[김영한님 - 스프링의 핵심원리] 싱글톤 컨테이너

싱글톤이 필요한 이유

@Test
@DisplayName("스프링 없는 순수한 DI 컨테이너")
void pureContainer(){
    AppConfig appConfig = new AppConfig();

    //1. 조회: 호출할 때마다 객체를 생성
    MemberService memberService1 = appConfig.memberService();

    //2 조회: 호출할 때마다 객체를 생성
    MemberService memberService2 = appConfig.memberService();

    //참조값이 다른 것을 확ㅇ니
    System.out.println("memberService1 = " + memberService1);
    System.out.println("memberService2 = " + memberService2);

    // memberService1 != memberService2
    Assertions.assertThat(memberService1).isNotSameAs(memberService2);
}

위와 같이 조회 1번 할때마다 새로운 객체가 생성됬다.

만약 동시에 조회를 100번한다면 동시에 새로운 객체가 100개가 생성되어야한다. ⇒ 비효율적

따라서, 하나의 객체는 1개씩만 생성되었으면 좋겠다.

싱글톤 패턴

싱글톤 패턴은 어떤 클래스의 인스턴스가 JVM에서 오직 하나만 생성되는 것을 보장하며, 이 인스턴스에 접근할 수 있는 전역적인 접촉점을 제공하는 패턴입니다.

아래는 싱글톤 패턴의 가장 기초적인 방법이다.

 

package hello.core.singletonTest;
import org.assertj.core.api.Assertions;
import org.junit.jupiter.api.DisplayName;
import org.junit.jupiter.api.Test;
import static org.assertj.core.api.Assertions.*;

public class SingleTonService {

    // 1. static 영역에 객체를 딱 1개만 생성한다.(클래스의 인스턴스를 클래스 로딩 시점에서 생성하는 방법 -> 애플리케이션에서 해당 인스턴스를 사용하지 않더라도 인스턴스를 생성하기 때문에 낭비가 발생 할 수 있다.)
    private static final SingleTonServiceinstance= new SingleTonService();

    // 2. public으로 하고 만약 객체 인스턴스가 필요하다면 이 메서드를 통해서만 조회하도록 한다.
    public static SingleTonService getInstance(){
        returninstance;
    }

    // 3. 생성자를 private로 선언해서 외부에서 new 키워드를 사용한 객체 생성을 못하게 막는다.(중요)
    private SingleTonService(){

    }

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

    @Test
    @DisplayName("싱글톤 패턴을 적용한 객체 사용")
    void singletonServiceTest(){
        SingleTonService instance1 = SingleTonService.getInstance();
        SingleTonService instance2 = SingleTonService.getInstance();
assertThat(instance1).isEqualTo(instance2);
        // isSameAs : == (참조끼리 비교)
        // isEqualTo : equals메소드 오버라이드한 것이랑 같은 뜻
    }

}

순수 자바 코드로 싱글톤 패턴을 적용하였는 데 작성해야 하는 코드가 좀 있다.

싱글톤의 문제점

• 싱글톤을 구현하는 데 필요한 코드가 많다.
• 의존관계상 클라이언트가 구체 클래스에 의존한다. →DIP(추상화에 의존하자) 위반 예를 들어 인스턴스 가져오려면 구체클래스.getInstance()
• 클라이언트가 구체 클래스에 의존하므로 OCP원칙(인터페이스를 이용하여 구현객체를 확장해나가자)을 위반할 확률이 높다.
• 테스트하기 어렵다(?)
• 내부 속성을 변경하거나 초기화 하기 어렵다) → 이미 정해져 있음(private, static final)
• private 생성자로 자식 클래스를 만들기 어렵다.
• 결론적으로 유연성이 떨어진다.

 

싱글톤 컨테이너

싱글톤 컨테이너는 위와 같은 싱글톤 문제점을 해결하면서, 객체 인스턴스를 싱글톤으로 관리해 줍니다.

⇒ 싱글톤 패턴을 적용하지 않아도 객체 인스턴스를 싱글톤으로 관리해준다.

 @Test
    @DisplayName("스프링 컨테이너와 싱글톤")
    void springContainer(){
//        AppConfig appConfig = new AppConfig();

        ApplicationContext ac = new AnnotationConfigApplicationContext(AppConfig.class);

        //1. 조회: 호출할 때마다 객체를 생성
        MemberService memberService1 = ac.getBean("memberService", MemberService.class);

        //2 조회: 호출할 때마다 객체를 생성
        MemberService memberService2 = ac.getBean("memberService", MemberService.class);

        //참조값이 다른 것을 확인
        System.out.println("memberService1 = " + memberService1);
        System.out.println("memberService2 = " + memberService2);

        // memberService1 != memberService2
        Assertions.assertThat(memberService1).isSameAs(memberService2);
        // 싱글톤!
    }

결과

memberService1 = hello.core.member.MemberServiceImpl@55562aa9 memberService2 = hello.core.member.MemberServiceImpl@55562aa9

⇒ 싱글톤이라서 memberService1 == memberService2 이다.

 

싱글톤 패턴으로 얻을 수 있는 이점

• 하나의 인스턴스만 사용함에 따른 메모리 낭비의 방지

 

싱글톤의 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 상태를유지(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!!!

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;
    }
}

public class StatefulServiceTest {

    @Test
    void statefulServiceSingleton(){

        ApplicationContext ac = new AnnotationConfigApplicationContext(TestConfig.class);
        StatefulService statefulService1 = ac.getBean(StatefulService.class);
        StatefulService statefulService2 = ac.getBean(StatefulService.class);

        //ThreadA : 사용자 10000원 주문
        statefulService1.order("userA",10000);

        //ThreadB : 사용자 20000원 주문
        statefulService2.order("userB",20000);

        //ThreadA가 사용자A 주문 금액 조회 -> 10000원이 나와야 하는데 20000만원이 나온다.
        int price1 = statefulService1.getPrice();
        System.out.println("price =" + price1);

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

    static class TestConfig {

        @Bean
        public StatefulService statefulService(){
            return new StatefulService();
        }
    }

결론:

name = userAprice = 10000 name = userBprice = 20000 price =20000 → userA는 10000원 주문 했는 데, 20000원을 주문했다고 나옴

 

 

StatefulService()메소드를 무상태로 다시 설계

public class StatefulService {

    public int order(String name, int price){
        System.out.println("name = " + name + "price = " + price);
        return price;
    }

}

상태를 유지하는 필드를 제거한다. 대신에, 공유되지 않는 지역변수 사용!

@Test
void statefulServiceSingleton(){

    ApplicationContext ac = new AnnotationConfigApplicationContext(TestConfig.class);
    StatefulService statefulService1 = ac.getBean(StatefulService.class);
    StatefulService statefulService2 = ac.getBean(StatefulService.class);

    //ThreadA : 사용자 10000원 주문
    int userAPrice = statefulService1.order("userA", 10000);

    //ThreadB : 사용자 20000원 주문
    int userBPrice = statefulService2.order("userB", 20000);

    //ThreadA가 사용자A 주문 금액 조회 -> 10000원이 나와야 하는데 20000만원이 나온다.
    System.out.println("priceA =" + userAPrice);

    Assertions.assertThat(userAPrice).isEqualTo(10000);
}

 

결과:

name = userAprice = 10000 name = userBprice = 20000 priceA =10000

⇒ 스프링 빈은 무상태로 설계해야한다.

 

@Configuration과 싱글톤

@Configuration
public class AppConfig {

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

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

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

    @Bean
    public DiscountPolicy discountPolicy() {
        return new RateDiscountPolicy();
    }
}

위 코드를 보면 싱글톤이 깨지는 것같이 보입니다.

memberRepository()메소드는 각각 memberService, orderService() 메서드에서 실행되어서 memberRepository()는 싱글톤이 유지가 되지 않는 것처럼 보인다.

 

 

아래 Test코드에서 싱글톤이 유지가 되는 지 확인!

public class ConfigurationSingletonTest {

    @Test
    void configurationTest(){
        ApplicationContext ac = new AnnotationConfigApplicationContext(AppConfig.class);

        MemberServiceImpl memberService = ac.getBean("memberService", MemberServiceImpl.class);
        OrderServiceImpl orderService = ac.getBean("orderService", OrderServiceImpl.class);
        MemberRepository memberRepository = ac.getBean("memberRepository", MemberRepository.class);

        MemberRepository memberRepository1 = memberService.getMemberRepository();
        MemberRepository memberRepository2 = orderService.getMemberRepository();

assertThat(memberRepository1).isSameAs(memberRepository2);
assertThat(memberRepository1).isSameAs(memberRepository);

    }

}

⇒ 결론 싱글톤이 유지가 된다! → new 를 사용한 객체 생성을 각 객체당 1번만 한다.

그렇다면, 스프링에서는 어떻게 싱글톤 패턴을 유지할까요?

 

@Configuration, CGLIB

결론부터 말하자면 ,CGLIB라는 기술이 싱글톤패턴을 유지시켜준다.

 

CGLIB 기술

@Bean이 붙은 메서드마다 이미 스프링 빈이 존재하면 존재하는 빈을 반환하고, 스프링 빈이 없으면 생성해서 반환해준다.

만약, @Configuration이 없다면, 순수한 AppConfig로 스프링 빈에 등록된 것을 확인할 수 있다. → memberRepository()가 3번 생성(싱글톤을 보장하지 않는다.)

 

싱글톤을 보장하려면, @Configuration을 사용하자!

 

 

이 글은 스프링 핵심원리 - 기본편 (김영한님)의 강의를 바탕으로 정리한 글입니다.

 

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