싱글톤 컨테이너

웹 애플리케이션과 싱글톤

• 스프링은 태생이 기업용 온라인 서비스 기술을 지원하기 위해 탄생했다.
• 대부분의 스프링 애플리케이션은 웹 애플리케이션이다. 물론 웹이 아닌 애플리케이션 개발도 얼마든지 개발할 수 있음
• 웹 애플리케이션은 보통 여러 고객이 동시에 요청을 한다.
  • 고객이 3번 요청을 하면 객체가 3개가 생성이 되는거임 →웹 애플리케이션은 고객이 계속 요청을 하는 애플리케이션 , 요청이 올 때마다 객체를 만들어야함 (이게 문제)

 

 

 

 

참조값이 다른 객체가 생성됨 →JVM 메모리에 계속 객체가 생성되어서 올라감

• 내가 만든 스프링 없는 순수한 DI 컨테이너인 AppConfig는 요청을 할 때 마다 객체를 새로 생성한다.
• 고객 트래픽이 초당 100이 나오면 초당 100개의 객체가 생성되고 소멸됨 → 메모리 낭비
• 해결 방안은 해당 객체가 딱 1개만 생성되고 , 공유하도록 설계하면 된다. → 싱글톤 패턴

 

 

 

 

 

 

싱글톤 패턴

• 클래스의 인스턴스가 딱 1개만 생성되는 것을 보장하는 디자인 패턴
• 그래서 객체 인스턴스를 2개 이상 생성하지 못하도록 막아야 함
  • private 생성자를 사용해서 외부에서 임의로 new 키워드를 사용하지 못하도록 막아야 함

package hello.core.singleton;

public class SingletonService {

    // 자기 자신을 내부에 private static으로 선언 , 클래스 레벨에 올라가기 때문에 딱 하나만 존재하게 됨
    // static 영역에 객체를 딱 1개만 생성해둔다. 
    private static  final SingletonService instance = new SingletonService();

    // public으로 열어서 객체 인스턴스가 필요하다면 이 static 메서드를 통해서만 조회하도록 허용한다.
    public static SingletonService getInstance(){
        return  instance;
    }

   // 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 존재해야 하므로, 생성자를 private으로 막아서 혹시라도 외부에서 new 키워드로 객체 인스턴스가 생성되는 것을 막는다.

 

 

→ 호출할 때마다 같은 객체 인스턴스가 반환됨

스프링 컨테이너를 쓰면 스프링 컨테이너가 기본적으로 객체를 모두 싱글톤으로 만들어서 관리해줌

싱글톤 패턴을 구현하는 방법은 여러가지가 있다. 여기서는 객체를 미리 생성해두는 가장 단순하고 안전한 방법을 선택했다.

 

 

 

 

싱글톤 패턴을 적용하면 고객의 요청이 올 때 마다 객체를 생성하는 것이 아니라, 이미 만들어진 객체를 공유해서 효율적으로 사용할 수 있다. 하지만 싱글톤 패턴은 다음과 같은 문제점이 있다.

• 싱글톤 패턴을 구현하는 코드 자체가 많이 들어간다.

// 이 코드를 기본적으로 넣어야 함
private static  final SingletonService instance = new SingletonService();

    public static SingletonService getInstance(){
        return  instance;
    }

   private SingletonService(){

   }

• 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.
• 안티패턴으로도 불림

 

 

 

 

싱글톤 컨테이너

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

지금까지 학습한 스프링 빈이 싱글톤으로 관리되는 빈이다.

• 스프링 컨테이너는 싱글톤 패턴을 적용하지 않아도, 객체 인스턴스를 싱글톤으로 관리한다.
  • 이전에 설명한 컨테이너 생성 과정을 자세히 보면 컨테이너는 객체를 하나만 생성해서 관리한다.
• 스프링 컨테이너는 싱글톤 컨테이너 역할을 한다. 이렇게 싱글톤 객체를 생성하고 관리하는 기능을 싱글톤 레지스트리라고 한다.
• 스프링 컨테이너의 이런 기능 덕분에 싱글톤 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.

 

 

 

 

스프링의 기본 빈 등록 방식은 싱글톤이지만, 싱글톤 방식만 지원하는 것은 아님. 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 설계해야한다!
  • 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!!!!

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

        //ThreadA: A 사용자가 10000원을 주문
        statefulService1.order("userA", 10000);
        //ThreadB : B 사용자가 20000원을 주문
        statefulService1.order("userB", 20000);

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

        org.assertj.core.api.Assertions.assertThat(statefulService1.getPrice()).isEqualTo(20000);

    }

사용자 A를 조회했으니까 만원이 나와야하는데 2만원이 나옴

 

 

 

 

 

 

 

@Configuration과 싱글톤

AppConfig 를 보면

// @Bean memberService -> new MemoryMemberRepository()
// @Bean orderService -> new MemoryMemberRepository() 
// 두 번 호출됨 그러면 싱글톤이 깨지는 게 아니냐?라고 생각할 수 있음



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

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

각각 다른 2개의 MemoryMemberRepository가 생성되면서 싱글톤이 깨지는 것처럼 보임 스프링 컨테이너는 이걸 어떻게 해결할까?

• 확인해보면 memberRepository 인스턴스는 모두 같은 인스턴스가 공유되어 사용된다.
• AppConfig 의 자바 코드를 보면 분명히 각각 2번 new MemoryMemberRepository 호출해서 다른 인스턴스가 생성되어야하는데 왜…??

 

 

 

 

 

 

@Configuration과 바이트코드 조작의 마법

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

→ 그래서 스프링은 클래스의 바이트코드를 조작하는 라이브러리를 사용한다.

AppConfig 의 클래스를 출력해보면 다음과 같음

순수한 클래스라면 class hello.core.AppConfig 라고만 출력되어야함

→ 내가 만든 클래스가 아님 ! 스프링이 CGLIB라는 바이크코드 조작 라이브러리를 사용해서 AppConfig 클래스를 상속받은 임의의 다른 클래스를 만들고 , 그 다른 클래스를 스프링 빈으로 등록한 것이다.

• 내가 등록한 클래스는 사라지고 AppConfig라는 이름으로 다른 클래스가 등록이 되어있음
• @Bean 이 붙은 메서드마다 이미 스프링 빈이 존재하면 존재하는 빈을 반환하고, 스프링 빈이 없으면 생성해서 스프링 빈으로 등록하고 반환하는 코드가 동적으로 만들어진다.
• 덕분에 싱글톤이 보장된다
• @Configuration 을 안붙여서 @Bean 만 붙여도 스프링 컨테이너에 등록됨
  • AppConfig가 CGLIB 기술 없이 순수한 AppConfig로 스프링 빈에 등록된 것을 확인할 수 있음
  • memberRepository 가 3번 호출됨 → 다른 싱글톤이 깨짐
    • 1번은 @Bean 에 의해 스프링 컨테이너에 등록하기 위해서
    • 2번은 각각 memberRepository() 를 호출하면서 발생함

정리

• @Bean 만 사용해도 스프링 빈으로 등록되지만, 싱글톤을 보장하지 않는다.
  • @memberRepository 처럼 의존관계 주입이 필요해서 메서드를 직접 오출할 때 싱글톤을 보장하지 않는다.
• 크게 고민할 것 없이 스프링 설정 정보는 항상 @Configuration 을 사용하자.