[Spring] 싱글톤 패턴, 스프링 컨테이너, @Configuration

0. 개요

 이번 게시물에서는 싱글톤, 스프링 컨테이너, @Configuration의 효과에 대해 작성할 것이다. 해당 게시물을 보기 전, 아래 링크의 글을 보고 오는 것을 추천한다.

(스프링 빈과 스프링 컨테이너)

 

 

1. 싱글톤 패턴이 왜 필요할까?

모든 설명에 나오는 예시 프로젝트의 설계 방식은 아래 링크를 참고 https://imgzon.tistory.com/114

 

 스프링은 기본적으로 온라인, 그중에서도 웹 애플리케이션을 개발하기 위해 탄생하였다.(물론, 웹이 아닌 애플리케이션 개발도 가능은 하다)

 일반적인 웹 애플리케이션이라면, 보통 여러 고객들이 동시에 요청을 한다.

<여러명의 클라이언트들의 동시 요청>

 이때, 스프링을 적용하지 않은 순수한 DI 컨테이너로 작성한 경우, 요청을 받을때마다 객체를 새로 생성한다.

   -> 만일 요청이 1초에 100번 들어온다면, 초당 100개의 객체가 생성되고 소멸된다!

   -> 메모리 낭비가 너무 심해진다...

 

 이를 해결하기 위해 객체가 딱 1개만 생성되고, 서로 공유하는 싱글톤 패턴이 등장하였다.

 

 

2. 싱글톤 패턴

 위의 설명에서 봤듯이, 싱글톤 패턴은 클래스의 인스턴스가 딱 1개만 생성되는 것을 보장하는 디자인 패턴이다.

 

 즉, 객체 인스턴스를 2개 이상 생성하지 못하도록 막아야 하므로, private 생성자를 사용하고, 클래스에서 직접 static 영역에 자기 자신 객체를 생성해준다.

public class SingletonService {

    //static 영역에 객체를 미리 생성
    private static final SingletoneService instance = new SingletonService();

    //객체 인스턴스가 필요하면 이 static 메서드를 통해서 조회하도록 만듬
    public static SingletoneService getInstance() {
    	return instance;
    }

    //생성자는 private, 외부에서 객체 생성 불가능
    private SingletoneService{
    }

}

 

(싱글톤 패턴을 구현하는 방법은 여러가지가 있지만, 그중에서 클래스가 객체를 미리 생성하는 가장 간단하고 안전한 방법을 택했다)

 

 위 코드와 같이 싱글톤 패턴을 적용하면, 이미 만들어진 객체를 공유하기 때문에 여러개의 객체가 생성되고 소멸되는 것을 막을 수 있다!

 

 

3. 싱글톤 패턴의 문제점

 하지만, 위 코드처럼 싱글톤 패턴을 사용하면 아래와 같은 수많은 문제점들을 가지고 있다.

 

- 싱글톤 패턴을 구현하는 코드 자체가 번거롭다.

- 클라이언트가 구체 클래스에 의존하며 DIP를 위반한다.

- 클라이언트가 구체 클래스에 의존해서 OCP 원칙 또한 위반할 가능성이 높다.

- 테스트 코드를 작성하기 어렵다.

- private 생성자라서 자식 클래스를 만들기 어렵다.

- 내부 속성을 변경, 혹은 초기화 하기 어렵다.

 

 즉, 전체적으로 유연성이 떨어지고, 안티패턴으로 불리기도 한다...

 

 

4. 싱글톤 컨테이너, 스프링 컨테이너

 그러면 이렇게 문제점만 가득한 싱글톤 패턴을 사용할 수 있을까? 사실 우리는 이미 싱글톤으로 빈을 관리하고 있었다! 스프링 컨테이너는 싱글톤 패턴의 문제점을 해결함과 동시에, 객체 인스턴스를 싱글톤(인스턴스 1개만 생성)으로 관리해준다.

 

 이전에 스프링 컨테이너가 만들어지는 과정을 생각해보자. 컨테이너는 객체를 하나만 생성해서 관리했었다.

(스프링 컨테이너 만들어지는 과정)

 

 따라서, 스프링 컨테이너는 싱글톤 컨테이너의 역할을 한다. (싱글톤 객체를 생성하고 관리하는 것을 싱글톤 레지스트리라고 한다.) 이런 기능덕분에 싱글톤 패턴을 위한 지저분한 코드를 작성할 필요도 없고, DIP, OCP를 지키며 자유롭게 싱글톤 방식을 적용할 수 있다!!

<스프링 컨테이너가 지원하는 싱글톤>

 참고로 스프링 컨테이너의 기본 빈 등록 방식이 싱글톤인 것이며, 다른 방식들도 빈 스코프를 통해 지원해준다. 자세한 사항은 아래 게시물 링크를 통해 확인 바란다.

(빈 스코프)

 

 

5. 싱글톤 방식의 주의점

 객체 인스턴스를 하나만 생성하서 공유하는 싱글톤 방식은, 여러 사용자가 하나의 객체 인스턴스를 공유하는 방식이다. 따라서, 싱글톤 객체를 상태를 유지(stateful)하게 설계하는 것이 아닌, 무상태(stateless)로 설계해야 한다!!

  -> 특정 클라이언트에 의존적인 필드가 있으면 안된다

  -> 특정 클라이언트가 값을 변경할 수 있는 필드가 있으면 안된다!

  -> 필드 생성 대신에 자바에서 공유되지 않는 지역변수, 파라미터, ThreadLocal등을 사용해야 한다

 

 만일에 스프링 빈의 필드에 공유값을 설정한다면? 큰 장애가 발생하게 된다...

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() {
    }
}

 

 이렇게 설계한 StatefulService가 싱글톤 방식으로 작동한다고 생각하고, 아래 예시를 살펴보자.

 

1) A 사용자가 order("userA", 10000); 를 호출

2) B 사용자가 order("userB", 20000); 를 호출

3) A 사용자가 getPrice(); 를 호출

 

 이때, 3)에서 A 사용자는 10000원이라는 값을 받아야 하지만, 실제로는 20000원이라는 결과를 받을 것이다. 주문금액이 달라지는 매우 크리티컬한 오류가 발생하므로, 조심해야 한다.

 

 

6. @Configuration, 싱글톤

 그런데 스프링 컨테이너를 살펴보다 보면, 이상한 점을 발견할 수 있다. 편리성을 위해 자바코드 애노테이션으로 직접 스프링 빈을 등록하는 경우를 살펴보자.

@Configuration
public class AppConfig {

    //1)
    @Bean
    public MemberService memberService() {
        return new MemberServiceImpl(memberRepository());
    }
    
    //2)
    @Bean
    public OrderService orderService() {
    	return new OrderServiceImpl(memberRepository(), discountPolicy());
    }
    
    @Bean
    public MemberRepository memberRepository() {
    	return new MemoryMemberRepository();
    }
    ...
}

 1) 에서 memberService 빈을 만들때, memberRepository()를 호출한다. 결국 스프링도 자바에 기반한 코드이기 때문에, 이 메서드를 호출하면 new MemoryMemberRepository()를 호출한다.

 

 2) 에서 orderService 빈을 만들때, 마찬가지로 memberRepository()를 호출한다. 따라서 다시 new MemoryMemberRepository()를 호출한다.

 

 어? 결국 2개의 MemoryMemberRepository가 생성되면서 싱글톤이 깨지지 않나? 하지만 실제로 테스트 코드를 통해 확인해보면 같은 인스턴스가 공유되서 사용된다. 스프링 컨테이너는 이 문제를 어떻게 해결할까?

 

 

7. @Configuration, CGLIB

 실제로 스프링 빈을 등록 후 출력해보면, 다음과 같은 내용을 반환한다. 스프링 빈을 출력하는 법은 아래 게시물을 참고바란다.

(준비중)

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

 

 순수한 클래스라면 "class hello.core.AppConfig" 가 출력이 되야하는데, 뒤에 이상한 것들이 막 붙어있다.

 

 이는 스프링이

 

1) CGLIB라는 바이트코드 조작 라이브러리를 사용해서

2) AppConfig를 상속받은 임의의 다른 클래스를 만들고,

3) 그 클래스를 스프링 빈으로 등록한 것이다.

 

 이렇게 만들어진 임의의 클래스가 싱글톤이 보장되도록 해준다. 실제로는 매우 복잡하지만, 이런식의 알고리즘을 사용하고 있을것이다.

@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
    }
}

 

 이미 스프링 빈이 존재하면 해당 빈을 반환하고, 없다면 생성 후 스프링 빈으로 등록, 반환하는 코드가 알아서 만들어진다.

 

 따라서 @Configuration을 적용하지 않고 스프링 컨테이너를 만들 경우, 싱글톤을 보장하지 않게 된다.

 

 

8. @SpringBootApplication

 그런데 스프링부트로 프로젝트를 만들게되면, @Configuration이라는 어노테이션을 사용하지 않아도 정상적으로 작동한다. 그 이유는 @SpringBootApplication 어노테이션을 확인해보면 알 수 있다.

//다른 애노테이션도 많지만, 생략
@SpringBootConfiguration
public @interface SpringBootApplication {}

 

 @SpringBootConfiguration이라는 애노테이션을 가지고 있는 것을 확인할 수 있다. 해당 애노테이션도 확인해보면

//다른 애노테이션도 많지만, 생략
@Configuration
public @interface SpringBootConfiguration {}

 

이 안에 @Configuration 애노테이션이 있는 것을 확인할 수 있다!

 

 

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위 내용은 김영한 님의 인프런 강의 "스프링 핵심 원리 - 기본편"의 내용과 강의자료를 토대로 작성된 게시글입니다.

강의 링크:

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