Singleton Pattern과 Inversion of Control

Singleton Pattern

Instance가 생성될때 오직 하나의 Instance가 생성되는 것을 보장하는 것을 목표로 하는 디자인 패턴. 

SingleTon Pattern의 여러 Client들이 접근하는 객체를 하나의 메모리 공간에서 관리할 수 있기 때문에 메모리 효율성이 좋고 객체의 상태관리를 하기에 용이하다.

하지만 이러한 Singleton Pattern은 Application Level에서의 Global State로써 동작하기 때문에 복잡한 의존성 관리와 멀티쓰레드 상황에서 쓰레드 안정성이 주된 단점으로 뽑히게 된다.

이러한 Singleton Pattern의 단점을 보완하기 위해 적용하는 것이 Inversion of Control 패턴이다.

Inversion of Control

객체의 의존성 관리 및 주기를 외부 컨테이너등에서 관리하게 하는 디자인 원칙 중에 하나이다.

IoC를 사용하게 되면 위에서 언급한 복잡한 의존성 관리나 Instance 생성시 생기는 Race Condition이 IoC Container에 위임되기 때문에

객체의 생성과 그 객체간의 느슨한 결합으로 이어지게 되고 이에 따라 안정적인 객체의 Life Cycle을 관리할 수 있게 된다.

IoC에서 객체의 의존성 관리

1. DI(Dependency Injection)

객체에 필요한 의존성을 외부에서 주입 받는 방식을 의미한다. 즉 생성자, 메소드, 필드 등을 이용해서 해당 객체의 의존성을 주입하게 된다.

따라서 객체는 자신의 의존성을 직접적으로 관리하지 않고 런타임 환경에서 객체의 설정을 변경할 수 있다.

2. DL(Dependency Lookup)

객체가 자신이 필요한 의존성을 의존성 컨테이너나 서비스 레지스트리에 직접적으로 등록하는 방식으로 객체가 스스로 의존성을 관리해야한다.

위 2가지 방법 중에 객체가 자신의 의존성을 직접적으로 관리하게 되면서 생기는 결합도 증가, 코드 복잡도 증가, 테스트의 어려움으로 인해 Spring Container는 DI방식을 채택하고 있다.

Spring에서 IoC Container

Spring에서는 객체를 Bean으로 등록하게 되면 Spring Container가 해당 객체의 생성주기를 관리하게 된다.
Spring Container를 이용하는 방식에는 2가지가 있다.

Bean Factory

BeanFactory는 Spring IoC 컨테이너 중에 가장 기본적인 형태로 Configuration파일을 읽고 객체를 관리해주는다. 이들은 기본적으로 LazyLoading을 지원하게 된다.

ApplicationContext

BeanFactory의 확장된 기능을 제공한다. 빈의 전체 생명 주리를 관리해주는 것 뿐만 아니라 이벤트 전파, 리소스 로딩, AOP지원 등 지원한다.

public interface ApplicationContext extends EnvironmentCapable, ListableBeanFactory, HierarchicalBeanFactory,
MessageSource, ApplicationEventPublisher, ResourcePatternResolver

 

- Bean 관리 : BeanFactory와 같은 방식으로 빈에 대한 설정을 읽고 내부 구조에 저장하게 된다. 이후 Eager Loading을 통해 컨테이너에 빈을 등록함으로써 런타임시 성능을 향상시켜준다.

- 의존성 주입 : 생성자 주입, 새터 주입 등을 통해 DI가 이뤄진다.

- 이벤트 처리 및 AOP 지원 : 이벤트 리스터와 훅을 등록하여 빈의 생명주기 이벤트를 처리하고 AOP지원을 통해 트랜잭션 관리나 보안등의 기능을 제공한다.(ApplicationEventPublisher)

- 리소스 로딩 : 필요한 파일등을 로딩하는 메커니즘을 지원한다.(ResourcePatternResolver)

- 국제화 지원 : 다양한 언어 지원을 위해 메시지 소스를 관리한다.(Message Source)

Python의 Dependency Injector

FastAPI에서도 IoC Container가 필요하다. 특히 DDD로 서버를 구축할 때 IoC Container는 필수적이다.

이를 위해서 내가 주로 활용하는 방식은 Dependency Injector이다.

다음은 이를 활용하는 예시이다.

from fastapi import FastAPI, Depends
from dependency_injector import containers, providers
from dependency_injector.wiring import Provide, inject


class Service:
    async def process(self) -> str:
        return "OK"


class Container(containers.DeclarativeContainer):

    service = providers.Factory(Service)


app = FastAPI()


@app.api_route("/")
@inject
async def index(service: Service = Depends(Provide[Container.service])):
    result = await service.process()
    return {"result": result}


container = Container()
container.wire(modules=[__name__])

하지만 위의 방식은 내부적으로 ThreadSafe하지 않게 객체를 초기화 하기 때문에 멀티쓰레드 상황에서 이를 사용하게 된다면 Provider를 다음 2가지 중에 하나를 사용해야한다.

- ThreadSafeSingleton : Thread Safe한 Singleton Provider이다.

- ThreadLocalSingleton : Thread Local Storage를 활용해서 Singleton Provider를 제공하는 방식이다.

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https://docs.spring.io/spring-framework/docs/1.2.x/reference/beans.html

Chapter 3. Beans, BeanFactory and the ApplicationContext

https://github.com/ets-labs/python-dependency-injector/blob/master/docs/providers/singleton.rst

python-dependency-injector/docs/providers/singleton.rst at master · ets-labs/python-dependency-injector

https://python-dependency-injector.ets-labs.org/introduction/di_in_python.html

Dependency injection and inversion of control in Python — Dependency Injector 4.41.0 documentation

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긴 글 읽어주셔서 감사합니다.

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