[Spring boot] 5. 싱글톤 컨테이너

김영한 스프링 핵심 원리 - 기본편 정리

스프링 핵심 원리 - 기본편 - 인프런 | 강의

 

목차

• 웹 애플리케이션과 싱글톤
• 싱글톤 패턴
• 싱글톤 컨테이너
• 싱글톤 방식의 주의점
• @Configuration과 싱글톤
• @Configuration과 바이트코드 조작의 마법

 

웹 애플리케이션과 싱글톤

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• 스프링은 태생이 기업용 온라인 서비스 기술 지원을 위해 탄생했다.
• 대부분 스프링 애플리케이션은 웹 애플리케이션이다.
  물론 웹 아닌 애플리케이션 개발도 가능하다.
• 웹 애플리케이션은 보통 여러 고객이 동시에 요청을 한다.
  • DI 컨테이너(AppConfig)에서 매번 객체를 생성한다.
    -> 고객 요청 때마다 계속 만들어야 한다.

 

• 우리가 만든 스프링 없는 순수한 DI 컨테이너인 AppConfig는 요청할 때 마다 객체를 새로 생성한다.
• 고객 트래픽이 초당 100이 나오면, 초당 100개의 객체가 생성되고 소멸된다. -> 메모리 낭비가 심하다.
  • 생성되고, gc가 처리하고가 계속 발생. 최근엔 gc가 워낙 빠르지만 그래도 효율적으로 만들자.
• 해결방안은 해당 객체를 딱 1번 생성하고, 공유하도록 설계하면 된다. -> Singleton 패턴

 

싱글톤 패턴

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클래스의 인스턴스가 딱 1개만 생성되는 것을 보장하는 디자인 패턴

• 그래서 객체 인스턴스를 2개 이상 생성하지 못하도록 막아야 한다.
• private 생성자를 사용해서 외부에서 임의로 new 키워드를 사용하지 못하도록 막아야 한다.

싱글톤 패턴 적용 예제 코드

• static 영역에 instance를 미리 하나 생성해 올려둔다.
• 이 객체 인스턴스를 'getInstance()' 메서드를 통해서만 조회할 수 있다.
• 이 메서드를 호출하면 항상 같은 인스턴스(앞에 미리 올려둔)를 반환한다.
• 딱 1개의 객체 인스턴스만 존재해야 하므로, 생성자를 private으로 막아서 외부에서 new 키워드로 객체가 생성되는 것을 막는다.

싱글톤 적용 예제 테스트

 

싱글톤 패턴을 구현하는 방법은 여러가지가 있다.

싱글톤 패턴을 적용하면, 고객의 요청 사항이 올 때마다 객체를 생성하는 것이 아닌, 이미 만들어진 객체를 공유해 효율적으로 사용할 수 있다.

하우에버

싱글톤 패턴 문제점

• 싱글톤 패턴은 구현하는 코드 자체가 많이 들어간다.
• 의존관계상 클라이언트가 구체 클래스에 의존한다. -> DIP 위반
• 클라이언트가 구체 클래스에 의존해서 OCP 원칙을 위반할 가능성이 높다.
• 테스트하기 어렵다.
• 내부 속성을 변경하거나 초기화 하기 어렵다.
• private 생성자로 자식 클래스를 만들기 어렵다.
• 유연성이 떨어진다.
• 안티패턴으로 불리기도 한다.

 

싱글톤 컨테이너

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싱글톤 컨테이너는 싱글톤 패턴의 문제점을 해결하면서, 객체 인스턴스를 싱글톤으로 관리한다.
지금까지 학습한 스프링 빈이 바로 싱글톤이 관리되는 빈이다.

 

싱글톤 컨테이너

• 스프링 컨테이너는 싱글턴 패턴을 적용하지 않아도, 객체 인스턴스를 싱글톤으로 관리한다.
• 스프링 컨테이너는 싱글톤 컨테이너 역할을 한다.
• 싱글톤 레지스트 : 싱글톤 객체를 생성하고 관리하는 기능
• 스프링 컨테이너의 이런 기능 덕분에 싱글턴 패턴의 모든 단점을 해결하며 객체를 싱글톤으로 유지할 수 있다.

 

싱글톤 컨테이너 적용 후

 

참고
스프링 기본 빈 등록 방식은 싱글톤이지만, 싱글톤 방식만 지원하는 것은 아니다.
요청할 때 마다 새로운 객체를 생성해 반환하는 기능도 제공한다. -> 자세한근 빈 스코프에서

 

싱글톤 방식의 주의점

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• 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 안 된다.
  • 특정 클라이언트가 변경할 수 있는 필드가 있으면 안 된다.
  • 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

• 사용자 A의 주문금액이 다르게 출력되는 것을 볼 수 있다.
• 스프링 빈은 항상 무상태(stateless)로 설계하자!

 

@Configuration과 싱글톤

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@Configuration에 대해 파헤쳐보자.

AppConfig.class 파일을 봐보자

• @Bean memberService -> new MemoryMemberRepository()
• @Bean orderService -> new MemoryMemberRepository()

각각 다른 2개의 MemoryMemberRepository()를 생성한다.
이러면 싱글톤이 깨지는 것이 아닌가?

-> Test를 통해 확인해본다.

 

검증하기

• 확인해보면 모두 같은 인스턴스가 공유되어 사용된다.
• 분명 new ~ 로 호출해서 다른 인스턴스가 생성되어야 하는데?
• AppConfig에 호출 로그를 남겨 알아보자.

 

AppConfig에 호출 로그 남김

• memberRepository()는 총 3번이 호출되어야 하지 않을까?
• 그런데 위에서 확인해보면, 총 1번만 호출된다.
• 이유는 밑에서

 

@Configuration과 바이트코드 조작의 마법

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스프링 컨테이너는 싱글톤 레지스트리다.
따라서 스프링 빈이 싱글톤이 되도록 보장해주어야 한다.
그런데 스프링이 자바 코드까지 어떻게 하기는 어렵다. 저 자바 코드를 보면 분명 3번 호출되어야 하는 것이 맞다.
그래서 스프링은 클래스의 바이트코드를 조작하는 라이브러리를 사용한다.

모든 비밀은 @Configuration을 적용한 AppConfig에 있다.

configurationDeep() 코드를 보자

• AnnotationConfigApplicationContext에 파라미터로 넘긴 값은 스프링 빈으로 등록된다.
• 따라서 AppConfig도 스프링 빈이 된다.
• AppConfig 스프링 빈을 조회해서 클래스 정보를 출력하면 아래와 같이 나온다.

• 순수한 클래스라면 뒤에 드래그 부분은 출력되지 않아야 한다

이것은 내가 만든 클래스가 아니라 스프링이 CGLIB라는 바이트코드 조작 라이브러리를 사용해, AppConfig 클래스를 상속받은 임의의 다른 클래스를 만들고, 그 다른 클래스를 스프링 빈으로 등록한 것이다.

• AppConfig를 상속받은 다른 클래스를 만든다.
• 그리고 만든 클래스를 스프링 빈으로 등록한 것이다.
• 이 임의의 다른 클래스가 바로 싱글톤이 보장되도록 해준다.

 

AppConfig@CGLIB

• @Bean이 붙은 메서드마다 이미 스프링 빈이 존재하면 (스프링 컨테이너에 등록되어 있으) 존재하는 빈을 반환하고, 스프링 빈이 없으면 생성해서 스프링 빈으로 등록하고 반환하는 코드가 동적으로 만들어진다.
• 덕분에 싱글톤이 보장되는 것이다.
• AppConfig@CGLIB은 AppConfig의 자식 타입이므로, AppConfig 타입으로 조회 가능하다.

 

@Configuration을 적용하지 않고, @Bean만 적용하면 어떻게 될까?

• 적용하지 않아도 된다. 스프링 컨테이너에 스프링 빈으로 다 등록이 된다.
• but 문제가 있다.

@Configuration 적용 안 했을 때

• memberRepository가 3번 호출된다. -> 싱글톤이 깨진다.
• bean 출력 결과를 보면, AppConfig가 CGLIB 기술 없이 순수한 AppConfig로 스프링 빈에 등록된 것을 확인할 수 있다.

 

인스턴스가 같은지 테스트

• configurationTest 실
• 서로 다른 인스턴스다.

 

즉,

• @Bean만 사용해도 스프링 빈으로 등록되지만, 싱글톤을 보장하지 않는다.
• memberRepository()처럼 의존관계 주입이 필요해 메서드를 직접 호출할 때, 싱글톤을 보장하지 않는다.

// memberService of AppConfig
return MemberServiceImpl(new MemoryMemberRepository());

• 위의 코드로 작성한 것과 다를 것이 없다는 소리다.
• 스프링 컨테이너가 관리하는 스프링 빈이 아니라, 내가 직접 new 한 것이나 다름 없다는 것이다.