[Spring] 싱글톤 패턴과 싱글톤 컨테이너

오늘은 싱글톤 패턴과 싱글톤 컨테이너에 대해 정리해보려고 한다.

 

대부분의 스프링 애플리케이션은 웹 애플리케이션으로, 보통 여러 고객이 동시에 요청을 한다.

만약 고객이 요청할 때마다 객체를 새로 생성한다면 메모리 낭비가 심할 것이다.

그렇기 때문에 해당 객체가 딱 1개만 생성되고 공유하도록 설계해야 한다.

 

싱글톤 패턴

🔸 클래스의 인스턴스가 딱 1개만 생성되는 것을 보장하는 디자인 패턴이다.

 

싱글톤 패턴 구현 예시

public class SingletonService {

    // 1. static 영역에 객체를 딱 1개만 생성
    private static final SingletonService instance = new SingletonService();

    // 2. public으로 열어서 객체 인스턴스가 필요하면 이 static 메서드를 통해서만 조회하도록 허용
    public static SingletonService getInstance() {
        return instance;
    }

    // 3. 생성자를 private으로 선언해서 외부에서 new 키워드를 사용한 객체 생성을 못하게 막음
    private SingletonService() {
    }
}

• 객체 인스턴스를 2개 이상 생성하지 못하도록 하기 위해, 클래스 내부에서 private 생성자를 사용하고 있다. 외부에서 임의로 new 키워드를 사용하여 객체를 생성할 수 없게 되어 있다.
• 클래스 내부에서는 자신의 인스턴스를 private static final로 선언하여 객체를 단 한 번만 생성하고 이를 반환하는 정적 메서드를 통해 접근하도록 제한하고 있다.

싱글톤 패턴을 적용하면 고객의 요청이 올 때마다 객체를 생성하는 것이 아니라, 이미 만들어진 객체를 공유해서 효율적으로 사용할 수 있다. 하지만 싱글톤 패턴에는 여러 가지 문제점이 있다.

1. 개발자가 직접 싱글톤을 구현하고 관리해야 하는데 구현하는 코드 자체가 많이 들어간다.
2. 클라이언트가 구체 클래스에 의존한다. => DIP 위반, OCP 원칙 또한 위반할 가능성이 높다.
3. 테스트하기 어렵고 내부 속성을 변경하거나 초기화하기 어렵다.
4. private 생성자로 자식 클래스를 만들기 어렵다. 
5. 결론적으로 유연성이 떨어진다.

 

싱글톤 컨테이너

스프링 컨테이너는 앞서 말한 싱글톤 패턴의 문제점을 해결하면서, 객체 인스턴스를 싱글톤(1개만 생성)으로 관리한다. 스프링 빈이 바로 싱글톤으로 관리되는 빈이다.

• 스프링 컨테이너는 싱글톤 패턴을 적용하지 않아도, 객체 인스턴스를 싱글톤으로 관리한다.
• 스프링 컨테이너는 싱글톤 컨테이너 역할을 하고, 이렇게 싱글톤 객체를 생성하고 관리하는 기능을 싱글톤 레지스트리라 한다.
• 스프링 컨테이너에 단일 인스턴스만 가지는 기능 덕분에 문제점을 해결하면서 객체를 싱글톤으로 유지한다.
• 싱글톤 패턴을 위한 지저분한 코드가 들어가지 않아도 되고, DIP, OCP, 테스트, private 생성자로부터 자유롭게 사용할 수 있다.

 

싱글톤 방식 주의점

싱글톤 방식은 여러 클라이언트가 하나의 같은 객체 인스턴스를 공유한다. 그렇기 때문에 싱글톤 객체는 상태를 유지(stateful)하게 설계하면 안 되고, 무상태(stateless)로 설계해야 한다.

• 특정 클라이언트에 의존적인 필드가 있으면 안 된다.
• 특정 클라이언트가 값을 변경할 수 있는 필드가 있으면 안 된다.
• 가급적 읽기만 가능해야 한다.
• 필드 대신에 자바에서 공유되지 않는, 지역변수, 파라미터, ThreadLocal 등을 사용해야 한다.

 

문제점 예시 - price라는 상태를 저장하는 필드가 있을 때, 문제가 발생할 수 있다.

public class StatefulService {

 	private int price; //상태를 유지하는 필드
    
 	public void order(String name, int price) {
		 this.price = price; //여기가 문제!
 	}
    
 	public int getPrice() {
 		return price;
    }
}

//ThreadA: A사용자 10000원 주문
statefulService1.order("userA", 10000);
//ThreadB: B사용자 20000원 주문
statefulService2.order("userB", 20000);

//ThreadA: 사용자A 주문 금액 조회
int price = statefulService1.getPrice();
//ThreadA: 사용자A는 10000원을 기대했지만, 기대와 다르게 20000원 출력
System.out.println("price = " + price);

• ThreadA가 A사용자 코드를 호출하고 ThreadB가 B사용자 코드를 호출한다 가정했을 때, price는 공유필드이기 때문에 특정 클라이언트가 값을 변경한다.
• 그렇기 때문에 사용자A 주문금액을 조회하면 10000원이 아니라 20000원이라는 결과가 나온다.
• 따라서 공유필드를 조심하고, 스프링 빈은 항상 무상태로 설계해야 한다.

 

@Configuration과 싱글톤

스프링 컨테이너는 싱글톤 레지스트리다. 따라서 스프링 빈이 싱글톤이 되도록 보장해주어야 한다.

그런데 스프링이 자바 코드까지 어떻게 하기는 어렵다. 그래서 스프링은 클래스의 바이트코드를 조작하는 라이브러리를 사용한다.

• 내가 만든 클래스가 아니라 스프링이 CGLIB라는 바이트코드 조작 라이브러리를 사용해서 AppConfig 클래스를 상속받은 임의의 다른 클래스를 만들고, 그 다른 클래스를 스프링 빈으로 등록한 것이다. => 덕분에 싱글톤이 보장되는 것

 

✨👩‍💻 ✨

❓ @Configuration을 적용하지 않고, @Bean만 적용하면 어떻게 될까?

@Configuration을 붙이면 바이트코드를 조작하는 CGLIB 기술을 사용해서 싱글톤을 보장한다.
@Bean만 적용하면 스프링 빈으로 등록은 되지만, 싱글톤을 보장하지 않는다.
그러므로 스프링 설정 정보는 항상 @Configuration을 사용하자.

 

 

 

출처
스프링 핵심 원리 - 기본편 | 김영한 -  인프런

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

스프링 핵심 원리 - 기본편 | 김영한 - 인프런