[스프링 핵심 원리 - 기본편] - 15. 싱글톤 컨테이너

 

웹 애플리케이션과 싱글톤

 

다수의 고객 동시 요청

 

대부분의 스프링 애플리케이션은 웹 애플리케이션이다. 

웹 애플리케이션은 보통 여러 고객이 동시에 요청을 한다.

 

@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();

 

AppConfig는 요청을 할 때 마다 객체를 새로 생성한다.

 

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

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

 

 

참조값이 다른 것을 확인

 

고객 트래픽이 초당 100이 나오면 초당 100개 이상의 객체가 생성되고 소멸된다! 메모리 낭비가 심하다.

 

해결방안은 해당 객체가 딱 1개만 생성되고, 공유하도록 설계하면 된다. 싱글톤 패턴

 

 

싱글톤 패턴

 

클래스의 인스턴스가 딱 1개만 생성되는 것을 보장하는 디자인 패턴이다.

그래서 객체 인스턴스를 2개 이상 생성하지 못하도록 막아야 한다.

 

 

public class SingletonService {
    
    private static final SingletonService instance = new SingletonService();
}

 

static : 정적 변수는 모든 인스턴스가 하나의 저장공간을 공유하기에 항상 같은 값을 가진다

 

private 생성자를 사용해서 외부에서 임의로 new 키워드를 사용하지 못하도록 막아야 한다.

 

static 변수

예를 들어 다음과 같은 HouseLee 클래스가 있다고 하자.

class HouseLee {
    String lastname = "이";
}

public class Sample {
    public static void main(String[] args) {
        HouseLee lee1 = new HouseLee();
        HouseLee lee2 = new HouseLee();
    }
}

 

위와 같은 클래스를 만들고 객체를 생성하면 객체마다 객체변수 lastname을 저장하기 위한 메모리가 별도로 할당된다.

하지만 가만히 생각해 보면 HouseLee 클래스의 lastname은 어떤 객체이던지 동일한 값인 "이" 이어야 할 것 같지 않은가?

이렇게 항상 값이 변하지 않는 경우라면 static 사용시 메모리의 이점을 얻을 수 있다.

 

class HouseLee {
    static String lastname = "이";
}

 

lastname 변수에 static 키워드를 붙이면 자바는 메모리 할당을 딱 한번만 하게 되어 메모리 사용에 이점이 있다.

 

static을 사용하는 또 한가지 이유로 공유 개념을 들 수 있다.

static 으로 설정하면 같은 곳의 메모리 주소만을 바라보기 때문에 static 변수의 값을 공유하게 되는 것이다.

 

 

private static final SingletonService instance = new SingletonService();

 

1. static 영역에 객체 instance를 미리 하나 생성해서 올려둔다.

 

외부에서는 생성해 놓은것을 가져다 쓰는것이다 ( getInstance() )

 

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

 

 

public static SingletonService getInstance() {
    return instance;

2. 이 객체 인스턴스가 필요하면 오직 getInstance() 메서드를 통해서만 조회할 수 있다.

 

이 메서드를 호출하면 항상 같은 인스턴스를 반환한다. (static)

 

 

 

void singletonServiceTest() {
    new SingletonService();
}

 

private access / 외부에서 생성 불가

3. 딱 1개의 객체 인스턴스만 존재해야 하므로, 생성자를 private으로 막아서

혹시라도 외부에서 new 키워드로 객체 인스턴스가 생성되는 것을 막는다.

 

 

 

싱글톤 패턴을 사용하는 테스트 코드를 보자.

 

@Test
@DisplayName("싱글톤 패턴을 적용한 객체 사용")
void singletonServiceTest() {
    SingletonService singletonService1 = SingletonService.getInstance();
    SingletonService singletonService2 = SingletonService.getInstance();

 

getInstance() 메서드를 통해서 조회

 

 

//참조값 확인
System.out.println("singletonService1 = " + singletonService1);
System.out.println("singletonService2 = " + singletonService2);

assertThat(singletonService1).isSameAs(singletonService2);

isSameAs : 메모리상 같은 객체를 가리키는지 비교 (주소 비교)

isEqualTo : 객체가 같은 값을 가지고 있는지 비교한다.

 

 

호출할 때마다 객체를 생성하는지 확인 해보자 .

 

참조값을 확인하여 비교한다 .  

 

참조값이 같은 것을 확인

 

참조값이 같다. 

 

객체를 생성하지 않는다 .

 

이미 생성해 놓은것을 가져다 쓰는것이다 .

 

 

 

싱글톤 패턴 문제점

 

public class SingletonService {

    private static final SingletonService instance = new SingletonService();

    public static SingletonService getInstance() {
        return instance;
    }

    private SingletonService() {
    }

 

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

 

스프링 프레임워크(싱글톤 컨테이너)는 이 싱글톤 패턴의 문제점을 전부다 해결하고 관리해준다 .

 

 

 

 

싱글톤 컨테이너

 

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

 

스프링 컨테이너는 싱글턴 패턴을 적용하지 않아도, 객체 인스턴스를 싱글톤으로 관리한다.

 

이전에 설명한 컨테이너 생성 과정을 자세히 보자.

 

 

 

컨테이너는 객체를 하나만 생성해서 관리한다.

 

스프링 컨테이너는 싱글톤 컨테이너 역할을 한다. 이렇게 싱글톤 객체를 생성하고 관리하는 기능을 싱글톤 레지스트리라 한다.

 

public class SingletonService {

    private static final SingletonService instance = new SingletonService();

    public static SingletonService getInstance() {
        return instance;
    }

    private SingletonService() {
    }

 

 싱글톤 패턴을 위한  이런 지저분한 코드가 들어가지 않아도 된다.

 

DIP, OCP, 테스트, private 생성자로 부터 자유롭게 싱글톤을 사용할 수 있다.

 

 

스프링 컨테이너를 사용하는 테스트 코드

 

@Test
@DisplayName("스프링 컨테이너와 싱글톤")
void springContainer() {
    
    ApplicationContext ac = new AnnotationConfigApplicationContext(AppConfig.class);

 

AppConfig 설정파일을 구성정보로 사용하는 컨테이너 생성  

 

 

 

MemberService memberService1 = ac.getBean("memberService",MemberService.class);
MemberService memberService2 = ac.getBean("memberService",MemberService.class);

 

호출할 때 마다 같은 객체를 반환

 

스프링이  컨테이너에서  처음에 등록한 빈을 반환해주는 것이다 ( 싱글톤 )

 

System.out.println("memberService1 = " + memberService1);
System.out.println("memberService2 = " + memberService2);

//memberService1 == memberService2
assertThat(memberService1).isSameAs(memberService2);

 

참조 값이 같은 것을 확인  

 

참조값이 같은 것을 확인

 

 

싱글톤 컨테이너 적용 후

 

 

스프링 컨테이너 덕분에 고객의 요청이 올 때 마다 객체를 생성하는 것이 아니라,

이미 만들어진 객체를 공유해서 효율적으로 재사용할 수 있다.

 

 

참고: 스프링의 기본 빈 등록 방식은 싱글톤이지만, 싱글톤 방식만 지원하는 것은 아니다.

요청할 때 마다 새로운 객체를 생성해서 반환하는 기능도 제공한다. 자세한 내용은 뒤에 빈 스코프에서 설명하겠다.

 

 

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 설계해야 한다!

 

특정 클라이언트에 의존적인 필드가 있으면 안된다.

특정 클라이언트가 값을 변경할 수 있는 필드가 있으면 안된다!

가급적 읽기만 가능해야 한다. ( 수정X)

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

 

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;
    }
}

 

StatefulService 의 price 필드는 공유되는 필드인데, 특정 클라이언트가 값을 변경한다.

 

class StatefulServiceTest {

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

호출할 때 마다 같은 객체를 반환

 

스프링이  컨테이너에서  처음에 등록한 빈을 반환해주는 것이다 ( 싱글톤 )

 

// ThreadA : A 사용자 10000원 주문
statefulService1.order("userA", 10000);
// ThreadB : B 사용자 20000원 주문
statefulService2.order("userB", 20000);

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

ThreadA가 사용자A 코드를 호출하고 ThreadB가 사용자B 코드를 호출한다 가정하자.

 

사용자A의 주문금액은 10000원이 되어야 하는데, 20000원이라는 결과가 나왔다.

 

A 사용자 주문 금액 조회

 

 

 

필드 대신에 자바에서 공유되지 않는, 지역변수, 파라미터, ThreadLocal 등을 사용해야 한다.

 

 

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

 

지역변수를 사용 

 

// ThreadA : A 사용자 10000원 주문
int userAPrice = statefulService1.order("userA", 10000);
// ThreadB : B 사용자 20000원 주문
int userBPrice = statefulService2.order("userB", 20000);

// ThreadA : A 사용자 주문 금액 조회
System.out.println("price = " + userAPrice);

 

 

 

 

 

진짜 공유필드는 조심해야 한다! 스프링 빈은 항상 무상태(stateless)로 설계하자.

 

 

 

 

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/dashboard

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