Spring 학습 정리 - 스프링 컨테이너(ApplicationContext), 스프링 빈(Bean)(feat. Singleton)

스프링 컨테이너(ApplicationContext)

스프링 컨테이너는 자바 객체의 생명 주기를 관리하며, 생성된 자바 객체들에게 추가적인 기능을 제공하는 역할을 한다. 여기서 말하는 자바 객체를 스프링에서는 빈(Bean)이라고 한다.
보통 일반적으로 ApplicationContext 를 스프링 컨테이너라고 일컫는다.
스프링 컨테이너는 XML을 기반으로 만들 수 있고, 애노테이션 기반의 자바 설정 클래스로 만들 수 있다.
요즘은 거의 애노테이션 기반의 자바 설정 클래스로 만든다고 한다.

// 스프링 컨테이너는 @Configuration 붙은 AppConfig 설정 정보로 사용한다. @Bean붙은 메서드명을 스프링 빈의 이름으로 사용한다. ex)memberService,orderService
// 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.
@Configuration //  대표적인 IoC의 설정정보
public class AppConfig {

    @Bean // @Bean 붙이게되면 스프링 컨테이너의 빈객체로 등록된다.
    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 RateDiscountPolicy();
    }

}

우선 AppConfig 클래스를 통해 BeanDefinition을 생성하고,

각 빈들을 스프링 컨테이너에 등록한다.

이 때 등록되는 스프링 빈들은 모두 싱글톤 객체로써 저장된다. 여러 다른 사용자들이 동시에 빈을 조회해도 이들은 모두 같은 객체를 가리키게 된다.

스프링 빈(Bean)

기본적인 빈 조회 방법은 아래와 같다.

ApplicationContext ac = new AnnotationConfigApplicationContext(AppConfig.class);
//빈 이름으로 조회
MemberService memberService = ac.getBean("memberService",MemberService.class);
//이름없이 타입으로만 조회
MemberService memberService = ac.getBean(MemberService.class);

이 때, 상위 클래스 타입으로 조회하면 하위 클래스 타입도 함께 조회된다. 즉, 최상위 클래스인 Object 타입으로 조회하면 모든 스프링 빈을 조회할 수 있다.

그런데 위와 같이 모두 같은 싱글톤객체라는 말은 무슨말일까?

@Test
public void findBeanByType() throws Exception {
MemberService memberService1 = ac.getBean(MemberService.class);
System.out.println("memberService1 = " + memberService1);
MemberService memberService2 = ac.getBean(MemberService.class);
System.out.println("memberService2 = " + memberService2);
}

//같은 타입의 클래스를 2번호출한다 그럼 위에 코드처럼 AppConfig.class의 아래의코드가 2번 호출된다 
// new MemoryMemberRepository(); 2번 호출되서 각각의 다른객체가 생성되어야한다.
@Configuration
public class AppConfig {
@Bean
public MemberService memberService(){ 
        return new MemberServiceImpl(memberRepository()); 
    }
@Bean
public MemberRepository memberRepository() {
        return new MemoryMemberRepository();
    }
}
//결과는?
memberService1 = hello.core.member.MemberServiceImpl@6b7906b3
memberService2 = hello.core.member.MemberServiceImpl@6b7906b3

위 코드 처럼 여러 다른 사용자들이 동시에 빈을 조회해도 이들은 모두 같은 객체를 가리키게 된다.
즉,싱글톤 객체란 뜻이다.
왜 그런걸까? 여기엔 @Configuration 어노테이션을 눈여겨 볼필요가있다.
@Bean 이란 어노테이션은 스프링의 빈으로 등록시켜준다 @Configuration가 없어도
@Bean만 붙어있으면 빈으로 등록이된다.하지만 @Configuration이 없으면 싱글톤을 보장시켜주지못한다.
@Configuration이 붙어있으면 AppConfig.class를 상속받는 가짜 클래스가 만들어진다.

스프링이 CGLIB라는 바이트코드 조작 라이브러리를 사용해서 AppConfig
클래스를 상속받은 임의의 다른 클래스를 만들고, 그 다른 클래스를 스프링 빈으로 등록한 것이다.
AppConfig@CGLIB 예상 코드

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

위 코드로 인해 싱글톤이 보장된다.

스프링컨테이너의 싱글톤(Singleton)

스프링이 싱글톤을 사용하는이유

애플리케이션 컨텍스트에 의해 등록된 빈은 기본적으로 싱글톤으로 관리된다. 즉, 스프링에 여러 번 빈을 요청하더라도 매번 동일한 객체를 돌려준다는 것이다. 애플리케이션 컨텍스트가 싱글톤으로 빈을 관리하는 이유는 대규모 트래픽을 처리할 수 있도록 하기 위함이다.

스프링은 최초에 설계될 때 부터 대규모의 엔터프라이즈 환경에서 요청을 처리할 수 있도록 고안되었다. 그리고 그에 따라 계층적으로 처리 구조(Controller, Service, Repository 등) 가 나뉘어지게 되었다.

그런데 매번 클라이언트에서 요청이 올 때마다 각 로직을 처리하는 빈을 새로 만들어서 사용한다고 생각해보자. 요청 1번에 5개의 객체가 만들어진다고 하고, 1초에 500번 요청이 온다고 하면 초당 2500개의 새로운 객체가 생성된다. 아무리 GC의 성능이 좋아졌다 하더라도 부하가 걸리면 감당이 힘들 것이다.

그래서 이러한 문제를 해결하고자 빈을 싱글톤 스코프로 관리하여 1개의 요청이 왔을 때 여러 쓰레드가 빈을 공유해 처리하도록 하였다.

싱글톤의 장점

Java로 기본적인 싱글톤 패턴을 구현하고자 하면 다음과 같은 단점들이 발생한다.

public class SingletonService {
 //1. static 영역에 객체를 딱 1개만 생성해둔다.
 private static final SingletonService instance = new SingletonService();
 //2. public으로 열어서 객체 인스턴스가 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. 
 //싱글톤이기때문에 외부에서 new 연산자를 이용하면 또다른 객체가 생성됨.
 private SingletonService() {
 
 }
 
}

• 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.
지금까지 우리가 학습한 스프링 빈이 바로 싱글톤으로 관리되는 빈이다.

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
• 스프링 컨테이너 덕분에 고객의 요청이 올 때 마다 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 때 마다
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.
• 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!!

직접 싱글톤을 구현한다면 상당히 많은 단점들이 있겠지만, Spring 프레임워크에서 직접 싱글톤으로 객체를 관리해주므로, 우리는 더욱 객체지향적인 개발을 할 수 있게 된 것이다.

참고
스프링 핵심 원리 - 기본편
망나니개발자