MemoryMemberRepository();
    }
    @Bean
    public DiscountPolicy discountPolicy() {
        //return new FixDiscountPolicy();
        return  new RateDiscountPolicy();
    }

}

memberService 빈을 만드는 코드에서 memberRepository를 호출한다.
orderService 빈을 만드는 코드에서도 memberRepository를 호출한다.

호출하게 되면 각각 다른 2개의 MemoryMemberRepository를 호출한다.

결과적으로 2개의 MemoryMemberRepository가 생성되면서 싱글톤이 깨지는 것 처럼 보인다.

  • 검증 용도의 코드

       @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 @Bean을 호출해서 빈을 생성하므로 memberRepository는 총 3번 호출 되어야 할까?

    1. 스프링 컨테이너가 스프링 빈에 등록하기 위해 @Bean이 붙어있는 memberRepository() 호출
    2. memberService() 로직에서 memberRepository() 호출
    3. orderService() 로직에서 memberRepository() 호출

  • 생각한 호출 값

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

  • 실제 호출 값

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

  • 테스트 코드

    test > singleton > ConfigurationSingletonTest

    public class ConfigurationSingletonTest {
   @Test
   void configurationTest() {
       ApplicationContext ac = new
               AnnotationConfigApplicationContext(AppConfig.class);
       MemberServiceImpl memberService = ac.getBean("memberService",
               MemberServiceImpl.class);
       OrderServiceImpl orderService = ac.getBean("orderService",
               OrderServiceImpl.class);
       MemberRepository memberRepository = ac.getBean("memberRepository",
               MemberRepository.class);
       //모두 같은 인스턴스를 참고하고 있다.
       System.out.println("memberService -> memberRepository = " +
               memberService.getMemberRepository());
       System.out.println("orderService -> memberRepository = " +
               orderService.getMemberRepository());
       System.out.println("memberRepository = " + memberRepository);
       //모두 같은 인스턴스를 참고하고 있다.

       assertThat(memberService.getMemberRepository()).isSameAs(memberRepository);

       assertThat(orderService.getMemberRepository()).isSameAs(memberRepository);
   }
}

결과는 memberRepository 1개 즉, 같은 인스턴스 1개만 출력

어떻게 스프링은 어떤 상황에서도 싱글톤을 보장을 해줄까?

@Configuration과 바이트코드 조작

모든 비밀은 @Configuration을 적용한 AppConfig에 있다.

  • AppConfig 스프링 빈조회

    test > singleton > ConfigurationSingletonTest

    ...
   @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
   }
...

AnnotationConfigApplicationContext 에 파라미터로 넘긴 값은 스프링 빈으로 등록

  • 출력

순수한 클래스 였다면?

class hello.core.AppConfig 만 출력

예상과는 다르게 클래스 명에 xxxCGLIB가 붙으면서 복잡해짐

AppConfig 클래스를 상속받은 임의의 다른 클래스를 만들고, 그 다른 클래스를 스프링 빈으로 등록

  • @Configuration없이 @Bean만 적용

    @Configuration 삭제 후 테스트를 해보면

순수 AppConfig가 스프링 빈에 등록된 것을 확인할 수 있음

  • 테스트 진행

    • MemberRepository가 총 3번 호출된 것을 알 수 있음.
      • 1번은 @Bean에 의해 컨테이너로 등록하기 위해
      • 2번 3번은 각각 호출하면서 발생

  • 인스턴스가 같은지 테스트 진행

  • 각각 다른 MemoryMemberRepository인스턴스를 가지고 있음

  • 정리

    • @Bean만 사용해도 스프링 빈으로 등록되지만, 싱글톤을 보장하지 않음
    • memberRepository() 처럼 의존관계 주입이 필요해서 메서드를 직접 호출할 때 싱글톤을 보장하지 않음
    • 스프링 설정 정보는 항상 @Configuration 을 사용하자
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