[Spring] 스프링 컨테이너, 그리고 IoC/DI

들어가며

이번에는 스프링 애플리케이션의 핵심인 스프링 컨테이너와 스프링의 핵심 프로그래밍 모델 중 하나인 IoC/DI에 대해 학습한 내용을 정리해보겠습니다.

참고로 토비의 스프링 3.1을 통해 학습을 진행했습니다.

1. IoC 컨테이너: Bean Factory와 Application Context

스프링 애플리케이션에는 스프링 컨테이너가 존재합니다.
스프링 컨테이너는 객체 생성, 의존성 주입(DI), 객체 소멸을 개발자 대신 수행합니다.
이 때문에 제어의 역전, Inversion of Control. 즉, 스프링 컨테이너를 IoC 컨테이너라고도 부릅니다.
또는 경우에 따라 Bean Factory나 Application Context 라고 부르기도 합니다.

하지만 Bean Factory와 Application Context는 느낌이 약간 다릅니다.
객체의 생성과 소멸, DI를 수행하는 관점에서는 Bean Factory 라고 할 수 있지만, 사실 스프링 컨테이너는 더 많은 작업을 수행하기 때문입니다.
이러한 작업들을 모두 포함해서 스프링 컨테이너를 봤을 땐 Application Context 라고 부르는 것이 합당할 수 있겠습니다.
따라서 일반적으로 스프링 컨테이너를 Application Context라고 부릅니다.

실제로 아래 사진을 보시면 ApplicationContext가 BeanFactory를 상속받아 기능을 확장하고 있는 것을 확인할 수 있습니다.
(클릭하면 크게 볼 수 있습니다!)

요약

1. 스프링 애플리케이션에는 스프링 컨테이너가 존재한다.
   
2. 스프링 컨테이너는 객체의 생명주기와 의존성 주입을 수행한다.
   
3. 경우에 따라 스프링 컨테이너는 IoC 컨테이너, Bean Factory, Application Context 라고 불린다.
   
4. 하지만 BeanFactory와 ApplicationContext의 역할을 따졌을 때, 일반적으로 Application Context 로 불린다.

2. IoC 컨테이너의 동작원리

그럼 IoC 컨테이너는 어떻게 객체를 생성하고 소멸하며, 필요한 의존성을 주입하게 되는 것일까요?
바로 POJO 클래스와 설정 메타정보를 이용하기 때문입니다.

POJO 클래스

POJO(Plain Old Java Object)는 Java로만 만들어진 순수 클래스 파일입니다.
바로 이 POJO 클래스가 개발자가 작성한 코드가 되는 것이죠.
Repository 객체가 될 수 있고, Service 객체가 될 수 있으며, 순수한 Domain 객체가 될 수 있습니다.

설정 메타정보

설정 메타정보는 스프링 애플리케이션에게 런타임에 사용할 POJO 객체임을 선언하고, 이로 인해 IoC 컨테이너가 제어할 수 있도록 알려주는 메타정보입니다.
즉, 스프링에게 Bean으로 등록할 객체를 알리는 방법입니다.
(여기서 Bean이란, 스프링 컨테이너에 생성되어 관리되는 객체를 일컫는 용어입니다.)

결국 스프링 컨테이너는 POJO와 설정 메타정보를 가지고 IoC/DI 작업을 수행하는 것입니다.

설정 메타정보는 BeanDefinition 으로 만들어진 순수한 추상 정보이고, 스프링 컨테이너는 바로 이 BeanDefinition으로 만들어진 객체를 사용해 IoC/DI 작업을 수행하게 되는 것입니다.
따라서 제공하려는 메타정보를 읽어서 BeanDefinition 객체로 만들어 등록하는 BeanDefinitionReader만 있다면 어떤 방법으로든 모두 가능합니다.
주로 XML, 어노테이션 등과 같은 방식으로 메타정보를 나타냅니다.

결과적으로 스프링 컨테이너는 각 객체에 대한 정보를 담은 설정 메타정보를 읽고, 이를 활용해 IoC/DI 작업을 수행하게 됩니다.
이 작업들을 통해 만들어진 객체들이 모여 하나의 애플리케이션을 구성하고 동작하게 되는 것입니다.

요약

1. IoC 컨테이너는 POJO 클래스와 설정 메타정보를 이용해 IoC/DI 작업을 수행한다.
   
2. POJO 클래스는 개발자가 작성한 순수 Java 코드이다.
   
3. 설정 메타정보는 Bean으로 등록할 객체임을 스프링에게 알리는 방법이다.
   
4. IoC 컨테이너는 메타정보를 통해 객체들을 생성하며 DI 작업을 수행하고 마침내 스프링 애플리케이션이 동작하게 된다.
   

직접 IoC 컨테이너 만들어보기

이제는 직접 코드를 통해 IoC 컨테이너를 만들어보고 눈으로 확인해보겠습니다.
다시 한번 상기시키자면 IoC 컨테이너는 POJO와 설정 메타정보가 필요합니다.

우선 POJO 만으로 IoC 컨테이너에 Bean으로 등록해보겠습니다.

class Hello {

    private String name;
    private Printer printer;

    public String sayHello() {
        return "Hello " + name;
    }

    public void print() {
        printer.print(sayHello());
    }

    public void setName(String name) {
        this.name = name;
    }

    public void setPrinter(Printer printer) {
        this.printer = printer;
    }
}

interface Printer {
    
    void print(String message);
}

class StringPrinter implements Printer {

    private final StringBuffer buffer = new StringBuffer();

    @Override
    public void print(String message) {
        buffer.append(message);
    }

    public String toString() {
        return buffer.toString();
    }
}

class ConsolePrinter implements Printer {

    @Override
    public void print(String message) {
        System.out.println(message);
    }
}

테스트 수행 결과, 개발자가 따로 Hello 객체를 만들어주지 않아도 IoC 컨테이너에 객체로 만들어져있는 것을 확인할 수 있습니다.
이제는 직접 BeanDefinition을 활용해 설정 메타정보를 만들고 Printer에 대한 의존성 주입까지 해보겠습니다.

의존성 주입을 받는 방법으로는 setter 주입, 필드 주입, 생성자 주입이 있습니다.
본 글에서는 편의를 위해 setter 주입을 사용합니다.

@Test
void test2() {
    // given
    StaticApplicationContext applicationContext = new StaticApplicationContext();

    RootBeanDefinition printerBeanDefinition = new RootBeanDefinition(StringPrinter.class);
    applicationContext.registerBeanDefinition("printer", stringPrinterBeanDefinition);

    // when
    BeanDefinition helloBeanDefinition = new RootBeanDefinition(Hello.class);
    MutablePropertyValues propertyValues = helloBeanDefinition.getPropertyValues();
    propertyValues.addPropertyValue("name", "World!");
    propertyValues.addPropertyValue("printer", new RuntimeBeanReference("printer"));
    applicationContext.registerBeanDefinition("hello", helloBeanDefinition);

    // then
    Hello hello = applicationContext.getBean("hello", Hello.class);
    hello.print();

    assertThat(applicationContext.getBean("printer").toString()).isEqualTo("Hello World!");
}

위 테스트 코드에서는 StringPrinter를 IoC 컨테이너에 Bean으로 등록하고 Hello 객체에 addPropertyValue 메서드를 통해 주입해주었습니다.
만약 생성자 주입이라면 아래와 같이 코드를 작성하면 됩니다.

BeanDefinition helloBeanDefinition = new RootBeanDefinition(Hello.class);
ConstructorArgumentValues constructorArgumentValues = helloBeanDefinition.getConstructorArgumentValues();
constructorArgumentValues.addIndexedArgumentValue(0, "World!");
constructorArgumentValues.addIndexedArgumentValue(1, new RuntimeBeanReference("printer"));

이번에는 코드 한 줄만 바꿔 ConsolePrinter가 주입되도록 수정해보겠습니다.

테스트를 돌려보면 실제로 Hello World! 가 콘솔창에 출력되는 것을 확인할 수 있습니다.

마지막으로 IoC 컨테이너에서 Bean을 삭제하는 것도 테스트해보겠습니다.

@Test
void test4() {
    // given
    StaticApplicationContext applicationContext = new StaticApplicationContext();

    RootBeanDefinition printerBeanDefinition = new RootBeanDefinition(ConsolePrinter.class);
    applicationContext.registerBeanDefinition("printer", printerBeanDefinition);

    // when
    applicationContext.removeBeanDefinition("printer");

    // then
    assertThatThrownBy(() -> applicationContext.getBean("printer"))
            .isInstanceOf(NoSuchBeanDefinitionException.class);
}

Bean 삭제 또한 가능한 것을 확인할 수 있습니다.

지금까지 POJO와 BeanDefinition을 이용한 설정 메타정보를 통해 IoC 컨테이너를 만들어보았습니다.
코드로 직접 테스트해보니 객체 생성, 의존성 주입, 객체 삭제까지 객체의 모든 생명 주기를 관리하는 것을 확인할 수 있었다.

마치며

스프링 컨테이너와 IoC/DI에 대해 어느정도 알고 있다고 생각했지만 막상 다시 공부해보니 새로운 느낌이었습니다.
게다가 테스트 코드를 통해 직접 눈으로 확인해보니 조금 더 잘 와닿는 것 같습니다.

다음으로는 IoC 컨테이너의 종류 중 하나인 WebApplicationContext에 대해 알아보겠습니다.