싱글톤 패턴, 싱글톤 컨테이너
이 포스트는 인프런 사이트에 김영한 - 스프링 핵심원리 강의를 보고 정리한 포스터입니다.
스프링 핵심 원리 - 기본편 강의 | 김영한 - 인프런
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스프링의 싱글톤 패턴과 싱글톤 컨테이너에 대해 알아보겠습니다.
웹 애플리케이션에서는 여러 사용자의 요청이 동시에 들어오면서 객체가 계속 생성됩니다.
이때, 객체를 매번 새로 생성하면 메모리 낭비가 심해집니다.
이를 해결하기 위해 싱글톤 패턴을 사용하여 객체를 하나만 생성하고 공유하는 방식이 있습니다.
그러나 전통적인 싱글톤 패턴은 여러 가지 문제를 야기할 수 있습니다.
스프링은 이러한 문제를 해결하면서도 싱글톤의 장점을 유지할 수 있는 싱글톤 컨테이너를 제공합니다.
🔆 웹 애플리케이션과 싱글톤
스프링은 기업용 온라인 서비스 기술을 지원하기 위해 탄생했고, 대부분의 스프링 애플리케이션은 웹 애플리케이션입니다.
물론, 웹이 아닌 애플리케이션 개발도 가능합니다.
웹 애플리케이션은 보통 여러 고객이 동시에 요청을 합니다.
🌀 순수한 DI 컨테이너의 문제점
public class SingletonTest {
@Test
@DisplayName("스프링이 없는 순수한 DI 컨테이너")
void pureContainer() {
AppConfig appConfig = new AppConfig();
// 1. 조회 : 호출할 때 마다 객체를 생성
MemberService memberService1 = appConfig.memberService();
MemberService memberService2 = appConfig.memberService();
// 참조값이 다른 것을 확인
System.out.println("memberService1 = " + memberService1);
System.out.println("memberService2 = " + memberService2);
// 서로 다른 객체가 생성됨
// memberService1 != memberService2
assertThat(memberService1).isNotSameAs(memberService2);
}
}위 코드를 실행하면 memberService1과 memberService2가 서로 다른 객체임을 알 수 있습니다.
즉, 요청할 때마다 새로운 객체가 생성되기 때문에 메모리 낭비가 발생합니다.
해결방안은
해당 객체가 딱 1개만 생성되고, 공유하도록 설계하면 됩니다.
이것이 바로, "싱글톤 패턴"입니다.
🔆 싱글톤 패턴
🔸 싱글톤
클래스의 인스턴스가 딱 1개만 생성되는 것을 보장하는 디자인 패턴
객체 인스턴스를 2개 이상 생성하지 못하도록 막아야하고,
private 생성자를 사용해서 외부에서 임의로 new 키워드를 사용하지 못하도록 막아야합니다.
싱글톤 패턴을 적용한 예제 코드를 보겠습니다.
싱글톤 패턴 적용 코드
public class SingletonService {
// 1. static 영역에 객체를 딱 1개만 미리 생성해둔다.
private static final SingletonService instance = new SingletonService();
// 2. 생성자를 private으로 선언해서 외부에 new 키워드를 사용한 객체 생성을 못하게 막는다.
private SingletonService() {}
// 3. public으로 열어서 객체 인스턴스가 필요하면 이 getInstacn() 메서드를 통해서만 조회하도록 허용한다.
// 이 메서드를 호출하면 항상 같은 인스턴스를 반환한다.
public static SingletonService getInstance() {
return instance;
}
public void logic() {
System.out.println("싱글톤 객체 로직 호출");
}
}
테스트 코드
@Test
@DisplayName("싱글톤 패턴을 적용한 객체 사용")
void singletonServiceTest() {
//private으로 생성자를 막아두었다. 컴파일 오류가 발생한다.
//new SingletonService();
//1. 조회: 호출할 때 마다 같은 객체를 반환
SingletonService singletonService1 = SingletonService.getInstance();
//2. 조회: 호출할 때 마다 같은 객체를 반환
SingletonService singletonService2 = SingletonService.getInstance();
//참조값이 같은 것을 확인
System.out.println("singletonService1 = " + singletonService1);
System.out.println("singletonService2 = " + singletonService2);
// singletonService1 == singletonService2
assertThat(singletonService1).isSameAs(singletonService2);
singletonService1.logic();
}참고 : 위 방법은 객체를 미리 생성해두는 가장 단순하고 안전한 방법을 선택했습니다.
싱글톤 패턴을 적용하면 고객의 요청이 올 때 마다 객체를 생성하는 것이 아니라, 이미 만들어진 객체를 공유해서 효율적으로 사용할 수 있습니다. 하지만 싱글톤 패턴은 다음과 같은 수 많은 문제점들을 가지고 있습니다.
🎈 싱글톤 패턴 문제점
1. 클라이언트 코드가 구체 클래스에 의존 → DIP(Dependency Inversion Principle) 위반
2. 유연성이 떨어짐 → 자식 클래스를 만들기 어렵고, 변경이 어려움
3. 테스트하기 어려움 → 객체를 새로 생성할 수 없으므로 독립적인 테스트가 어려움
4. private 생성자로 인해 객체 초기화가 어려움
5. OCP(Open-Closed Principle) 위반 가능성 → 싱글톤 객체를 변경하면 전체 시스템에 영향이 감
결론적으로 유연성이 떨어져, 안티패턴으로 불리기도 합니다.
따라서, 스프링에서는 싱글톤 컨테이너를 활용하여 이 문제를 해결합니다.
🔆 싱글톤 컨테이너
스프링 컨테이너는 싱글톤 패턴의 문제점을 해결하면서, 객체 인스턴스를 싱글톤으로 관리합니다.
지금까지 우리가 학습한 스프링 빈이 바로 싱글톤으로 관리되는 빈입니다.
🌀 스프링 컨테이너를 사용하는 테스트 코드
@Test
@DisplayName("스프링 컨테이너와 싱글톤")
void springContainer() {
ApplicationContext ac = new AnnotationConfigApplicationContext(AppConfig.class);
// 조회 : 호출할 때 마다 같은 객체를 반환
MemberService memberService1 = ac.getBean("memberService", MemberService.class);
MemberService memberService2 = ac.getBean("memberService", MemberService.class);
// 같은 객체를 반환하는지 확인
assertThat(memberService1).isSameAs(memberService2);
}스프링 컨테이너를 사용하면, getBean()을 호출할 때마다 동일한 객체가 반환됩니다.
🌀 싱글톤 컨테이너 적용 후
스프링 컨테이너 덕분에 고객의 요청이 올 때 마다 객체를 생성하는 것이 아니라,
이미 만들어진 객체를 공유해서 효율적으로 재사용할 수 있습니다.
🔆 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 안됩니다.
무상태(stateless)로 설계해야합니다 !!
왜냐하면, 여러 요청이 같은 객체를 공유하기 때문입니다.
🌀 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;
}
}위 코드를 실행하면, 여러 클라이언트가 동일한 객체를 공유하기 때문에 데이터 충돌이 발생할 수 있습니다.
🎈 해결 방법
필드 대신 지역변수, 파라미터를 사용
무상태(stateless)로 설계
ThreadLocal 사용 (필요한 경우)
🔆 @Configuration과 바이트코드 조작의 마법
스프링 컨테이너는 싱글톤 레지스트리입니다. 따라서 스프링 빈이 싱글톤이 되도록 보장해줘야 합니다.
하지만, 스프링이 자바 코드까지 하는 것은 어려우므로 스프링은 클래스의 바이트코드를 조작하는 라이브러리를 사용합니다.
모든 비밀은 @Configuration을 적용한 AppConfig에 있습니다.
🌀 문제 사항
@Configuration
public class AppConfig {
@Bean
public MemberService memberService() {
return new MemberServiceImpl(memberRepository());
}
@Bean
public MemberRepository memberRepository() {
return new MemoryMemberRepository();
}
}위 코드에서는 memberRepository()가 여러 번 호출되므로,
각각 다른 객체가 생성될 것처럼 보입니다.
🌀 스프링이 싱글톤을 유지하는 방법
@Test
void configurationDeep() {
ApplicationContext ac = new AnnotationConfigApplicationContext(AppConfig.class);
AppConfig bean = ac.getBean(AppConfig.class);
System.out.println("bean = " + bean.getClass());
}
출력결과
bean = class hello.core.AppConfig$$EnhancerBySpringCGLIB$$bd479d70
스프링은 CGLIB (바이트코드 조작 기술)을 사용하여 객체가 여러 번 생성되지 않도록 보장합니다.
아래 그림은 스프링 컨테이너에서 @Configuration과 CGLIB를 활용한 싱글톤 보장 방식을 설명하는 다이어그램입니다.
🔸 1. 스프링 컨테이너와 AppConfig
그림의 오른쪽 박스는 스프링 컨테이너를 의미합니다.
스프링 컨테이너 안에는 appConfig 인스턴스가 존재하는데, 그 타입이 AppConfig@CGLIB입니다.
🔸 2. AppConfig와 CGLIB
원래 AppConfig 클래스는 사용자의 설정 정보를 담고 있는 일반적인 설정 클래스입니다.
하지만 스프링 컨테이너는 이 클래스를 직접 사용하지 않고, CGLIB이라는 바이트코드 조작 라이브러리를 이용해서 AppConfig의 프록시(Proxy) 클래스를 만듭니다.
그래서 AppConfig@CGLIB이 AppConfig를 상속한 새로운 클래스가 생성되고, 스프링 컨테이너 안에서는 이 프록시 객체를 사용하게 됩니다.
🔸 3. CGLIB 프록시가 하는 일
@Bean 메서드가 여러 번 호출되더라도, 스프링 컨테이너 안에서 이미 생성된 같은 인스턴스를 반환하도록 처리합니다.
예를 들어, memberRepository() 메서드가 여러 번 호출되더라도, 매번 새로운 객체를 생성하는 것이 아니라, 한 번 생성된 객체를 스프링 컨테이너에서 반환하도록 동작합니다.
정리
✔ 순수한 싱글톤 패턴은 단점이 많음 (코드 복잡, 유연성 부족, 테스트 어려움)
✔ 스프링 컨테이너는 CGLIB을 이용해 자동으로 싱글톤을 보장
✔ 스프링 빈은 항상 무상태(stateless)로 설계해야 안전
✔ @Configuration을 사용하면 자동으로 싱글톤 보장!
✔ 스프링 컨테이너 덕분에 불필요한 코드 없이 싱글톤 활용 가능!