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static 메소드 vs @component 메소드 (feat.싱글톤 패턴)

Posted Jul 8, 2022
By Huey-J
11 min read

들어가며

스프링 프로젝트를 하면서 공통 클래스(예를 들면 유틸 클래스)를 만들 때 보통 static 방식과 @Component방식을 자주 사용합니다.

이번 포스트에서는 이 두 방식의 차이점과 장단점을 살펴보고 각각 어느 상황에 써야 더 효율적이고 스프링다운지 알아보도록 합시다.

예시 상황

예시로 상황을 그려봅시다. 스프링 프로젝트를 진행하면서 공통으로 사용할 클래스(예를 들면 util 함수)를 추가하고자 합니다.

이 때 우리는 아래와 같이 간단하게 static 클래스를 통해 해결할 수 있습니다.

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public class StringUtil {

  public static String getOnlyNumerics(String str) {
    return str.replaceAll("[^0-9]", "");
  }
}

@Service
public class service {

  public void tmp() {
    System.out.println(StringUtil.getOnlyNumerics("hello 123 world"));
  }
}

또는 @component 어노테이션을 붙혀 빈으로 등록하거나 static 클래스로 선언하는 방법이 있습니다.

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@Component
public class StringUtil {

  public String getOnlyAlphabet(String str) {
    return str.replaceAll("[^a-zA-Z]", "");
  }
}

@Service
public class service {

  @Autowired
  private StringUtil stringUtil;

  public void tmp() {
    System.out.println(stringUtil.getOnlyNumerics("hello 123 world"));
  }
}

위에서 살펴본 두 방식은 생긴것도 다르지만 내부적으로는 훨씬 다릅니다.

Static? Singleton?

싱글톤 패턴(Singleton Pattern)이란 인스턴스가 오직 하나만 생성되는 것을 보장하고 어디에서든 이 인스턴스에 접근할 수 있도록 하는 디자인 패턴 이다. (출처: 해시넷 위키)

Singleton

@Component 어노테이션을 통해 생성한 객체는 빈으로 등록되어 IoC 컨테이너에서 관리됩니다. 그리고 스프링 컨테이너는 등록된 스프링 빈들을 모두 싱글톤으로 관리합니다.

즉 @Component 어노테이션을 붙힌 클래스는 스프링의 싱글톤 패턴을 통해 관리된다는 의미가 됩니다.

따라서 어디서든 접근 가능한 IoC 컨테이너에 저장이 되며 애플리케이션이 시작될 당시 최초로 한 번만 메모리에 할당됩니다.

Static

static은 인스턴스 변수를 클래스 변수로 만들어 줍니다. 이를 통해 클래스명.메소드명을 통해 해당 메소드에 접근할 수 있게 됩니다. 마치 클래스명.변수명 처럼 말이죠.

static 키워드를 통해 생성된 정적 멤버들은 Heap영역이 아닌 Static 영역에 할당됩니다.

해당 영역에 할당된 메모리는 모든 객체가 공유하여 하나의 멤버를 어디서든지 참조할 수 있는 장점을 가지지만 Garbage Collector의 관리 영역 밖에 존재하기에 static영역에 있는 멤버들은 프로그램의 종료시까지 메모리가 할당된 채로 존재하게 됩니다.

그렇기에 static을 너무 남발하게 되면 만들고자 하는 시스템 성능에 악영향을 줄 수 있습니다.

static에 대해 좀 더 이해가 필요하면 여기에 간단히 정리가 되어있으니 참고해주세요~

차이점

아래에서는 편의상 @Component 어노테이션 등으로 스프링 컨테이너에 등록한 빈(POJO)을 싱글톤이라고 명명합니다. 실제로는 이 둘의 정의가 조금 다르니 꼭 참고하시길 바랍니다.

1. 저장 방식

싱글톤은 다른 인스턴스 클래스들과 마찬가지로 힙 영역에 저장됩니다. 이를 통해 애플리케이션에서 필요할 때 마다 싱글톤 객체를 불러올 수 있다는 장점을 가집니다.

하지만 static 클래스는 위에서 언급했듯 컴파일 시 스택에 할당됩니다. 따라서 이를 JVM에서 접근하기 위해선 항상 새로 불러와야 하는 단점이 있습니다.

2. 런타임 다형성

static 키워드를 통해 정의한 정적 메소드는 컴파일시 해석되기 때문에 애플리케이션을 종료하기 전까지는 재정의할 수 없습니다.

반면 싱글톤은 다른 기본 클래스와 마찬가지로 런타임 내에 재정의될수있습니다.

쉽게 예제코드로 살펴봅시다.

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public class SuperUtility {

    public static String echoIt(String data) {
        return "원본";
    }
}

public class SubUtility extends SuperUtility {

    public static String echoIt(String data) {
        return data;
    }
}

위와 같이 “원본”을 출력하는 SuperUtility.echoIt과 이를 상속받아 재정의하는 SubUtility.echoIt이 있습니다. 그렇다면 SuperUtility.echoIt("입력")의 출력값은 뭐가 될까요?

정답은 “원본”이 됩니다. 반대로 SubUtility.echoIt("입력")의 출력값은 “입력”이 됩니다.

이와는 대조적으로 싱글톤 클래스는 런타임 다형성을 가진다고 하였습니다. 이것도 예제코드로 살펴봅시다.

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public class MyLock {

    protected String takeLock(int locks) {
        return "Taken Specific Lock";
    }
}

public class SingletonLock extends MyLock {

    // private constructor and getInstance method

    @Override
    public String takeLock(int locks) {
        return "Taken Singleton Lock";
    }
}

@Test
public void whenSingletonDerivesBaseClass_thenRuntimePolymorphism() {
    MyLock myLock = new MyLock();
    Assert.assertEquals("Taken Specific Lock", myLock.takeLock(10));
    myLock = SingletonLock.getInstance();
    Assert.assertEquals("Taken Singleton Lock", myLock.takeLock(10));
}

위 테스트코드는 모두 통과합니다. 런타임 안에서 해당 메소드 내용이 변경된 것이죠.

즉 싱글톤은 런타임 다형성을 가진다고 볼 수 있습니다.

기타 차이점

  • 변수 상태
    • 싱글톤 클래스: 인스턴스 변수이므로 다른 객체와 마찬가지로 해당 변수 상태를 유지할 수 있음
    • static 클래스: 클래스 변수와 static 메소드만 가지므로 특정 상태를 가지지 않음
  • 직렬화
    • 싱글톤 클래스: 직렬화 가능
    • static 클래스: 직렬화 불가능
  • 효율성
    • 앞서 말했듯 static 클래스는 초기화가 필요하지 않습니다. 이 덕분에 컴파일 시 정적 바인딩을 통해 싱글톤보다 효율적이고 더 빠른 경향이 있습니다.
    • 하지만 static 메소드는 객체보다 클래스와 더 밀접하다고 볼 수 있기 때문에 단위 테스트 시 mocking 하거나 dummy나 stub으로 덮어씌우는게 어려워진다는 문제가 있습니다.
    • 싱글톤의 경우 느리더라도 필요할 때만 불러와 상태를 유지하며 사용할 수 있습니다.

Conclusion

여기에서 권남님이 정의해주신 말이 있다.

static 함수 모음 클래스의 모든 함수는 인자가 동일할 경우 항상 동일한 결과를 리턴해야 한다. 이 규칙을 지킬 수 없으면 POJO Bean으로 만들라.

즉 static은 외부 자원(예를 들면 데이터 베이스)에 하나도 의존하면 안된다는 것이다.

그렇다면 가장 맨 처음 봤던 StringUtil 클래스는 static일까? 싱글톤일까?

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public class StringUtil {

  public String getOnlyNumerics(String str) {
    return str.replaceAll("[^0-9]", "");
  }
}

간단하게 위에서 언급한 정의대로 생각해보자.

Q. StringUtil 내에 있는 메소드는 항상 동일한 결과를 반환하는가?
A. Yes.

따라서 해당 클래스는 static 클래스로 정의하는 것이 올바르다.

다른 예시를 들어보자.

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public class Util {

  @Autowired
  private UserRepository userRepository;

  public boolean isEmailDuplicated(String email) {
    Optional user = userRepository.findByEmail(email).orElse(null);
    return (user == null);
  }
}

해당 클래스의 isEmailDuplicated 데이터베이스에서 해당 메일로 가입된 유저가 있는지 확인하는 메소드이다.

너무 쉬운 예시인 듯 하지만 해당 메소드는 외부 자원인 데이터베이스에 저장된 값에 따라 결과값이 달라지므로 @Component 어노테이션을 통해 선언하는게 올바르다.

References

https://www.baeldung.com/java-static-class-vs-singleton
https://enterkey.tistory.com/300
https://www.geeksforgeeks.org/difference-between-singleton-pattern-and-static-class-in-java
https://okky.kr/article/291799
http://kwon37xi.egloos.com/4844149
https://stackoverflow.com/questions/13746080/spring-or-not-spring-should-we-create-a-component-on-a-class-with-static-meth

backend, spring
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This post is licensed under CC BY 4.0 by the author.
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