[Spring] 객체지향을 위한 스프링의 노력 - IoC / DI / 컨테이너

* 김영한님의 '스프링 핵심 원리 - 기본편' 인프런 강의 수강 후 복습을 위해 작성한 글입니다.
  작성자의 이해에 따라 쉽게 풀어쓰거나 재구성 될 수 있습니다.

 

1️⃣ 스프링이란?

스프링은 자바 언어 기반의 프레임워크로, 자바의 가장 큰 특징인 객체 지향을 살려 좋은 객체 지향적 애플리케이션을 개발할 수 있도록 돕는 도구이다. 스프링은 이러한 객체 지향 프로그래밍을 위한 노력으로, 다음과 같은 핵심원리를 도입하였다.

• IoC (Inversion of Control, 제어의 역전)
• DI (Dependency Injection, 의존성 주입)
• 컨테이너

이번 글에서는 각 핵심 원리에 대해 살펴보며, 스프링은 이러한 개념들을 통해 어떻게 객체 지향 프로그래밍을 하고자 하였는지 이해해보자.
 
 

2️⃣ 객체 지향 프로그래밍

스프링 핵심원리를 알아보기에 앞서, 우선 객체 지향 프로그래밍이 무엇인지, 좋은 객체 지향 설계란 어떤 것인지부터 이해해 볼 필요가 있다.
 

▶︎ 객체 지향 프로그래밍이란?

컴퓨터 프로그램을 명령어의 목록으로 보는 시각에서 벗어나 여러개의 독립된 단위, 즉 객체들의 모임으로 파악하고자 하는 것이다. 각각의 객체는 협력하여 메시지를 주고받고, 데이터를 처리할 수 있다. 객체 지향 프로그래밍은 프로그램을 유연하고 변경이 용이하게 만들기 때문에 대규모 소프트웨어 개발에 많이 사용된다.

이러한 객체 지향은 다음과 같은 특징을 가진다. 

• 추상화: 공통적인 특성을 추출하여, 복잡한 내용을 감추고 중요한 부분만 드러내는 것
• 캡슐화: 데이터를 하나의 캡슐 형태로 만들어, 외부로부터 데이터를 은닉하고 보호하는 것
• 상속: 부모 클래스의 속성과 기능들을 자식 클래스가 상속 받아 사용하는 것
• 다형성: 어떤 객체의 속성이나 기능이 상황에 따라 다양한 형태를 가질 수 있는 것

 

▶︎ 스프링은 다형성을 극대화해서 이용할 수 있게 도와준다.

스프링은 객체지향의 네 가지 특징 중 특히 다형성을 극대화하여 유연하고 확장성 있는 프로그램을 만들 수 있도록 도와준다.
앞서 다형성은 '어떤 객체의 속성이나 기능이 상황에 따라 다양한 형태를 가질 수 있는 것'이라고 하였는데, 이는 어떻게 가능할까?

핵심은 역할과 구현을 분리하는 것이다. 
역할과 구현으로 구분하면 세상이 단순해지고, 유연해지며 변경도 편리해진다.

 
이 역할과 구현의 분리를 자바로 이해해보면 다음과 같다.

• 역할 = 인터페이스
• 구현 = 인터페이스를 구현한 클래스, 구현 객체

 
역할과 구현을 분리함으로서 얻을 수 있는 장점은 무엇일까?
객체 사이의 협력이라는 관계, 즉 어떤 객체가 서비스를 제공(서버)하고 다른 객체가 그 서비스를 사용(클라이언트)하는 경우를 생각해보자.

• 클라이언트는 대상의 역할(인터페이스)만 알면 된다.
• 클라이언트는 구현 대상의 내부 구조를 몰라도 된다.
• 클라이언트는 구현 대상의 내부 구조가 변경되어도 영향을 받지 않는다.
• 클라이언트는 구현 대상 자체를 변경해도 영향을 받지 않는다.
• 인터페이스를 구현한 객체 인스턴스를 실행 시점에 유연하게 변경할 수 있다.
• 클라이언트를 변경하지 않고, 서버의 구현 기능을 유연하게 변경할 수 있다.

위와 같이 역할과 구현을 분리하면 클라이언트에 독립적으로 서버의 기능을 구현할 수 있다. 하지만 역할(인터페이스) 자체가 변하면, 클라이언트, 서버 모두에 큰 변경이 발생하기 때문에, 인터페이스를 안정적으로 잘 설계하는 것이 중요하다.
 
스프링의 핵심 원리인 IoC(제어의 역전), DI(의존관계 주입)은 다형성을 활용해서 역할과 구현을 편리하게 다룰 수 있도록 지원한다. 즉, 스프링을 사용하면 마치 레고 블럭 조립하듯 구현을 편리하게 변경할 수 있게 된다.

 
 
▶︎ 다형성만을 지키면 좋은 객체 지향 설계를 할 수 있을까?

그렇다면 과연 다형성만으로 좋은 객체 지향을 만들 수 있을까?
클린코드로 유명한 로버트 마틴이 정리한 좋은 객체 지향 설계의 5가지 원칙(SOLID)은 다음과 같다.

• SRP: 단일 책임 원칙(single responsibility principle)
• OCP: 개방-폐쇄 원칙 (Open/closed principle)
• LSP: 리스코프 치환 원칙 (Liskov substitution principle)
• ISP: 인터페이스 분리 원칙 (Interface segregation principle)
• DIP: 의존관계 역전 원칙 (Dependency inversion principle)

결론부터 얘기하면, 다형성만으로는 OCP와 DIP를 지킬 수 없다. 아래 예시로 살펴보자.
 
 
⚪️ OCP (개방-폐쇄 원칙, Open/closed principle)

    : 소프트웨어 요소는 확장에는 열려 있으나 변경에는 닫혀 있어야 한다.
 
다형성을 활용해 작성한 코드를 살펴보자.

public class MemberService {
	// MemberRepository m = new MemoryMemberRepository(); //기존
	MemberRepository m = new JdbcMemberRepository(); // 변경
...

MemberService는 MemberRepository 인터페이스를 의존하여 구현 클래스를 직접 선택하고 있고, 그 구현체를 MemoryMemberRepository 에서 JdbcMemberRepository로 변경하고자 한다.

MemberService가 MemberRepository를 사용하고 있으므로, 서비스를 사용하는 MemberService는 클라이언트, 서비스를 제공하는 MemberRepository는 서버이다.

 
OCP 개방-폐쇄 원칙에 의하면, 확장에는 열려있으나 변경에는 닫혀있어야하는데, 위와 같은 상황에서는 구현 객체를 변경하려면 클라이언트 코드를 변경해야 한다. 분명 다형성을 사용했지만 OCP 원칙을 지킬 수 없다.
 
이 문제를 해결하기 위해선, 클라이언트 외부에서 객체를 생성하고, 연관관계를 맺어주는 별도로 조립해주는, 설정자가 필요하다. 더 자세한 내용은 뒤에 나오는 스프링 핵심원리에서 살펴보자.
 
 
⚪️ DIP (의존관계 역전 원칙, Dependency inversion principle)

    : 프로그래머는 “추상화에 의존해야지, 구체화에 의존하면 안된다.”

      즉, 쉽게 이야기해서 구현 클래스에 의존하지 말고, 인터페이스에 의존해야한다. 
 
다형성을 활용해 작성한 코드를 보자.

public class MemberService {
	MemberRepository m = new MemoryMemberRepository();
...

MemberService는  MemberRepository 인터페이스를 의존하여 구현 클래스를 직접 선택하고 있다.

MemberService가 MemberRepository를 사용하고 있으므로, 서비스를 사용하는 MemberService는 클라이언트, 서비스를 제공하는 MemberRepository는 서버이다.

MemberService는 MemberRepository인터페이스에 의존하지만, MemoryMemberRepository라는 구현 클래스도 동시에 의존하는 것을 볼 수 있다. 클라이언트는 인터페이스에만 의존해야 유연하게 구현체를 변경할 수 있다. 구현체에 의존하게 되면 변경이 아주 어려워진다.
 
 
정리
객체 지향의 핵심은 다형성이지만, 다형성만으로는 우리가 기대하듯 부품을 갈아 끼우듯이 쉽게 개발할 수 없다. 다형성만으로는 구현 객체를 변경할 때 클라이언트 코드도 함께 변경된다. 즉, 다형성만으론 OCP, DIP를 지킬 수 없다. 뭔가 더 필요하다.
 
 

3️⃣ 스프링의 객체지향

다형성만으로 OCP와 DIP를 지킬 수 없어, 스프링은 다음 원리로 다형성 + OCP DIP를 가능하게 지원한다.

• IoC (Inversion of Control, 제어의 역전)
• DI (Dependency Injection, 의존성 주입)
• DI 컨테이너 (IoC 컨테이너)

 
스프링이 적용된 코드를 살펴보자

public class MemberService {
    private final MemberRepository memberRepository;

    public MemberService(MemberRepository memberRepository) {
        this.memberRepository = memberRepository;
    }
...

MemberService 외부에서 MemberRepository 구현체를 생성하여 연관관계를 맺어주도록 수정하여,
MemberService는 MemberRepository 인터페이스만을 의존하게 되었다.

 

@Configuration
public class AppConfig {

	@Bean
	public MemberService memberService() {
		return new memberService(memberRepository());
	}

	@Bean
	public MemberRepository memberRepository() {
		return new MemoryMemberRepository();
	}
}

설정을 구성하는 AppConfig에서 MemberService에 MemberRepository의 구현체인 MemoryMemberRepository를 주입해주어, 둘의 연관관계를 맺어주었다.

 
 
위와 같은 스프링의 적용으로, 클라이언트는 인터페이스만을 의존하고, 구현체를 변경하기 위해선 외부에서 구현체를 교체하여 주입한다. 이를 통해 클라이언트 코드의 변경 없이 기능이 확장 가능하고 쉽게 부품을 교체하듯이 개발할 수 있다. 이처럼 변경이 쉽도록 만드는 것이 좋은 객체 지향 설계이다.
 
이상적으로는 모든 설계에 인터페이스를 부여해 모든 설계에 역할과 구현을 분리하면 좋지만, 실무관점에서 인터페이스를 도입하면 추상화라는 비용이 발생한다. 기능을 확장할 가능성이 없다면, 구체 클래스를 직접 사용하고, 향후 꼭 필요할 때 리팩터링해서 인터페이스를 도입하는 것도 방법이다
 
스프링이 없던 시절, 기존의 순수 자바 코드에서 좋은 객체 지향 개발을 하려고 OCP, DIP 원칙을 지키면서 개발을 해보니, 배보다 배꼽이 클 만큼 너무 할일이 많았다. 그래서 프레임워크로 만들었고, 순수하게 자바로 OCP, DIP 원칙들을 지키면서 개발을 하다보면, 결국 스프링 프레임워크를 만들게 된다.(정확히는 DI 컨테이너) 실습을 통해 이 과정을 경험해보며 스프링이 왜 만들어졌는지, DI 개념과 필요성에 대해 알고 싶다면 강의를 들어보길 추천한다.
 
 
자, 이제 위에서 적용된 원리를 하나씩 살펴보자
 

▶︎ 제어의 역전 IoC(Inversion of Control)

기존 프로그램은 클라이언트 구현 객체가 스스로 필요한 서버 구현 객체를 생성하고, 연결하고, 실행했다. 한마디로 구현 객체가 프로그램의 제어 흐름을 스스로 조종했다. 개발자 입장에서는 자연스러운 흐름이다.

 

반면에 AppConfig가 등장한 이후에 구현 객체는 자신의 로직을 실행하는 역할만 담당한다. 프로그램의 제어 흐름에 대한 권한은 모두 이제 AppConfig가 가져간다. 예를 들어서 MemberService는 필요한 인터페이스들을 호출하지만 어떤 구현 객체들이 실행될지 모른다. MemberService는 묵묵히 자신의 로직을 실행할 뿐이다.

 

이렇듯 프로그램의 제어 흐름을 직접 제어하는 것이 아니라 외부에서 관리하는 것을 제어의 역전(IoC)이라 한다.

🆚 제어의 흐름 관점에서 본 프레임워크와 라이브러리
- 프레임워크가 내가 작성한 코드를 제어하고, 대신 실행하면 그것은 프레임워크가 맞다.(JUnit)
- 반면에 내가 작성한 코드가 직접 제어의 흐름을 담당한다면 그것은 프레임워크가 아니라 라이브러리다.

 
 
▶︎ 의존관계 주입 DI(Dependency Injection)

MemberService는 MemberRepository 인터페이스에 의존한다. 하지만 실제 어떤 구현 객체가 사용될지는 모른다.

의존관계는 정적인 클래스 의존 관계와, 실행 시점에 결정되는 동적인 객체(인스턴스) 의존 관계 둘을 분리해서 생각해야 한다.

 

정적인 클래스 의존관계

import hello.hello_spring.service.MemberRepository;

public class MemberService {
    private final MemberRepository memberRepository;

    public MemberService(MemberRepository memberRepository) {
        this.memberRepository = memberRepository;
    }
...

• 애플리케이션을 실행하지 않아도 클래스가 사용하는 import 코드만 보고 의존관계를 쉽게 판단할 수 있다. 
• MemberService의 코드를 보면 MemberRepository와 의존 관계인 것을 바로 확인 할 수 있다.
• 그런데 이러한 클래스 의존관계 만으로는 실제 어떤 객체가 MemberService에 주입 될지 알 수 없다.

 

동적인 객체 인스턴스 의존 관계

• 애플리케이션 실행 시점에 실제 생성된 객체 인스턴스의 참조가 연결된 의존 관계다.
• 애플리케이션 실행 시점(런타임)에 외부에서 실제 구현 객체를 생성하고 클라이언트에 전달해서 클라이언트와 서버의 실제 의존관계가 연결 되는 것을 의존관계 주입이라 한다.
• 객체 인스턴스를 생성하고, 그 참조값을 전달해서 연결된다.
• 의존관계 주입을 사용하면 클라이언트 코드를 변경하지 않고, 클라이언트가 호출하는 대상의 타입 인스턴스를 변경할 수 있다.
• 의존관계 주입을 사용하면 정적인 클래스 의존관계를 변경하지 않고, 동적인 객체 인스턴스 의존관계를 쉽게 변경할 수 있다.

 

 

▶︎ IoC 컨테이너, DI 컨테이너

AppConfig처럼 객체를 생성하고 관리하면서 의존관계를 연결해 주는 것을 IoC 컨테이너 또는 DI 컨테이너라 한다.

의존관계 주입에 초점을 맞추어 최근에는 주로 DI 컨테이너라 한다. (또는 어샘블러, 오브젝트 팩토리 등으로 불리기도 한다.)

 
스프링 컨테이너

@Configuration
public class AppConfig {

	@Bean
	public MemberService memberService() {
		return new memberService(memberRepository());
	}

	@Bean
	public MemberRepository memberRepository() {
		return new MemoryMemberRepository();
	}
}

• 기존에는 개발자가 AppConfig를 사용해서 직접 객체를 생성하고 DI를 했지만, 이제부터는 스프링 컨테이너를 통해서 사용한다.
• 스프링 컨테이너 구성 방법
  • 컨테이너의 설정 정보로 사용되는 AppConfig에 @Configuration 을 붙여주고, 각 메서드에 @Bean 을 붙여준다.
  • 스프링은 @Bean 이라 적힌 메서드를 모두 호출해서 반환된 객체를 스프링 컨테이너에 등록하고, 이를 스프링 빈이라 한다.
  • 스프링 빈은 @Bean 이 붙은 메서드의 명을 스프링 빈의 이름으로 사용한다. (memberService, memberRepository)
• 스프링에서는 스프링 컨테이너를 ApplicationContext 라고 부른다.
• 이전에는 개발자가 필요한 객체를 AppConfig를 사용해서 직접 조회했지만, 이제부터는 스프링 컨테이너를 통해서 필요한 스프링 빈(객체)를 찾아야 한다. 스프링 빈은 applicationContext.getBean() 메서드를 사용해서 찾을 수 있다.

 

기존에는 개발자가 직접 자바코드로 모든 것을 했다면 이제부터는 스프링 컨테이너에 객체를 스프링 빈으로 등록하고, 스프링 컨테이너에서 스프링 빈을 찾아서 사용하도록 변경되었다. 지금은 잘 느껴지지 않지만 이렇게 스프링 컨테이너를 사용하면 어마어마한 장점이 있다. 앞으로 스프링이라는 거대한 생태계에 존재하는 기능들을 살펴보며 어떤 이점들이 있는지 알아가보자

 

마치며

스프링은 객체 지향을 추구하는 노력 끝에 복잡한 웹 개발을 편리하게 만들어왔다. 기술이란 건 예상치 못할 정도의 편리함을 제공해주는 것 같다. 스프링의 세계는 정말로 거대하다고 하는데 계속해서 공부하면서 웹 개발의 깊이를 쌓아가보자!