싱글톤 컨테이너 - 1 (싱글톤 패턴 문제점 + 사용이유, 싱글톤 컨테이너)

 

스프링 컨테이너와 스프링 빈 (스프링 컨테이너 생성+과정, 스프링 빈 조회, BeanDefinition)

스프링 컨테이너와 스프링 빈 (스프링 컨테이너 생성+과정, 스프링 빈 조회, BeanDefinition)

 

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웹 애플리케이션과 싱글톤

스프링은 원래 기업용 온라인 서비스 기술을 지원하기 위해서 만들어졌다. 대부분의 스프링 애플리케이션은 웹 애플리케이션이다. 이러한 웹 애플리케이션은 보통 여러 고객이 동시에 요청을 한다. 아래의 그림을 보듯이 우리가 만들었던 스프링이 없는 순수한 DI 컨테이너로 만들게 되면, 고객이 요청을 할 때마다 객체를 매번 새롭게 생성을 하게된다. 이렇게 되면 메모리 낭비가 극심해진다. 이러한 문제를 해결하기 위해 싱글톤 패턴을 사용하는 것이다.

 

우선 정말로 싱글톤 패턴을 적용시키지 않았을 때, 고객의 요청마다 객체가 새롭게 생성이 되는지 확인해보기 위한 테스트 코드를 작성해보겠다.

 

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 떄 마다 객체를 생성
        MemberService memberService2 = appConfig.memberService();
        
        // 참조값이 다른 것을 확인하기 위해 출력
        System.out.println("memberService1 = " + memberService1);
        System.out.println("memberService2 = " + memberService2);
        
        assertThat(memberService1).isNotSameAs(memberService2);
        
    }
}

 

테스트 진행 시, 콘솔창에서 memberService1, memberService2 가 다른 참조값을 갖고있고, assertThat.isNotSameAs 도 true가 된 것을 확인할 수 있다. 정말로 우리가 만들었던 스프링이 없는 DI 컨테이너인 AppConfig는 요청을 할 때마다 객체를 새롭게 생성하는것이다.

만약 고객 트래픽이 초당 100이 나오면, 초당 100개의 객체가 생성되고 소멸되는 것이다. 이는 극심한 메모리 낭비를 초래한다. 이를 해결하기 위해서는 객체가 딱 1개만 생성이 되고, 이를 공유하도록 설계해야된다. 이를 싱글톤 패턴이라 한다.

 

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싱글톤 패턴

소프트웨어 디자인 패턴에서 싱글턴 패턴(Singleton pattern)을 따르는 클래스는, 생성자가 여러 차례 호출되더라도 실제로 생성되는 객체는 하나이고 최초 생성 이후에 호출된 생성자는 최초의 생성자가 생성한 객체를 리턴한다. 이와 같은 디자인 유형을 싱글턴 패턴이라고 한다.

다시말해, 클래스의 인스턴스가 딱 1개만 생성되는 것을 보장하는 디자인 패턴이다. 객체 인스턴스를 2개이상 생성하지 못하도록 막아야 한다. 이를 위해서는 private 생성자를 사용해서 외부에서 임의로 new 키워드를 사용하지 못하도록 막아야 한다.

예제코드를 작성을 통해 알아보겠다. 이번 SingletonService 클래스는 main에 영향을 주지 않도록 test 위치에 생성해 간단히 알아보겠다.

 

public class SingletonService {

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

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

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

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

}

 

1. static 영역에 객체 instance를 미리 하나 생성해서 올려둔다.
   
   
2. 이 객체 인스턴스가 필요하면 오직 getInstance() 메서드를 통해서만 조회할 수 있다. 이 메서드를 호출하면 항상 같은 인스턴스를 반환한다.
   
   
3. 딱 1개의 객체 인스턴스만 존재해야 하므로, 생성자를 private으로 막아서 혹시라도 외부에서 new 키워드로 객체 인스턴스가 생성되는 것을 막는다.

 

위에 작성한 Singleton이 정말로 싱글톤 패턴으로 잘 적용이 됐는지 알아보기 위해서 테스트 코드를 작성해줄 것이다. 앞서 생성했던 SingletonTest에 아래의 테스트 코드를 작성해주면 된다.

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

    System.out.println("singletonService1 = " + singletonService1);
    System.out.println("singletonService2 = " + singletonService2);
    
}

콘솔창에 보이는바와 같이 요청시에 생성되는 객체가 동일한 것을 확인할 수 있다. 싱글톤 패턴이 제대로 적용이 된것이다.

 

싱글톤 패턴의 사용 이유

이렇게 싱글톤 패턴을 적용하여 인스턴스를 오직 한개로만 사용하면 다음과 같은 이점들이 존재한다.

메모리 측면의 이점, 최초 한번의 new 연산자를 통해서 고정된 메모리 영역을 사용하기에 해당 객체에 접근할 때 발생하는 메모리 낭비를 방지할 수 있다. 또한 생성된 인스턴스를 활용하기에 속도 측면에서도 이점이 존재한다.

또한 클래스간에 데이터 공유가 쉽다는 것이다. 싱글톤 인스턴스가 static 으로 선언했기에 전여긍로 사용되는 인스턴스이기 때문에, 다른 클래스의 인스턴스들이 쉽게 접근하여 사용할 수 있다. 하지만 여러 클래스의 인스턴스에서 싱글톤 인스턴스의 데이터에 동시에 접근하게 된다면 동시성 문제가 발생할 수 있기에 유의해야한다.

이렇게 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 문제점들이 존재한다.

 

싱글톤 패턴 문제점

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

 

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싱글톤 컨테이너

스프링 컨테이너는 위에서 본 싱글톤 패턴의 문제점을 해결하면서, 객체 인스턴스를 싱글톤으로 관리한다. 앞서 공부했던 스프링 빈이 싱글톤으로 관리되는 빈이였다.

• 스프링 컨테이너는 싱글톤 패턴을 적용하지 않아도, 객체 인스턴스를 싱글톤으로 관리한다.
   -> 앞서 설명한 컨테이너 생성 과정을 보면, 컨테이너는 객체를 하나만 생성해서 관리했다.
• 스프링 컨테이너는 싱글톤 역할을 한다. 이렇게 싱글톤 객체를 생성하고 관리하는 기능을 싱글톤 레지스트리라 한다.
• 스프링 컨테이너의 이러한 기능 덕분에 싱글톤 패턴의 모든 단점을 해결하면서 객체를 싱글톤으로 유지할 수 있다.
  • 싱글톤 패턴을 위한 추가적인 코드를 작성하지 않아도 된다.
  • DIP, OCP, 테스트, private 생성자로부터 자유롭게 싱글톤을 사용할 수 있다.

 

정말로 스프링 컨테이너를 사용하면 싱글톤 패턴이 적용되는지 확인해보기 위한 테스트 코드를 작성할것이다.

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

    // 1. 조회: 호출할 때 마다 객체를 생성
    MemberService memberService1 = ac.getBean("memberService", MemberService.class);
    // 2. 조회: 호출할 떄 마다 객체를 생성
    MemberService memberService2 = ac.getBean("memberService", MemberService.class);

    // 참조값이 다른 것을 확인하기 위해 출력
    System.out.println("memberService1 = " + memberService1);
    System.out.println("memberService2 = " + memberService2);
    
}

 

 

스프링 컨테이너 덕분에 고객의 요청마다 객체를 생성하는 것이 아니라, 이미 생성된 객체를 공유해 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. 

 

 

 

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