[Spring] 싱글톤 패턴과 싱글톤 컨테이너

스프링 핵심 원리 - 기본편 - 인프런 | 강의

본 포스팅은 <스프링 핵심 원리 - 기본편> 강의 내용을 복습하기 위해 간략히 작성된 글이므로 전체 내용은 위 강의에서 확인 가능합니다. 

 

1. 스프링이란

2. 객체지향의 5가지 원칙(SOLID), 관심사의 분리 

3. 제어의 역전(IoC)과 의존관계 주입(DI)

4. 스프링 컨테이너와 스프링 빈

5. 싱글톤 패턴과 싱글톤 컨테이너

6. 컴포넌트 스캔

7. @Autowired 필드명 매칭, @Qualifier, @Primary

8. 빈 생명주기 콜백

9. 빈 스코프

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들어가기 전에

대부분의 스프링 어플리케이션은 웹 애플리케이션인데요. 웹 애플리케이션은 보통 여러 고객이 동시에 요청을 합니다. 만약 세 명의 클라이언트가 요청을 하면 객체는 세 번 생기는 걸까요?

 

public class SingletonTest {
    @Test
    @DisplayName("스프링 없는 순수한 DI 컨테이너")
    void pureContainer() {
        AppConfig appConfig = new AppConfig();
        //1. 조회: 호출할 때 마다 객체를 생성
        MemberService memberService1 = appConfig.memberService();
        //2. 조회: 호출할 때 마다 객체를 생성
        MemberService memberService2 = appConfig.memberService();
        //참조값이 다른 것을 확인
        System.out.println("memberService1 = " + memberService1); 
        System.out.println("memberService2 = " + memberService2);
        //memberService1 != memberService2
        assertThat(memberService1).isNotSameAs(memberService2);
    }
}

 

스프링이 없는 순수한 DI 컨테이너 코드에서는 요청을 할 때마다 아래처럼 새로운 객체가 생성되는 것을 확인할 수 있습니다.

이렇게 되면 메모리 낭비가 심하게 되기 때문에 객체가 딱 1개만 생성되고 공유되도록 설계해야 합니다. 바로 이 패턴이 그 유명한 “싱글톤 패턴"입니다.

 

 

싱글톤 패턴

싱글톤 패턴은 클래스의 인스턴스가 딱 1개만 생성하게 하는 디자인 패턴입니다.

public class SingletonService {
		
	// 1. static 영역에 객체를 딱 1개만 생성
	private static final SingletonService instance
					= new SingletonService();
	
	/// 2. 객체 인스턴스가 필요하면 이 static 메서드를 통해서만 조회하도록 허용(public)
	public static SingletonService getInstance() {
		return instance;
	}
	// 3. 외부에서 new 키워드를 사용한 객체 생성 방지(private)
	private SingletonService() {}
}

위의 코드와 같이 싱글톤 패턴을 사용하면 고객이 요청할 때마다 객체를 생성하는 게 아니라 이미 만들어진 객체를 공유해서 효율적으로 사용할 수 있습니다.

 

하지만 효율적이라고 하는 이 싱글톤 패턴에도 문제점이 있습니다.

1. 싱글톤 패턴을 구현하는 코드 자체가 많이 들어간다.
2. 의존관계 상 클라이언트가 구체 클래스에 의존한다. → DIP 위반
3. 클라이언트가 구체 클래스에 의존해서 OCP 원칙을 위반할 가능성이 높다.
4. 테스트하기 어렵다.
5. 내부 속성을 변경하거나 초기화하기 어렵다.
6. private 생성자로 자식 클래스를 만들기 어렵다.
7. 결론적으로 유연성이 떨어진다.

그래서 이 싱글톤 패턴의 문제점을 해결하기 위해 사용하는 것이 바로 싱글톤 컨테이너입니다.

 

 

 

싱글톤 컨테이너

스프링 컨테이너는 싱글톤 패턴을 적용하지 않아도 객체 인스턴스를 싱글톤으로 관리합니다. 스프링 컨테이너 생성 과정을 살펴보면 스프링의 기본 빈 등록 방식이 싱글톤이기 때문에 컨테이너가 객체를 하나만 생성해서 관리하는 것(싱글톤 레지스트리)을 볼 수가 있는데요. 그래서 싱글톤 컨테이너의 역할을 하게 되는 겁니다.

 

하지만 이렇게 메모리를 효율적으로 사용할 수 있는 싱글톤 방식에는 주의해야 할 점이 있습니다. 여러 고객이 공유하는 하나의 같은 객체 인스턴스가 상태를 계속 유지되면 어떻게 될까요? 고객A가 주문 객체를 이용해서 10000원 어치를 주문하고 고객B는 20000원 어치를 주문 했습니다. 고객A의 주문 금액을 조회하면 이 주문 객체를 얼마를 반환할까요?

 

상태가 계속 유지됐기 때문에 10000원이 아닌 20000원을 반환하게 됩니다. 그렇기 때문에 싱글톤 객체는 무상태(stateless)로 설계를 해야 합니다. 무상태 설계의 조건은 다음과 같습니다.

1. 특정 클라이언트에 의존적인 필드가 있으면 안된다.
2. 특정 클라이언트가 값을 변경할 수 있는 필드가 있으면 안된다.
3. 가급적 읽기만 가능해야 한다.
4. 필드 대신에 자바에서 공유되지 않는 지역변수, 파라미터, ThreadLocal 등을 사용해야 한다.

 

// 상태 유지 
public class StatefulService {
    private int price;

    public void order(int price) {
        this.price = price;
    }
}

// 무상태
public class StatelessService {
    public int order(int price) {
        return price;
    }
}

 

스프링 컨테이너에서는 싱글톤 컨테이너의 역할을 한다고 했는데 만약 동일한 객체를 호출하게 되면 어떻게 될까요? 그래도 싱글톤 객체를 생성할 수 있을까요? 아래의 코드는 결과적으로 MemoryMemberRepository를 두 번 호출하는 코드입니다. 스프링 컨테이너가 빈을 등록하기 위해 한 번 호출하는 게 더해진다고 생각하면 총 세 번의 호출이 될 거라고 예상이 되는데요.

 

예상으로는 첫 번째 호출은 스프링 컨테이너가 빈을 등록할 때, 두 번째 호출은 memberService()에서, 세 번째 호출은 orderService()에서 이루어지게 되겠죠.

@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 FixDiscountPolicy();
	}
}

 

하지만 결과적으로 호출은 단 한 번 실행됩니다. 어떻게 된 걸까요?

call AppConfig.memberService
call AppConfig.memberRepository
call AppConfig.orderService

이유는 @Configuration 애노테이션을 사용한 AppConfg 객체에 있습니다. 스프링이 CGLIB이라는 바이트코드 조작 라이브러리를 사용해서 AppConfig를 상속받는 설정클래스를 임의로 만들고(AppConfig@CGLIB) 그 다른 클래스를 스프링 빈으로 등록하는 것입니다.

 

이 임의의 클래스 안에는 이미 스프링 컨테이너에 등록되어있는 빈은 스프링 컨테이너에서 찾아서 반환하는 로직을 가지고 있기 때문에 싱글톤이 보장되는 것입니다. @Bean만 사용했을 때는 빈으로 등록은 가능하지만 싱글톤은 보장이 안되기 때문에 스프링 설정 정보는 항상 @Configuration을 사용해야 합니다.