토비의 스프링 1장 (오브젝트와 의존관계)

스프링

스프링은 자바 엔터프라이즈 애플리케이션 개발에 사용되는 프레임워크다. 애플리케이션 프레임워크는 애플리케이션 개발을 빠르고 효율적으로 할 수 있도록 애플리케이션의 바탕이 되는 틀과 공통 프로 그래밍 모델, 기술 API 등을 제공해준다.

스프링은 스프링 컨테이너 또는 애플리케이션 컨텍스트라고 불리는 스프링 런타임 엔진을 제공한다. 스프링 컨테이너는 설정정보를 참고로 해서 애플리케이션을 구성하는 오브젝트를 생성하고 관리한다.

스프링은 세 가지 핵심 프로그래밍 모델을 지원한다.

• IOC/DI : 오브젝트의 생명주기와 의존관계에 대한 프로그래밍 모델
• 서비스 추상화 : 환경이나 서버, 특정 기술에 종속되지 않고 이식성이 뛰어나며 유연한 애플리케이션을 만들 수 있다.
• AOP : 애플리케이션 코드에 산재해서 나타나는 부가적인 기능을 독립적으로 모듈화하는 프로그래밍 모델

자바빈

다음과 같은 두 가지 관례를 따라 만들어진 오브젝트를 말한다. 간단히 빈이라고 부르기도 한다.

• 디폴트 생성자 : 자바빈은 파라미터가 없는 디폴트 생성자를 갖고 있어야 한다. 툴이나 프레임워크에서 리플렉션을 이용해 오브젝트를 생성하기 때문에 필요하다.
• 프로퍼티 : 자자빈이 노출하는 이름을 가진 속성을 프로퍼티라고 한다. 프로퍼티는 setter와 getter를 이용해 수정 또는 조회할 수 있다.

디자인 패턴 : 소프트웨어 설계 시 특정 상황에서 자주 만나는 문제를 해결하기 위해 사용할 수 있는 재사용 가능한 솔루션. 주로 객체지향 설계에 관한 것이고, 대부분 객체지향적 설계 원칙을 이용해 문제를 해결한다.

• 템플릿 메소드 패턴
  상속을 통해 슈퍼클래스의 기능을 확장할 때 사용하는 가장 대표적인 방법이다. 변하지 않는 기능은 슈퍼클래스에 만들어두고 자주 변경되며 확장할 기능은 서브클래스에 만들도록 한다. 슈퍼클래스에서는 미리 추상메소드 또는 오버라이드 가능한 메소드를 정의해두고 이를 활용해 코드의 기본 알고리즘을 담고 있는 템플릿 메소드를 만든다.
• 팩토리 메소드 패턴
  슈퍼클래스 코드에서는 서브클래스에서 구현할 메소드를 호출해서 필요한 타입의 오브젝트를 가져와 사용한다. 이 메소드는 주로 인터페이스 타입으로 오브젝트를 리턴하므로 서브클래스에서 정확히 어떤 클래스의 오브젝트를 만들어 리턴할지는 슈퍼클래스에서는 알지 못한다. 팩토리 메소드와 메소드 패턴의 팩토리 메소드는 의미가 다르므로 혼동하지 않도록 주의해야 한다.

클래스 사이의 관계와 오브젝트 사이의 관계를 구분할 수 있어야 한다.

• 클래스 사이의 관계 : 코드에 다른 클래스의 이름이 나타나기 때문에 만들어지는 것이다.
• 오브젝트 사이의 관계 : 코드에서는 특정 클래스를 전혀 알지 못하더라도 해당 클래스가 구현한 인터페이스를 사용했다면, 그 클래스의 오브젝트를 인터페이스 타입으로 받아서 사용할 수 있다.

개방 폐쇄 원칙 (OCP, Open-Closed Principle)

클래스나 모듈은 확장에는 열려 있어야 하고 변경에는 닫혀 있어야 한다. 인터페이스를 사용해 확장 기능을 정의한 대부분의 API는 바로 이 개방 폐쇄 원칙을 따른다.

개방 폐쇄 원칙은 높은 응집도와 낮은 결합도라는 소프트웨어 개발의 고전적인 원리로도 설명이 가능하다.

전략 패턴

개방 폐쇄 원칙의 실현에도 가장 잘 들어맞는 패턴이다. 전략 패턴은 자신의 기능 맥락(context)에서, 필요에 따라 변경이 필요한 알고리즘(독립적인 책임으로 분리가 가능한 기능)을 인터페이스를 통해 통째로 외부로 분리시키고, 이를 구현한 구체적인 알고리즘 클래스를 필요에 따라 바꿔서 사용할 수 있게 하는 디자인패턴이다.

전략 패턴의 적용방법을 보면 클라이언트의 역할이 잘 설명되어 있다. 컨텍스트를 사용하는 클라이언트는 컨텍스트가 사용할 전략을 컨텍스트의 생성자 등을 통해 제공해주는게 일반적이다.

제어의 역전 (IOC, Inversion Of Control)
제어의 역전이라는 건, 간단히 프로그램의 제어 흐름 구조가 뒤바뀌는 것이다. 제어의 역전에서는 오브젝트가 자신이 사용할 오브젝트를 스스로 선택하지 않는다. 당연히 생성하지도 않는다. 또 자신도 어떻게 만들어지고 어디서 사용되는지를 알 수 없다. 모든 제어 권한을 자신이 아닌 다른 대상에게 위임하기 때문이다.

서블릿이나 JSP, EJB처럼 컨테이너 안에서 동작하는 구조는 간단한 방식이긴 하지만 제어의 역전 개념이 적용되어 있다고 볼 수 있다.

프레임워크도 제어의 역전 개념 적용된 대표적인 기술이다. 라이브러리와 프레임워크의 차이점에 대해 설명하면, 라이브러리를 사용하는 애플리케이션 코드는 애플리케이션 흐름을 직접 제어한다. 단지 동작하는 중에 필요한 기능이 있을 때 능동적으로 라이브러리를 사용할 뿐이다. 반면에 프레임워크는 거꾸로 애플리케이션 코드가 프레임워크에 의해 사용된다. 보통 프레임워크 위에 개발한 클래스를 등록해주고, 프레임워크가 흐름을 주도하는 중에 개발자가 만든 애플리케이션 코드를 사용하도록 만드는 방식이다.

제어의 역전에서는 프레임워크 또는 컨테이너와 같이 애플리케이션 컴포넌트의 생성과 관계설정, 사용, 생명주기 관리 등을 관장하는 존재가 필요하다. 스프링은 IoC를 모든 기능의 기초가 되는 기반기술로 삼고 있으며, IoC를 극한까지 적용하고 있는 프레임워크다.

스프링의 IoC

오브젝트 팩토리를 이용한 스프링 IoC

스프링에서는 스프링이 제어권을 가지고 직접 만들고 관계를 부여하는 오브젝트를 빈(bean)이라고 부른다. 자바빈 또는 엔터프라이즈 자바빈(EJB)에서 말하는 빈과 비슷한 오브젝트 단위의 애플리케이션 컴포넌트를 말한다. 동시에 스프링 빈은 스프링 컨테이너가 생성과 관계설정, 사용 등을 제어해주는 제어의 역전이 적용된 오브젝트를 가리키는 말이다.

스프링에서는 빈의 생성과 관계설정 같은 제어를 담당하는 IoC 오브젝트를 빈 팩토리(bean factory)라고 부른다. 보통 빈 팩토리보다는 이를 좀 더 확장한 애플리케이션 컨텍스트(applcation context)를 주로 사용한다.

애플리케이션 컨텍스트는 그 자체로는 애플리케이션 로직을 담당하지는 않지만 IoC 방식을 이용함으로써, 별도의 정보를 참고해서 빈의 생성과 관계설정 등의 제어 작업을 총괄한다.

• **@Configuration **: 애플리케이션 컨텍스트 또는 빈 팩토리가 사용할 설정정보라는 표시
• @Bean : 오브젝트 생성을 담당하는 IoC용 메소드라는 표시

애플리케이션 컨텍스트는 ApplicationContext 타입의 오브젝트다. ApplicationContext를 구현한 클래스는 여러 가지가 있는데 DaoFactory처럼 @Configuration이 붙은 자바 코드를 설정정보로 사용하려면 AnnotationConfigApplicationContext를 이용하면 된다.

getBean() 메소드는 ApplicationContext가 관리하는 오브젝트를 요청하는 메소드다. getBean()은 기본적으로 Object 타입으로 리턴하게 되어 있어서 매번 리턴되는 오브젝트에 다시 캐스팅을 해줘야 하는 부담이 있다. 그러나 자바 5 이상의 제네릭 메소드 방식을 사용해 getBean()의 두 번째 파라미터에 리턴 타입을 주면, 지저분한 캐스팅 코드를 사용하지 않아도 된다.

오브젝트 팩토리에서 사용했던 IoC 원리를 그대로 적용하는데 애플리케이션 컨텍스트를 사용하는 이유는 범용적이고 유연한 방법으로 IoC 기능을 확장하기 위해서다. 애플리케이션 컨텍스트를 사용했을 때 얻을 수 있는 장점은 다음과 같다.

• 클라이언트는 구체적인 팩토리 메서드를 알 필요가 없다.
• 애플리케이션 컨텍스트는 종합 IoC 서비스를 제공해준다.
• 애플리케이션 컨텍스트는 빈을 검색하는 다양한 방법을 제공한다.

스프링 IoC의 용어 정리

• 빈
  빈 또는 빈 오브젝트는 스프링이 IoC 방식으로 관리하는 오브젝트라는 뜻이다. 주의할 점은 스프링을 사용하는 애플리케이션에서 만들어지는 모든 오브젝트가 다 빈은 아니라는 사실이다. 그 중에서 스프링이 직접 그 생성과 제어를 담당하는 오브젝트만을 빈이라고 부른다.
• 빈 팩토리
  스프링의 IoC를 담당하는 핵심 컨테이너를 말한다. 빈을 등록하고, 생성하고, 조회하고 돌려주고, 그 외에 부가적인 빈을 관리하는 기능을 담당한다.
• 애플리케이션 컨텍스트
  빈 팩토리를 확장한 IoC.컨테이너다. 스프링이 제공하는 각종 부가 서비스를 추가로 제공한다. 애플리케이션 컨텍스트 오브젝트는 하나의 애플리케이션에서 보통 여러 개가 만들어져 사용된다.
• 설정정보/설정 메타정보
  스프링의 설정정보란 애플리케이션 컨텍스트 또는 빈 팩토리가 IoC를 적용하기 위해 사용하는 메타정보를 말한다. IoC 컨테이너에 의해 관리되는 애플리케이션 오브젝트를 생성하고 구성할 때 사용된다.
• 컨테이너 또는 IoC 컨테이너
  IoC 방식으로 빈을 관리한다는 의미에서 애플리케이션 컨텍스트나 빈 팩토리를 컨테이너 또는 IoC 컨테이너라고도 한다. 그냥 컨테이너 또는 스프링 컨테이너라고 할 때는 애플리케이션 컨텍스트를 가리키는 것이라고 보면 된다.

싱글톤 레지스트리로서의 애플리케이션 컨텍스트

오브젝트의 동일성과 동등성

자바에서는 두 개의 오브젝트가 같은가라는 말을 주의해서 써야 한다. 자바에서는 두개의 오브젝트가 완전히 같은 동일한 오브젝트라고 말하는 것(동일성)과, 동일한 정보를 담고 있는 오브젝트라고 말하는 것(동등성)은 분명한 차이가 있다. 물론 동일한 오브젝트는 동등하기도 하다.

동일성은 == 연산자로, 동등성은 equals() 메소드를 이용해 비교한다.

스프링의 애플리케이션 컨텍스트는 기존에 직접 만든 오브젝트 팩토리와는 중요한 차이점이 있다. 스프링은 내부에서 생성하는 빈 오브젝트를 모두 싱글톤으로 만든다는 것이다. 애플리케이션 컨텍스트는 싱글톤을 저장하고 관리하는 싱글톤 레지스트리이기도 하다.

스프링은 기본적으로 별다른 설정을 하지 않으면 내부에서 생성하는 빈 오브젝트를 모두 싱글톤으로 만든다. (디자인 패턴에서 나오는 싱글톤 패턴과 비슷한 개념이지만 그 구현 방법은 확연히 다르다.)

싱글톤 패턴의 한계

일반적인 싱글톤 패턴 구현 방식에는 다음과 같은 문제(한계)가 있다.

• private 생성자를 갖고 있기 때문에 상속할 수 없다.
• 싱글톤은 테스트하기가 힘들다.
• 서버환경에서는 싱글톤이 하나만 만들어지는 것을 보장하지 못한다.
• 싱글톤의 사용은 전역 상태를 만들 수 있기 때문에 바람직하지 못하다.

싱글톤 레지스트리

스프링은 서버환경에서 싱글톤이 만들어져서 서비스 오브젝트 방식으로 사용되는 것은 적극 지지한다. 그러나 자바의 기본적인 싱글톤 패턴의 구현 방식은 여러 가지 단점이 있기 때문에, 스프링은 직접 싱글톤 형태의 오브젝트를 만들고 관리하는 기능을 제공한다. 그것이 바로 싱글톤 레지스트리다

싱글톤 레지스트리의 장점은 스태틱 메소드와 private 생성자를 사용해야 하는 비정상적인 클래스가 아니라 평범한 자바 클래스를 싱글톤으로 활용하게 해준다는 것이다.

스프링의 싱글톤 레지스트리 덕분에 싱글톤 방식으로 사용될 애플리케이션 클래스라도 public 생성자를 가질 수 있다.

싱글톤과 오브젝트의 한계

싱글톤은 멀티스레드 환경이라면 여러 스레드가 동시에 접근해서 사용할 수 있다. 따라서 상태 관리에 주의를 기울여야 한다. 기본적으로 싱글톤이 멀티스레드 환경에서 서비스 형태의 오브젝트로 사용되는 경우에는 상태정보를 내부에 갖고 있지 않은 무상태(stateless) 방식으로 만들어져야 한다.

무상태 방식으로 만들기 위해서는 메소드 안에서 생성되는 로컬 변수를 사용하면 된다. 로컬 변수는 매번 새로운 값을 저장할 독립적인 공간이 만들어지기 때문에 싱글톤이라고 해도 여러 스레드 변수의 값을 덮어쓸 일은 없다.

따라서 스프링의 싱글톤 빈으로 사용되는 클래스를 만들 때는 개별적으로 바뀌는 정보는 로컬 변수로 정의하거나, 파라미터로 주고받으면서 사용하게 해야 한다.

그러나, 자신이 사용하는 다른 싱글톤 빈을 저장하려는 용도라면 인스턴스 변수를 사용해도 좋다. 스프링이 한 번 초기화해주고 나면 이후에는 수정되지 않기 때문에 멀티스레드 환경에서 사용해도 아무런 문제가 없다.

스프링 빈의 스코프

스프링이 관리하는 오브젝트, 즉 빈이 생성되고, 존재하고, 적용되는 범위를 빈의 스코프(scope)라고 한다. 스프링 빈의 기본 스코프는 싱글톤이다.

경우에 따라서는 싱글톤 외의 스코프를 가질 수 있다. 그 예로 웹을 통해 새로운 HTTP 요청이 생길 때마다 생성되는 요청(request) 스코프가 있고, 웹의 세션과 스코프가 유사한 세션(session) 스코프도 있다.

의존관계 주입 (DI)

IoC가 매우 느슨하게 정의돼서 폭넓게 사용되는 용어이기 때문에 스프링을 IoC 컨테이너라고만 해서는 스프링이 제공하는 기능의 특징을 명확하게 설명하지 못한다.

그래서 스프링이 제공하는 IoC 방식을 핵심을 짚어주는 의존관계 주입(Dependency Injection)이라는, 좀 더 의도가 명확한 이름을 사용하기 시작했다.

스프링이 다른 프레임워크와 차별화돼서 제공해주는 기능은 의존관계 주입이라는 새로운 용어를 사용할 때 분명하게 드러난다.

DI는 오브젝트 레퍼런스를 외부로부터 제공(주입)받고 이를 통해 다른 오브젝트와 다이내믹하게 의존관계가 만들어지는 것이 핵심이다.

런타임 의존관계 설정

모델이나 코드에서 클래스와 인터페이스를 통해 드러나는 의존관계 말고, 런타임 시에 오브젝트 사이에서 만들어지는 의존관계도 있다. 설계 시점의 의존관계가 실체화된 것이다.

런타임 시에 의존관계를 맺는 대상, 즉 실제 사용대상인 오브젝트를 의존 오브젝트라고 한다.

의존관계 주입은 구체적인 의존 오브젝트와 그것을 사용할 주체, 보통 클라이언트라고 부르는 오브젝트를 런타임 시에 연결해주는 작업을 말한다.

의존관계 주입이란 다음의 세 가지 조건을 충족하는 작업을 말한다.

• 클래스 모델이나 코드에는 런타임 시점의 의존관계가 드러나지 않는다. 그러기 위해서는 인터페이스에만 의존하고 있어야 한다.
• 런타임 시점의 의존관계는 컨테이너나 팩토리 같은 제3의 존재가 결정한다.
• 이존관계는 사용할 오브젝트에 대한 레퍼런스를 외부에서 제공(주입)해줌으로써 만들어진다.

의존관계 주입의 핵심은 설계 시점에는 알지 못했던 두 오브젝트의 관계를 맺도록 도와주는 제3의 존재가 있다는 것이다. 스프링의 애플리케이션 컨텍스트, 빈 팩토리, IoC 컨테이너 등이 모두 외부에서 오브젝트 사이의 런타임 관계를 맺어주는 책임을 지닌 제 3의 존재이다.

DI는 자신이 사용할 오브젝트에 대한 선택과 생성 제어권을 외부로 넘기고 자신은 수동적으로 주입받은 오브젝트를 사용한다는 점에서 IoC의 개념에 잘 들어맞는다.

의존관계 검색과 주입

스프링이 제공하는 IoC 방법에는 의존관계 주입만 있는 것이 아니다.

의존관계를 맺는 방법이 외부로부터의 주입이 아니라 스스로 검색을 이용하기 때문에 의존관계 검색이라고 불리는 것도 있다. 의존관계 검색은 자신이 필요로 하는 의존 오브젝트를 능동적으로 찾는다.

의존관계 검색은 런타임 시 의존관계를 맺을 오브젝트를 결정하는 것과 오브젝트의 생성작업은 외부 컨테이너에게 IoC로 맡기지만, 이를 가져올 때는 메소드나 생성자를 통한 주입 대신 스스로 컨테이너에게 요청하는 방법을 사용한다.

스프링의 IoC와 DI 컨테이너를 적용했다고 하더라도 애플리케이션의 기동 시점에서 적어도 한 번은 의존관계 검색 방식을 사용해 오브젝트를 가져와야 한다. static 메소드인 main()에서는 DI를 이용해 오브젝트를 주입받을 방법이 없기 때문이다.

의존관계 검색(DL)과 의존관계 주입을 적용할 때 발견할 수 있는 중요한 차이점이 하나 있다. 의존관계 검색 방식에서는 검색하는 오브젝트는 자신이 스프링의 빈일 필요가 없다.

반면에 의존관계 주입에서는 오브젝트 사이에 DI가 적용되려면 반드시 두 오브젝트 모두 컨테이너가 만드는 빈 오브젝트여야 한다.

참고

토비의 스프링 3.1 Vol. 1 스프링의 이해와 원리