[스프링핵심원리-기본편] 싱글톤

강의1. 웹 애플리케이션과 싱글톤 

싱글톤 패턴 : 객체가 JVM안에 딱 하나만 있는 패턴.

 

싱글톤 패턴이 적용되지 않았을 때

각자 객체가 따로 생성되었다.

memberService1 객체 하나만 생성된 것이 아니라, 그 안에서 memberRepository 객체도 생성하기 때문에, 총 4개의 객체가 생성된 것이다. 

 

우리가 만든 스프링 없는 순수한 DI 컨테이너인 AppConfig는 요청을 할 때마다 객체를 새로 생성한다. 

고객 트래픽이 초당 100이 나오면 초당 100개의 객체가 생성되고 소멸된다. -> 메모리 낭비가 심하다.

 

해결방안 : 해당 객체가 딱 1개만 생성되고, 공유하도록 설계하면 된다. -> 싱글톤 패턴

 

 

---

강의2. 싱글톤 패턴

싱글톤 패턴 : 

- 클래스의 인스턴스가 딱 1개만 생성되는 것을 보장하는 디자인 패턴.

- 객체 인스턴스를 2개이상 생성하지 못하도록 막아야 한다. 

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

 

public class SingletonService {

    // 자기 자신을 내부에 static final로 선언
    private static final SingletonService instance = new SingletonService();

    public static SingletonService getInstance(){
        return instance;
    }

    // 객체 생성 방지
    private SingletonService(){}

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

- static 영역에 객체 instance를 미리 하나 생성해서 올려둠

- 이 객체 인스턴스가 필요하면 오직 getInstance() 메서드를 통해서만 조회할 수 있음. 이 메서드를 호출하면 항상 같은 인스턴스를 반환한다. 

- 딱 1개의 객체 인스턴스만 존재해야 하므로, 생성자를 private으로 막아서 혹시라도 외부에서 new 키워드로 객체 인스턴스가 생성되는 것을 막는다. 

 

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

    Assertions.assertThat(singletonService1).isSameAs(singletonService2);
}

 

 

 

 

스프링 컨테이너는 기본적으로 객체를 다 싱글톤으로 만들어서 관리해준다. 

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 수 많은 문제점들을 가지고 있다.

 

싱글톤 패턴의 문제점:

1. 싱글톤 패턴을 구현하는 코드 자체가 많이 들어간다.

2. 의존 관계상 클라이언트가 클래스에 의존한다. -> DIP 위반 

3. 클라이언트가 구체 클래스에 의존해서 OCP 원칙을 위반한다. 

4. 테스트하기 어렵다.

5. 내부 속성을 변경하거나 초기화 하기 어렵다. 

6. private 생성자로 자식 클래스를 만들기 어렵다. 

7. 결론적으로 유연성이 떨어진다. 

8. 안티패턴으로 불리기도 한다. 

 

 

 

---

 강의3. 싱글톤 컨테이너

스프링 컨테이너는 싱글톤 패턴의 문제점을 해결하면서, 객체 인스턴스를 싱글톤으로 관리한다. 

지금까지 다뤘던 스프링 빈이 바로 싱글톤으로 관리되는 빈이다. 

 

"싱글톤 컨테이너" :

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

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

- 스프링 컨테이너의 이런 기능 덕분에 싱글턴 패턴의 모든 단점을 해결하면서 객체를 싱글톤으로 유지할 수 있다. 

  - 싱글톤 패턴을 위한 지저분한 코드가 들어가지 않아도 된다. 

  - DIP, OCP, 테스트, private 생성자로부터 자유롭게 싱글톤을 사용할 수 있다. 

 

 

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

    //1. 조회: 호출할 때 마다 같은 객체를 반환
    MemberService memberService1 = ac.getBean("memberService", MemberService.class);

    //2. 조회: 호출할 때 마다 같은 객체를 반환
    MemberService memberService2 = ac.getBean("memberService", MemberService.class);

    Assertions.assertThat(memberService1).isSameAs(memberService2);
}

 

 

스프링 컨테이너 덕분에 고객의 요청이 올 때마다 객체를 생성하는 것이 아니라, 이미 만들어진 객체를 공유해서 효율적으로 재사용할 수 있다. 

 

 

---

강의4. 싱글톤 방식의 주의점

- 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.

  - 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;
    }

    public int getPrice(){
        return price;
    }

}

 

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

    //ThreadA : A사용자 10,000원 주문
    statefulService1.order("userA", 10000);

    //ThreadB : B사용자 20,000원 주문
    statefulService2.order("userB", 20000);

    //ThreadA : 사용자A 주문 금액 조회
    int price = statefulService1.getPrice();

    System.out.println("price = " + price);
    Assertions.assertThat(statefulService1.getPrice()).isEqualTo(20000);
}

- StatefulService의 price 필드는 공유되는 필드인데, 특정 클라이언트가 값을 변경한다.

- 사용자 A의 주문금액은 10,000원이 되어야 하는데, 20,000원이라는 결과가 나왔다. 

- 공유필드는 정말 조심하자. 스프링 빈은 항상 무상태(stateless)로 설계하자.

 

 

---

강의5. @Configuration과 싱글톤

@Configuration은 싱글톤을 위해서 존재한다.

 

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();
        return new RateDiscountPolicy();
    }

}

memberService()에서 new MemoryMemberRepository(),

orderservice()에서 new MemoryMemberRepository()를 하는데,

각각 객체를 생성하는 거니 싱글톤이 깨지는거 아니냐?

 

테스트 코드 작성 

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();

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

테스트코드 통과.

---

강의6. @Configuration과 바이트코드 조작의 마법