스프링 핵심 원리 - 기본편 | 5. 싱글톤 컨테이너

김영한님의 [스프링 핵심 원리 - 기본편]을 보고 작성한 글입니다:)

---

1. 웹 애플리케이션과 싱글톤

웹 애플리케이션은 보통 여러 고객이 동시에 요청한다. 

• 스프링 없는 순수한 DI 컨테이너는 고객이 요청할 때마다 객체를 새로 생성한다.
• 메모리 낭비가 심하다.

해결방안은 해당 객체가 딱 1개만 생성되고, 공유하도록 설계하면 된다.

• 바로 싱글톤 패턴!!!

 

---

 

2. 싱글톤 패턴

클래스의 인스턴스가 딱 1개만 생성되는 것을 보장하는 디자인 패턴이다.

 

싱글톤 패턴을 적용한 예제 코드

public class SingletonService {
     //1. static 영역에 객체를 딱 1개만 생성해둔다.
     private static final SingletonService instance = new SingletonService();
     
     //2. public으로 열어서 객체 인스터스가 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.
     private SingletonService() {
     }
     
     public void logic() {
     	System.out.println("싱글톤 객체 로직 호출");
     }
}

• static으로 하면 자바가 실행될 때, static영역에 객체 instance를 하나 생성해서 올려둔다.
• 이 객체 인스턴스가 필요하면 오직 getInstance() 메서드를 통해서만 조회할 수 있다. 이 메서드를 호출하면 항상 같은 인스턴스를 반환한다. 사용자는 생성하는 법은 모른다.
• 딱 1개의 객체 인스턴스만 존재해야 하므로, 생성자를 private으로 막아서 혹시라도 외부에서 new 키워드로 객체 인스턴스가 생성되는 것을 막는다.

💡 static이 붙은 정적 변수 설명보기

• 정적 변수는 객체가 생성되기 전 클래스가 메모리에 로딩될 때 만들어져 초기화가 한 번만 실행된다.
• 정적 변수는 프로그램이 시작될 때부터 종료될 때까지 없어지지 않고 메모리에 계속 상주하며, 클래스에서 생성된 모든 객체에서 참조할 수 있다.

 

싱글톤 패턴의 문제점

• 싱글톤 패턴을 구현하는 코드 자체가 많이 들어간다.
• 의존관계상 클라이언트가 구체 클래스에 의존한다. DIP를 위반
• 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.

 

---

 

3. 싱글톤 컨테이너

• 스프링 컨테이너는 싱글톤 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 싱글톤 패턴의 모든 단점을 해결하면서 객체를 싱글톤으로 유지할 수 있다.

 

---

 

4. 싱글톤 방식의 주의점😱 (중요!)

• 싱글톤 방식은 여러 클라이언트가 하나의 같은 객체 인스턴스를 공유하기 떄문에 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.

 

상태를 유지할 경우 발생하는 문제점 예시

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;
     }
}

StatefulService statefulService1 = ac.getBean("statefulService", StatefulService.class);
StatefulService statefulService2 = ac.getBean("statefulService", 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();
//ThreadA: 사용자A는 10000원을 기대했지만, 기대와 다르게 20000원 출력
System.out.println("price = " + price);

• ThreadA가 사용자A 코드를 호출하고 ThreadB가 사용자B 코드를 호출한다 가정하자.
• StatefulService 의 price 필드는 공유되는 필드인데, 특정 클라이언트가 값을 변경한다.
• 사용자A의 주문금액은 10000원이 되어야 하는데, 20000원이라는 결과가 나왔다.
• 진짜 공유필드는 조심해야 한다! 스프링 빈은 항상 무상태(stateless)로 설계하자.

 

---

 

5. @Configuration과 싱글톤

AppConfig를 살펴보면 memRepository()가 총 3번 호출되어 각각 다른 MemberRepository가 생성되면서 싱글톤이 깨지는 것처럼 보인다.

@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();
     }
     ...
}

▶ 스프링 빈에서 MemberRepository를 조회하는 테스트 코드를 작성해서 확인해보면 memberRepository 인스턴스는 모두 같은 인스턴스가 공유되어 사용된다.

 

---

 

6. @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.

▶비밀은 @Configuration에 있다!

 

@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
}

• 실제 AnnotationConfigApplicationContext 에 파라미터로 넘긴 값은 스프링 빈으로 등록된다. 그래서 AppConfig도 스프링 빈이 된다.
• AppConfig 스프링 빈을 조회해서 클래스 정보를 출력해보면

// 순수한 클래스라면 다음과 같이 출력되어야 한다.
// bean = class hello.core.AppConfig

bean = class hello.core.AppConfig$$EnhancerBySpringCGLIB$$bd479d70

• 그런데 예상과는 다르게 클래스 명에 xxxCGLIB가 붙으면서 상당히 복잡해진 것을 볼 수 있다.
• 이것은 내가 만든 클래스가 아니라 스프링이 CGLIB이라는 바이트코드 조작 라이브러리를 사용해서 AppConfig 클래스를 상속받은 임의의 다른 클래스를 만들고, 그 다른 클래스를 스프링 빈으로 등록한 것이다.
• 그 임의의 다른 클래스가 바로 싱글톤이 보장되도록 해준다. 아마도 다음과 같이 바이트 코드를 조작해서 작성되어 있을 것이다. 

 

 

AppConfig@CGLIB 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
     }
}

• AppConfig@CGLIB이 memberRepository를 오버라이드한다.
• @Bean이 붙은 메서드마다 이미 스프링 빈이 존재하면 존재하는 빈을 반환하고, 스프링 빈이 없으면 생성해서 스프링 빈으로 등록하고 반환하는 코드가 동적으로 만들어진다.
• 덕분에 싱글톤이 보장된다.

참고 - AppConfig@CGLIB는 AppConfig의 자식 타입이므로, AppConfig 타입으로 조회 할 수 있다.

 

 

@Configuration 을 적용하지 않고, @Bean 만 적용하면 어떻게 될까?

@Bean만 사용해도 스프링 빈으로 등록되지만, 싱글톤을 보장하지 않는다.

의존관계 주입이 필요해서 메서드를 직접 호출할 때 싱글톤을 보장하지도 않고, 그때 생성한 객체는 스프링 빈도 아니다.

 

 

결론: 스프링 설정 정보는 항상 @Configuration 을 사용하자!