Spring 핵심 원리 기본편 - 5. 싱글톤 컨테이너

웹 애플리케이션과 싱글톤 패턴

- 스프링은 태생이 기업용 온라인 서비스 기술을 지원하기 위해 탄생

- 대부분의 스프링 애플리케이션은 웹 애플리케이션, 웹 애플리케이션은 보통 여러 고객이 동시에 요청

 

- 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

 

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싱글톤 패턴

- 클래스의 인스턴스가 딱 1개만 생성되는 것을 보장하는 디자인패턴

- 그래서 객체 인스턴스를 2개 이상 생성하지 못하도록 막아야 한다.

     ㆍprivate 생성자를 사용해서 외부에서 임의로 new 키워드를 사용하지 못하도록 막아야한다.

// new SingletonService 불가능 -> private SingletonService() 때문에
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 조회 허용
    public static SingletonService getInstance() {
        return instance;
    }
    
    // 3. 생성자를 private으로 선언해서 외부에서 new 키워드를 사용한 객체 생성을 못하게 막는다
    private  SingletonService() {
    }

    public void logic() {
        System.out.println("싱글톤 객체 로직 호출");
    }
}

1. static 영역에 객체 instance를 미리 하나 생성해서 올려둔다

2. 이 객체 인스턴스가 필요하면 오직 'getInstance()' 메서드를 통해서만 조회할 수 있다. 이 메서드를 호출하면 항상 같은 인스턴스를 반환한다

3. 딱 1개의 객체 인스턴스만 존재해야하므로, 생성자를 private으로 막아서  혹시라도 외부에서 new 키워드로 객체 인스턴스가 생성되는 것을 막는다.

 

- 호출할 때마다 같은 객체 인스턴스를 반환하는 것을 확인할 수 있다

- 싱글톤 패턴을 적용하면 고객의 요청이 올 떄마다 객체를 생성하는 것이 아니라, 이미 만들어진 객체를 공유해서 효율적으로 사용할 수 있다.

 

*싱글톤 패턴 문제점*

- 싱글톤 패턴을 구현하는 코드 자체가 많이 들어간다

- 의존관계상 클라이언트가 구체 클래스에 의존한다 → DIP 위반

- 클라이언트가 구체 클래스에 의존해서 OCP원칙을 위반할 가능이 높음

- 테스트하기 어렵다

- 내부 속성을 변경하거나 초기화하기 어렵다

- private 생성자로 자식 클래스를 만들기 어렵다

- 결론적으로 유연성이 떨어진다

- 안티패턴으로 불리기도한다

 

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싱글톤 컨테이너

- 스프링 컨테이너는 싱글톤 패턴의 문제점을 해결하면서, 객체 인스턴스를 싱글톤(1개만 생성)으로 관리한다.

지금까지 한 스프링 빈이 바로 싱글톤으로 관리되는 빈이다.

 

* 싱글톤 컨테이너 *

- 스프링 컨테이너는 싱글턴 패턴을 적용하지 않아도, 객체 인스턴스를 싱글톤으로 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

     ㆍ싱글톤 패턴을 위한 지저분한 코드가 들어가지 않아도 된다

     ㆍDIP, 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 재사용 사용할 수 있다

-  참고 : 스프링의 기본 빈 등록 방식은 싱글톤이지만, 싱글톤 방식만 지원하는 것이아니다. 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.

- 무상태(stateless)로 설계해야 한다!

     ㆍ특정 클라이언트에 의존적인 필드가 있으면 안된다.

     ㆍ특정 클라이언트가 값을 변경할 수 있는 필드가 있으면 안된다!

     ㆍ가급적 읽기만 가능해야한다

     ㆍ필드 대신에 자바에서 공유되지 않는, 지역변수, 파라미터, ThreadLocal 등을 사용해야한다.

- 스프링 빈의 필드에 공유 값을 설정하면 정말 큰 장애가 발생할 수 있다!!

 

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


        // ThreadA : A사용자 10000원 주문
        statefulService1.order("userA",10000);
        // ThreadB : B사용자 20000원 주문
        statefulService2.order("userB",20000);

        // ThreadA : 사용자A 주문 금액 조회
        int price = statefulService1.getPrice();
        System.out.println("price = " + price);

        Assertions.assertThat(statefulService1.getPrice()).isEqualTo(20000);
    }

- 최대한 단순히 설명하기 위해, 실제 쓰레드는 사용하지 않았다

- StatefulService의 price필드는 공유되는 필드인데, 특정 클라이언트가 값을 변경한다

- 진짜 공유필드는 조심해야 한다! 스프링 빈은 항상 무상태(stateless)로 설계하자

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@Configuration과 싱글톤

@Configuration
public class AppConfig {

    // @Bean MemberService -> new MemoryMemberRepository()
    // @Bean orderService -> new MemoryMemberRepository()

    @Bean
    public MemberService memberService() {
        return new MemberServiceImpl(memberRepository());
    }

    @Bean
    public MemoryMemberRepository memberRepository() {
        return new MemoryMemberRepository();
    }


    @Bean
    public OrderService orderService() {
        return new OrderServiceImpl(memberRepository(), discountPolicy());
    }
}

- 확인해보면 memberRepository 인스턴스는 모두 같은 인스턴스가 공유되어 사용

- 싱글톤 유지

 

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@Configuration과 바이트코드 조작의 마법

- 스프링 컨테이너는 싱글톤 레지스트리다. 따라서 스프링 빈이 싱글톤이 되도록 보장해주어야 한다. 그런데 스프링이 자바 코드까지 어떻게 하기는 어렵다.

- 그래서 스프링은 클래스의 바이트코드를 조작하는 라이브러리를 사용한다

 ( AppConfig를 상속받은 AppConfig@CGLIB이 스프링 컨테이너에 빈을 등록 )

- 임의의 다른 클래스가 바로 싱글톤이 보장되도록 해준다. 아마도 바이트코드를 조작해서 작성되어 있을 것이다

  ( 실제로는 CGLIB의 내부 기술을 사용하는데 매우 복잡 )

 

- @Bean이 붙은 메서드마다 이미 스프링 빈이 존재하면 존재하는 빈을 반환하고, 스프링 빈이 없으면 생성해서 스프링 빈으로 등록하고 반환하는 코드가 동적으로 만들어진다

- @Configuration 을 붙이면 바이트코드를 조작하는 CGLIB기술을 사용해서 싱글톤을 보장

 

 

* 정리 *

- @Bean만 사용해도 스프링 빈으로 등록되지만, 싱글톤을 보장X

- 스프링 설정 정보는 항상 @Configuration을 사용하자!

 

 

출처 :

인프런 김영한님의 스프링 핵심 원리 - 기본편

https://www.inflearn.com/course/%EC%8A%A4%ED%94%84%EB%A7%81-%ED%95%B5%EC%8B%AC-%EC%9B%90%EB%A6%AC-%EA%B8%B0%EB%B3%B8%ED%8E%B8/