싱글톤 패턴
순수한 DI 컨테이너
@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);
}싱글톤을 적용하지 않은 순수한 DI 컨테이너 코드이다.
이 경우 memberService() 를 호출할 때마다 새로운 객체가 생성된다.
이 방식은 기능적으로 문제가 없지만,
서비스나 레포지토리처럼 재사용 가능한 객체를 매번 생성하게 되면
불필요한 객체 생성 비용과 GC 부담이 커질 수 있다.
해결방안은 해당 객체가 1개만 생성되고 공유하도록 설계하면 된다.
싱글톤 패턴이란?
즉, 객체를 여러 번 만들지 않고 처음 생성한 뒤 같은 객체를 재사용하는 방식이다.
우리가 전역 변수를 만들어 사용하는 이유는, 똑같은 데이터를 메서드마다 지역 변수로 선언해서 사용하면 무의미하고 낭비이기 때문이다.
이러한 개념을 클래스에 대입한 것이 싱글톤 패턴이라고 이해하면 된다.
따라서 보통 싱글톤 패턴이 적용된 객체가 필요한 경우는 그 객체가 리소스를 많이 차지하는 역할을 하는 클래스일 때 적합하다.
그렇다면 싱글톤을 왜 사용할까? 이유는 다음과 같다.
- 객체 생성 비용 감소
- 메모리 절약
싱글톤 패턴 구현
클래스에 싱글톤 패턴을 적용하는 것은 어렵지 않다.
싱글톤으로 이용할 클래스를 외부에서 new 생성자를 통해 인스턴스화 하는 것을 제한하기 위해
클래스 생성자 메서드에 private 키워드를 붙여주면 된다.
public class SingletonService {
private static final SingletonService instance = new SingletonService();
private SingletonService() {}
public static SingletonService getInstance() {
return instance;
}
}
흐름
- static 영역에 객체를 미리 하나 생성
- 객체가 필요하면 오직 getInstance() 메서드를 통해 조회 가능
- 호출하면 항상 같은 인스턴스 반환
이렇게 하면 요청이 올 때마다 객체를 새로 생성하지 않고,
이미 생성된 객체를 공유해서 사용할 수 있다.
싱글톤 패턴의 문제점
싱글톤 패턴은 장점이 분명하지만, 다음과 같은 단점도 있다.
- 싱글톤 패턴을 구현하는 코드 자체가 많이 들어간다.
- 의존관계상 클라이언트가 구체 클래스에 의존한다.
- DIP 위반
- OCP 위반 가능성 높음
- 테스트 하기 어렵다.
- 내부 속성을 변경하거나 초기화 하기 어렵다.
- private 생성자로 자식 클래스를 만들기 어렵다.
결론적으로 유연성이 떨어지게 된다.
싱글톤 컨테이너
싱글톤 컨테이너란?
스프링 컨테이너는 싱글톤 패턴을 직접 구현하지 않아도, 객체 인스턴스를 싱글톤으로 관리한다.
이런 기능 덕분에 싱글톤 패턴의 단점을 해결하면서 객체를 싱글톤으로 유지할 수있다.
이렇게 싱글톤 객체를 생성하고 관리하는 기능을 싱글톤 레지스트리라고 한다.
싱글톤 컨테이너 장점
- 메모리 절약
- 싱글톤 패턴을 위한 지저분한 코드 없음
- DIP,OCP, 테스트,private 생성자로부터 자유롭게 싱글톤 사용
동작 방식
- 스프링 컨테이너 시작
- 설정 정보(@Configuration,@Bean 등) 기반으로 빈 생성
- 빈을 하나만 생성
- 요청이 올 때마다 같은 빈 인스턴스 반환
주의점
싱글톤 패턴이든, 스프링 같은 싱글톤 컨테이너를 사용하든 여러 클라이언트가 하나의 같은 객체 인스턴스를 공유하기 때문에 싱글톤 객체는 상태를 유지하게 설계하면 안된다.
즉, 무상태(stateless)로 설계해야 한다.
- 특정 클라이언트에 의존적인 필드가 있으면 안된다.
- 값을 변경할 수 있는 필드가 있으면 안된다.
잘못된 예시
@Service
public class OrderService {
private int price; // 공유 상태 ❌
public void order(int price) {
this.price = price;
}
}
올바른 예시
@Service
public class OrderService {
public int order(int price) {
return price;
}
}
@Configuration 과 싱글톤
스프링 컨테이너느 싱글톤 레지스트리다.
따라서 스프링 빈이 싱글톤이 되도록 보장해주어야 한다.
그런데 스프링이 자바 코드까지 어떻게 할 수는 없다.
스프링은 의를 위해 클래스의 바이트코드를 조작하는 라이브러리를 사용한다.
@Test
void configurationDeep() {
ApplicationContext ac = new AnnotationConfigApplicationContext(AppConfig.class);
//AppConfig도 스프링 빈으로 등록된다.
AppConfig bean = ac.getBean(AppConfig.class);
System.out.println("bean = " + bean.getClass());
//출력: bean = class hello.core.AppConfig$$EnhancerBySpringCGLIB$$bd479d70
}- AnnotationConfigApplicationContext 에 파라미터로 넘긴 값은 스프링 빈으로 등록된다.
- AppConfig 스프링 빈을 조회해서 출력해보면, 클래스가 아닌 CGLIB이 생성한 프록시 클래스가 출력된다.
- 출력 결과 : class hello.core.AppConfig$$EnhancerBySpringCGLIB$$bd479d70
순수한 클래스라면 다음과 같이 출력되어야 한다.
class 패키지 루트.AppConfig
그런데 예상과는 다르게 클래스명에 xxxCGLIB 가 붙으면서 복잡해진 것을 볼 수 있다.
이것은 스프링이 CGLIB 라는 바이트코드 조작 라이브러리를 사용해서 AppConfig 클래스를 상속받은 임의의 다른 클래스를 만들고, 그 다른 클래스를 스프링 빈으로 등록한 것이다.
@Bean 메서드 호출
↓
CGLIB 프록시 가로채기
↓
컨테이너에 기존 객체 존재?
↓ ↓
YES NO
↓ ↓
기존 빈 반환 실제 메서드 호출 → 빈 생성 → 등록AppConfig@CGLIB 예상 코드
스프링이 CGLIB 바이트코드 조작 라이브러리를 사용하여 만든 클래스가 바로 스프링 빈이 싱클톤이 보장되도록 해준다.
아마도 다음과 같이 바이트 코드를 조작해서 작성되었을 것이다. (실제로는 더 복잡)
@Bean
public MemberRepository memberRepository() {
if (memoryMemberRepository가 이미 스프링 컨테이너에 등록되어 있으면?) {
return 스프링 컨테이너에서 찾아서 반환;
} else { //스프링 컨테이너에 없으면
기존 로직을 호출해서 MemoryMemberRepository를 생성하고 스프링 컨테이너에 등록
return 반환
}
}- AppConfig@CGLIB는 AppConfig의 자식 타입이므로, AppConfig 타입으로 조회 할 수 있다.
@Configuration 을 적용하지 않고, @Bean 만 적용하면?
@Configuration 을 붙이면 바이트코드를 조작하는 CGLIB 기술(프록시)을 사용해서 싱글톤을 보장한다.
하지만 @Bean 만 사용할 경우 CGLIB 프록시가 적용되지 않아, 스프링 빈으로 등록되지만 싱글톤을 보장하지 않는다.
따라서 특별한 이유가 없다면 설정 클래스에는 @Configuration 을 사용하는 것이 안전하다.
참고자료
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