[Spring] spring의 3대 특징

“토비의 스프링 3.1” 책을 읽으며, 한 문장 한 문장 자세히 공부해 보려고 한다.

1장은 오프젝트와 의존관계이다.

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spring의 3대 특징

spring의 3대 특징은 아래와 같다.

1. 제어의 역전(Inversion of Control) / 의존성 주입(Dependency Injection)
2. 관점 지향 프로그래밍 (Aspect Oriented Programming)
3. 서비스 추상화(PSA : Portable Service Abstraction)

📌 1. 제어의 역전(Inversion of Control) / 의존성 주입(Dependency Injection)

1-1. 제어의 역전이란?

class MemberController {
	private MemberRepository repo = new MemberRepository();
}

객체 지향 프로그래밍인 자바에서 클래스는 일반적인 경우 클래스 내에서 필요로 하는 의존성을 스스로 만들어 사용했다.

위의 예제를 보면 알 수 있듯이, new 연산자 를 통해 객체를 직접 생성하고 의존성을 맺는다.

그러나 제어의 역전이란 객체의 생성,설정,초기화,소멸 등의 과정을 개발자가 직접 관리하는 것이 아니라, 스프링 프레임워크가 객체의 생명주기를 모두 위임해서 관리하는 것을 의미한다.

스프링 프레임워크에서는 이 역할을  * 스프링 컨테이너가 해주는데, xml 파일이나 어노테이션 방식으로 스프링 컨테이너에 빈(객체)를 등록하기만 하면 된다.

* 스프링 컨테이너란?

스프링 컨테이너는 스프링 프레임워크의 핵심 부분으로, 빈(Bean)의 생성, 구성 및 관리를 담당한다.
"빈"은 스프링에서 관리하는 객체를 의미하는데, 스프링 컨테이너는 빈의 라이프사이클을 관리한다.

스프링 컨테이너의 주요 기능과 구성요소는 다음과 같다.
- 빈 팩토리 (Bean Factory): 빈 팩토리는 빈의 생성과 설정, 재사용, 라이프사이클 관리 등을 담당한다.
- 어플리케이션 컨텍스트 (Application Context): 어플리케이션 컨텍스트는 빈 팩토리를 확장한 것으로, 더 고급 기능을 제공한다.
- 스프링 표현 언어 (SpEL, Spring Expression Language): 스프링 표현 언어는 객체 그래프를 조회하고 조작하는 기능을 제공하는 표현 언어이다.

1-2. 의존성 주입이란?

의존성 주입은 제어의 역전의 구체적인 구현 방법 중 하나로 볼 수 있다.

• IoC 원칙을 구현하기 위한 여러 디자인 패턴 중 하나이다.
  
• 필요한 객체를 직접 생성하는 것이 아니라, 스프링 컨테이너가 빈으로 등록된 객체를 자동으로 주입시켜 의존성을 맺어주는 행위이다.
  
  
  
  

[Bean 등록 방법]

Bean 을 등록하는 방법에는 2가지가 있다.

첫번째는 컴포넌트 스캔을 이용하는 방법. (어노테이션 사용)

두번째는 XML 또는 자바의 설정파일을 활용해 직접 등록하는 방법.

1. 컴포넌트 스캔을 이용하는 방법
   
   아래는 컴포넌트 스캔을 통해 등록가능하며, 일반적으로 가장 많이 사용되는 어노테이션이다.
   
   • Component Scanning
      • @Component
         • @Controller
         • @Service
         • @Repository
         • @Configuration
   
   
   
   

2. Java 설정 파일 방법
   (XML을 사용하는 방법은 Spring Boot 가 나오기 전에 사용하는 방법으로 현재는 많이 사용하지 않으므로 설명은 생략한다.)
   
   

package org.zerock.controller;

import org.springframework.context.annotation.Bean;
import org.springframework.context.annotation.Configuration;

@Configuration //설정 관련 애노테이션
public class SampleConfig {
    @Bean // Bean으로 아래 객체 직접등록
    public SampleController sampleController(){
        return new SampleController();
    }
}

[의존성 주입의 3가지 방법]

1. 필드 주입 : 멤버 객체(필드)에 @Autowired 붙이는 방법
   
   
   • 단점 : 외부에서 변경이 불가능하여 테스트하기 어렵다.
     
     

     @Component
     public class SampleService {
     @Autowired
     private final MemberRepository memberRepository;
     }
     

     
     
     

2. Setter 주입(수정자 주입) : setter 메소드 위에 @Autowired 붙이는 방법 (메소드의 파라미로 받는 객체를 BeanFactory에서 가져옴)
   
   
   • 단점 : setXXX 메서드를 public으로 열어두어야 하기 때문에 언제 어디서든 변경이 가능하다.
            : 객체가 생성될 때 필요한 의존성이 주입되지 않아, 일시적으로 불완전한 상태에 있을 수 있다. 이는 런타임 시에 NullPointerException 등의 예외를 발생시킬 수 있다.
     
     

     @Controller
     public class SampleController {
     
       private SampleService sampleService;
     
       @Autowired
       public void setSampleService(SampleService sampleService) {
           this.sampleService = sampleService;
       }
     }
     

     
     
     => 필드 주입과 수정자 주입은 빈이 생성된 후에 참조를 하기 때문에, 의존성 주입 문제가 컴파일 타임에 발견되지 않고 런타임에 발생할 수 있다는 것을 의미한다.
     
     따라서 생성자를 통한 주입을 권장!!
     
     
     
     

3. 생성자 주입 : 객체가 생성될 때 생성자를 통해 의존성을 주입하는 방법이다. 생성자 주입은 주입받을 의존성을 생성자의 매개변수로 지정함으로써 구현된다.
   
   
   • 불변성 : 필드를 ‘final’로 선언할 수 있어 오류가 발생할 가능성을 줄여준다.
   • 순환 참조 방지 : 생성자를 통해 주입하고 실행하면 BeanCurrentlyInCreationException이 발생하게 된다.
     더 나아가서 의존 관계에 내용을 외부로 노출 시킴으로써 어플리케이션을 실행하는 시점에서 오류를 체크할 수 있다.
     
   • 테스트 용이
     
   • @Autowired 생략 가능 : 자바 8 이후, Spring 4.3 버전부터는 생성자가 1개만 존재하고 그 생성자로 주입받을 객체가 빈으로 등록되어 있다면 @Autowired를 생략해도 자동 주입된다.
     
     

@Service
public class SampleService {
    // Some service methods
}

@Controller
public class SampleController {

    private final SampleService sampleService;

    @Autowired
    public SampleController(SampleService sampleService) {
        this.sampleService = sampleService;
    }
}

[의존성 주입을 사용하는 이유? 장점?]

1. 테스트가 용이해진다:
   
   • 단위 테스트 용이: DI를 통해 객체의 의존성을 주입받게 되면, 테스트 시에 실제 객체 대신 모의 객체(mock object)나 스텁(stub)을 주입할 수 있다.
   • 테스트 격리: 각각의 컴포넌트나 서비스가 느슨하게 결합되어 있기 때문에, 특정 부분만을 독립적으로 테스트할 수 있다.
     
     
2. 코드의 재사용성을 높여준다:
   
   • 모듈화: DI를 사용하면 코드를 모듈화하기 쉬워진다. 특정 기능을 수행하는 코드를 분리하여 다른 프로젝트나 다른 부분에서도 재사용할 수 있다.
   • 공통 코드 추출: 공통된 기능을 가진 코드를 별도의 클래스나 메소드로 분리하고, 이를 필요한 곳에서 주입받아 사용함으로써 코드의 중복을 줄이고 재사용성을 높일 수 있다.
     
     
3. 객체 간의 의존성(종속성)을 줄이거나 없앨 수 있다:
   
   • 결합도 감소: 객체들이 서로에게 덜 종속적이 되므로, 하나의 변경이 다른 부분에 덜 영향을 미친다.
   • 코드 유지 관리 용이: 코드의 의존성이 줄어들면, 특정 코드의 변경이나 유지 관리가 더 쉽게 된다.
     
     
4. 객체 간의 결합도를 낮추면서 유연한 코드를 작성할 수 있다:
   
   • 유연한 코드 구조: DI를 사용하면 코드가 더 유연해진다. 이는 객체간의 결합도가 낮아지면 다양한 방식으로 객체를 조합하고 활용할 수 있기 때문이다.
   • 확장성: 느슨한 결합은 시스템의 일부분을 쉽게 교체하거나 확장할 수 있도록 해준다.

1-3. 제어의 역전 / 의존성 주입 정리

- Spring에서는 제어의 역전을 지원하여, 필요에 따라 개발자대신 스프링 컨테이너가 객체(Bean)들을 제어해준다.
- 스프링 컨테이너는 Bean들의 생명주기(생성 -> 의존성 설정 -> 초기화 -> 소멸)을 관리하며, 필요에 따라 객체 간 의존성 주입을 해준다.
- 제어의 역전은 의존성 주입의 상위 개념이다.
- 의존성 주입 방법 중 생성자 방법이 권장된다.
- 코드의 재사용성을 높이고 테스트가 용이해진다. 객체간의 의존성을 줄이며 유연하고 확장성있는 코드를 작성할 수 있다.

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📌 2. 관점 지향 프로그래밍 (Aspect Oriented Programming)

2-1. 관점 지향 프로그래밍이란?

객체 지향 프로그래밍(OOP)은 비지니스 로직의 모듈화가 핵심이다.
하지만 OOP의 설계방식으로는 다 해결할 수 없는 단점이 존재하는데 로깅이나 보안 및 트랜잭션 등 공통된 기능들이 흩어져 존재한다는 점이다.
이러한 문제를 해결하기 위해 AOP를 사용한다.

위의 이미지와 같이 클래스 A, B, C에서 공통적으로 나타나는 색깔 블록은 중복되는 메서드, 필드, 코드 등이다.
이때 예를 들어 클래스 A의 주황색 블록 부분을 수정해야 한다면 클래스 B, C의 주황색 부분도 일일이 찾아 수정해야 한다. 이는 SOLID원칙을 위배하며 유지보수를 어렵게 만든다.
이런 식으로 소스 코드상에서 계속 반복해서 사용되는 부분들을 흩어진 관심사(Crosscutting Concerns)라고 한다.

AOP는 서비스 전역에 흩어진 관심사(로깅,트랜잭션,보안 등)를 Aspect로 모듈화하고, 비즈니스 로직으로부터 분리하여 재사용하는 것이다.

2-2. AOP 적용방식

AOP의 적용 방식은 크게 3가지 방법이 있습니다.

컴파일 시점

• .java 파일을 컴파일러를 통해 .class를 만드는 시점에 부가 기능 로직을 추가하는 방식
  
• 모든 지점에 적용 가능
  
• AspectJ가 제공하는 특별한 컴파일러를 사용해야 하기 때문에 특별할 컴파일러가 필요한 점과 복잡하다는 단점
  
  

클래스 로딩 시점

• .class 파일을 JVM 내부의 클래스 로더에 보관하기 전에 조작하여 부가 기능 로직 추가하는 방식
  
• 모든 지점에 적용 가능
  
• 특별한 옵션과 클래스 로더 조작기를 지정해야하므로 운영하기 어려움
  
  

런타임 시점

• 스프링이 사용하는 방식
  
• 컴파일이 끝나고 클래스 로더에 이미 다 올라가 자바가 실행된 다음에 동작하는 런타임 방식
  
• 실제 대상 코드는 그대로 유지되고 프록시 객체를 통해 부가 기능이 적용
  
• 프록시는 메서드 오버라이딩 개념으로 동작하기 때문에 메서드에만 적용 가능 -> 스프링 빈에만 AOP를 적용 가능
  
• 특별한 컴파일러나, 복잡한 옵션, 클래스 로더 조작기를 사용하지 않아도 스프링만 있으면 AOP를 적용할 수 있기 때문에 스프링 AOP는 런타임 방식을 사용

2-3. AOP 용어

타겟(Target)

• 핵심 기능을 담고 있는 모듈로 타겟은 부가기능을 부여할 대상이 된다.
  
  

어드바이스(Advice)

• 어드바이스는 타겟에 제공할 부가기능을 담고 있는 모듈이다.
• Advice 관련 어노테이션
  • @Before : 어드바이스 타겟 메소드가 호출되기 전에 어드바이스 기능을 수행
    
  • @After : 타겟 메소드의 결과에 관계없이(성공, 예외 상관없이) 타겟 메소드가 완료되면 어드바이스 기능 수행
    
  • @AfterReturning (정상적 반환 이후) : 타겟 메소드가 성공적으로 결과값을 반환 후에 어드바이스 기능을 수행
    
  • @AfterThrowing (예외 발생 이후) : 타겟 메소드가 수행 중 예외를 던지게 되면 어드바이스 기능을 수행
    
  • @Around (메소드 실행 전 후) : 어드바이스가 타겟 메소드를 감싸서 타겟 메소드 호출 전, 후 어드바이스 기능을 수행 -> 스프링 배치의 beforeJob, afterJob과 비슷한 것 같다.
    
    

조인포인트(Join Point)

• 어드바이스가 적용될 수 있는 위치를 말한다.
• 타겟 객체가 구현한 인터페이스의 모든 메서드는 조인 포인트가 된다.
  
  

포인트 컷(Pointcut)

• 어드바이스를 적용할 타겟의 메서드를 선별하는 정규표현식이다.
• 포인트컷 표현식은 execution으로 시작하고 메서드의 Signature를 비교하는 방법을 주로 이용한다.
  
  

애스펙트(Aspect)

• 애스펙트는 AOP의 기본 모듈이다.
• 애스펙트 = 어드바이스 + 포인트컷
  
  

프록시 Proxy 객체

• 타겟을 감싸서 타겟의 요청을 대신 받아주는 랩핑(Wrapping) 오브젝트
• 클라이언트에서 타겟을 호출하면, 타겟을 감싸고 있는 프록시가 호출되어, 타겟 메소드 실행 전에 선처리, 타겟 메소드 실행 후 후처리를 실행시키도록 구성되어 있다.
• 프록시는 호출을 가로챈 후, 어드바이스에 등록된 기능을 수행 후 타겟 메소드를 호출한다.

2-4. 자주 사용하는 어노테이션

1. @Aspect: 클래스에 이 어노테이션을 붙여 해당 클래스가 Aspect임을 명시한다.
2. @Pointcut: 어떤 메서드가 advice를 받을 것인지를 지정한다.
3. @Before, @After, @Around 등: 어떤 시점에 advice가 실행될 것인지를 지정한다.

import org.aspectj.lang.annotation.Aspect;
import org.aspectj.lang.annotation.Before;
import org.aspectj.lang.annotation.Pointcut;
import org.springframework.stereotype.Component;

@Aspect
@Component
public class LoggingAspect {

    @Pointcut("execution(* com.example.service.*.*(..))")
    public void serviceMethods() {}

    @Before("serviceMethods()")
    public void logBefore() {
        System.out.println("Method is called");
    }
}

• 이 예제에서 LoggingAspect 클래스는 @Aspect 어노테이션이 붙어 있어 aspect 클래스임을 나타낸다.
  
• @Pointcut 어노테이션이 지정된 serviceMethods 메서드는 com.example.service 패키지의 모든 메서드에 대한 pointcut을 정의한다.
  
• @Before 어노테이션이 지정된 logBefore 메서드는 해당 pointcut에서 메서드 호출 전에 실행되는 advice를 정의한다.
  
• 여기서는 메서드 호출 전에 콘솔에 메시지를 출력한다.

2-5. AOP 특징

1. Spring은 프록시 기반 AOP를 지원한다.
   • Spring은 타겟(target) 객체에 대한 프록시를 만들어 제공한다.
     
   • 타겟을 감싸는 프록시는 실행시간(Runtime)에 생성된다.
     
   • 프록시는 어드바이스를 타겟 객체에 적용하면서 생성되는 객체이다.
     
     
     
2. 프록시(Proxy)가 호출을 가로챈다(Intercept)
   • 프록시는 타겟 객체에 대한 호출을 가로챈 다음 어드바이스의 부가기능 로직을 수행하고 난 후에 타겟의 핵심기능 로직을 호출한다.(전처리 어드바이스)
     
   • 또는 타겟의 핵심기능 로직 메서드를 호출한 후에 부가기능(어드바이스)을 수행하는 경우도 있다.(후처리 어드바이스)
     
     
     
3. Spring AOP는 메서드 조인 포인트만 지원한다.
   • Spring은 동적 프록시를 기반으로 AOP를 구현하므로 메서드 조인 포인트만 지원한다.
     
   • 핵심기능(타겟)의 메서드가 호출되는 런타임 시점에만 부가기능(어드바이스)을 적용할 수 있다.
     
   • 반면에 AspectJ 같은 고급 AOP 프레임워크를 사용하면 객체의 생성, 필드값의 조회와 조작, static 메서드 호출 및 초기화 등의 다양한 작업에 부가기능을 적용 할 수 있다.

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📌 3. 서비스 추상화(PSA : Portable Service Abstraction)

3-1. 서비스 추상화(PSA) 란?

어떤 기술을 내부에 숨기고 개발자에게 편의성을 제공해주는 것이 서비스 추상화(Service Abstraction)이다.

서비스 추상화를 통해 특정 환경이나 서버, 기술에 종속되지 않으며 유연한 어플리케이션 개발이 가능하다.

Spring Web MVC, Spring Transaction, Spring Cache 등이 있다.



spring에서 servlet 기반으로 어플리케이션을 만들고 있음에도 불구하고, servlet 코드는 전혀 보이지 않는다.

controller만 봐도 @GetMapping, @PostMapping 등의 어노테이션을 통해 편하게 개발한다.

그 기반에는 sevlet 기반으로 코드가 구현되는 것이다.



transaction도 마찬가지이다.

원래 JDBC를 사용할 때는 다음과 같이 auto commit 을 꺼야한다.

이후 명시적으로 commit 을 호출하면서 transaction 처리를 할 수 있다.

dbConnection.setAutoCommit(false);
~~
dbConnection.commit()

그러나 spring에서는 @Transaction 어노테이션을 메서드에 추가하면 알아서 Transaction 처리가 된다.

즉, 내부적으로 복잡함을 감춘 것이다.

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참고링크 |

• [Spring] 의존성 주입, 제어의 역전
• 의존성 주입 방법
• [Spring] 00. Spring Triangle 스프링의 핵심 3대 요소
• 의존성 주입 3가지 방법 - (생성자 주입, Field 주입, Setter 주입)
• [Spring] AOP(Aspect Oriented Programming)란? 스프링 AOP란?
• Spring AOP, Aspect 개념 특징, AOP 용어 정리
• Spring - AOP 총정리