[Spring] AOP (Aspect-Oriented-Programming)

관점 지향 프로그래밍 / Proxy / Aspect, Advice / Pointcut, JoinPoint / CGLib, Dynamic Proxy

Posted by Wonyong Jang on June 02, 2020 · 11 mins read

1. AOP(관점 지향 프로그래밍)

관점(Aspect)라는 용어는 개발자들에게 관심사(concern)이라는 말로 용통된다.
관심사는 개발 시 필요한 고민이나 염두에 두어야 하는 일이라고 생각할 수 있는데, 코드를 작성하면서 염두에 두어야 하는 일들은 주로 아래와 같다.

  • 파라미터가 올바르게 들어왔을까?
  • 로그는 적절하게 남기고 있는가?
  • 이 작업을 하는 사용자가 적절한 권한을 가진 사용자인가?
  • 이 작업에서 발생할 수 있는 모든 예외는 어떻게 처리해야 하는가?

위와 같은 고민들은 핵심로직은 아니지만 코드를 온전하게 만들기 위해서 필요한 고민들인데 이전에는 개발자가 반복적으로 코드를 작성하여 중복이 생기고 핵심 로직을 파악하기 어렵게 만들기 때문에 AOP라는 개념이 탄생했다.

즉, AOP란 실제 핵심 로직(Core Concern)을 수행하면서 발생하는 횡단 관심사(Cross Cutting Concern)를 한데 모아 처리하는 것을 AOP라 한다.

개발자의 입장에서 AOP를 적용한다는 것은 기존의 코드를 수정하지 않고도 원하는 cross cutting concern을 엮을 수 있다는 점이 장점이다!

AOP가 추구하는 것은 관심사의 분리이다!! AOP는 개발자가 염두에 두어야 하는 일들을 별도의 관심사로 분리하고, 핵심 비즈니스 로직만을 작성할 것을 권장한다.

Cross Cutting concern == 주변로직(로그, 보안 , 트랜잭션, 에러 처리)

ex) 나눗셈을 구현 한다고 치면 핵심로직은 두개의 숫자를 나누는 것이지만, 주변 로직은 0을 나누는 것이 아닌지 등을 체크 하는 것!

프로그램 실행 방향은 위에서 아래로 진행하는데 실행 방향과 cross 방향으로 진행 하면서 떼어 내고 붙이고 할수 있다고 하여 Cross Cutting Concern 라 부른다.
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1-1) AOP 용어들

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Target

Advice가 적용될 객체이며, 개발자가 작성한 비즈니스 로직(Core concern)을 가지는 객체를 뜻한다.

target은 순수한 비즈니스 로직을 가지고 있고, 어떠한 관심사들과도 관계를 맺지 않는다.

Proxy

target을 전체적으로 감싸고 있는 존재

Proxy는 대신 일하는 사람이라는 사전적 의미를 가지고 있다.

호출자(클라이언트)에서 target을 호출하게 되면 target이 아닌 target을 감싸고 있는 proxy가 호출되어, target 메소드 실행전에 선처리, 타겟 메소드 실행 후, 후처리를 실행 시키도록 구성되어 있다.

즉, AOP에서 프록시는 호출을 가로챈 후, advice에 등록된 기능을 수행 후 target 메서드를 호출한다.

Pointcuts 와 JoinPoint 그리고 weaving

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1) JoinPoint : Advice가 적용될 수 있는 메서드 또는 그 위치

다른 AOP 프레임워크와 달리 Spring에서는 메소드 조인포인트만 제공하고 있다.
(그래서 여러 책이나 문서에서 조인포인트에 대해 생략하기도 한다. 무조건 메소드 단위로만 지정하기 때문이다.)

따라서 Spring 프레임워크 내에서 조인포인트라 하면 메소드를 가르킨다고 생각해도 되며, 타 프레임워크에서는 예외 발생할 경우, 필드값이 수정될 경우 등도 지원하고 있다.

2) Pointcut : Advice를 주입시킬 Target을 선정하기 위한 방법

Advice를 어떤 JoinPoint에 결합할 것인지를 결정하는 설정이다.

- execution(@execution) : 메서드를 기준으로 Pointcut을 설정

- within(@within) : 특정한 타입(클래스)을 기준으로 Pointcut 설정

- this : 주어진 인터페이스를 구현한 객체를 대상으로 Pointcut을 설정

- args(@args) : 특정한 파라미터를 가지는 대상들만을 Pointcut으로 설정

- @annotation : 특정한 어노테이션이 적용된 대상들만을 Pointcut 으로 설정

3) Weaving : Advice를 핵심코드와 연결, 적용

지정된 객체에 aspect를 적용해서 새로운 proxy 객체를 생성하는 과정을 말한다.
예를 들면 A라는 객체에 트랜잭션 aspect가 지정되어 있다면, A라는 객체가 실행되기 전 커넥션을 오픈하고 실행이 끝나면 커넥션을 종료하는 기능이 추가된 프록시 객체가 생성된다. 이 프록시 객체가 앞으로 A라는 객체가 호출되는 시점에서 사용된다.
이때의 프록시 객체가 생성되는 과정을 위빙이라고 생각하면 된다.

Aspect 와 Advice

1) Aspect : Advice와 함께 관심사라는 용어로 사용

Aspect 는 관심사 자체를 의미하는 추상명사이며, 부가 기능을 정의한 advice와 advice를 어디에 적용할지를 결정하는 pointcut을 함께 갖고 있는다.

2) Advice : Aspect를 구현한 코드( 동작 위치에 따라 다음과같이 구분 )

- Before Advice : Target의 JoinPoint를 호출하기 전에 실행되는 코드(코드의 실행 자체에는 관여할수 없음)

- After Returning Advice : 모든 실행이 정상적으로 이루어진 후에 동작하는 코드

- After Throwing Advice : 예외가 발생한 뒤에 동작하는 코드

- After Advice : 정상적으로 실행되거나 예외가 발생했을 때 구분 없이 샐행되는 코드

- Around Advice : 메서드의 실행 자체를 제어할 수 있는 가장 강력한 코드( 직접 대상 메서드를 호출하고 결과나 예외를 처리할 수 있다.

스프링 3버전 이후에는 어노테이션만으로도 모든 설정이 가능해졌다.

Target 에 어떤 Advice 적용할 것인지는 XML을 이용한 설정, 또는 어노테이션을 이용하는 방식이 가능하다.

2. Spring AOP의 Proxy 패턴

Spring AOP는 기본적으로 디자인 패턴 중 하나인 Proxy 패턴을 사용하여 구현되는데, 아래 두가지 방식으로 AOP를 제공한다.

  • JDK Proxy(Dynamic Proxy)
  • CGLib

왜 두가지 방식이 존재하며 어떠한 차이가 있는지 살펴보자.

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위 그림처럼 Spring AOP는 사용자의 특정 호출 시점에 IoC 컨테이너에 의해 AOP를 할 수 있는 Proxy Bean을 생성해준다.
동적으로 생성된 Proxy Bean은 Target의 메소드가 호출되는 시점에 부가기능을 추가할 메소드를 자체적으로 판단하고 가로채어 부가기능을 주입해준다.
이처럼 호출 시점에 동적으로 위빙한다 하여 런타임 위빙(Runtime Weaving)이라 한다.

따라서 Spring AOP는 런타임 위빙 방식을 기반으로 하고 있으며, Spring에서 런타임 위빙을 할 수 있도록 상황에 따라 JDK Dynamic Proxy 또는 CGLib 방식을 통해 Proxy Bean을 생성해 준다.
그렇다면 이 두가지 AOP Proxy는 어떠한 상황에 생성하게 되는 걸까?

결론부터 말하면, Spring은 AOP Proxy를 생성하는 과정에서 자체 검증 로직을 통해 Target의 인터페이스 유무를 판단한다.

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이때 만약 Target이 하나 이상의 인터페이스를 구현하고 있는 클래스라면 JDK Dynamic Proxy의 방식으로 생성되고 인터페이스를 구현하지 않는 클래스라면 CGLib의 방식으로 AOP 프록시를 생성해준다.

그럼 두 방식의 차이를 살펴보자.

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2-1) JDK Proxy

먼저, JDK Proxy(Dynamic Proxy)의 경우 AOP를 적용하여 구현된 클래스의 인터페이스를 프록시 객체로 구현해서 코드를 끼워 넣는 방식이다.

JDK Proxy의 경우 AOP적용을 위해서 반드시 인터페이스를 구현해야 한다는 단점이 있다.
그동안 서비스 계층에서 인터페이스를 XXXImpl 클래스를 작성하던 관례가 이러한 JDK Proxy의 특성 때문이다.

public class ExamDynamicHandler implements InvocationHandler {
    private ExamInterface target; // 타깃 객체에 대한 클래스를 직접 참조하는것이 아닌 Interface를 이용

    public ExamDynamicHandler(ExamInterface target) {
        this.target = target;
    }

    @Override
    public Object invoke(Object proxy, Method method, Object[] args)
            throws Throwable {
        // TODO Auto-generated method stub
        // 메소드에 대한 명세, 파라미터등을 가져오는 과정에서 Reflection 사용
        String ret = (String)method.invoke(target, args); //타입 Safe하지 않는 단점이 있다.
        return ret.toUpperCase(); //메소드 기능에 대한 확장
    }
}

Dynamic Proxy는 InvocationHandler라는 인터페이스를 구현한다. InvocationHandler의 invoke 메소드를 오버라이딩 하여 Proxy 위임 기능을 수행하는데, 이때 메소드에 대한 명세와 파라미터를 가져오는 과정에서 리플렉션을 사용한다.

JDK Proxy의 경우 자바에서 기본적으로 제공하고 있는 기능이다.

2-2) CGLib(Code Generator Library)

반면, CGLib의 경우 외부 3rd party Library이며, JDK Proxy와 달리 리플렉션을 사용하지 않고 바이트코드 조작을 통해 프록시 객체 생성을 한다.

Spring 3.2 버전 부터는 CGLib을 Spring Core 패키지에 포함시켜서 더이상 의존성 추가할 필요가 없다.

또한, 인터페이스를 구현하지 않고도 해당 구현체를 상속받는 것으로 문제를 해결하기 때문에 성능상 이점이 있다.

상속을 하여 프록시를 생성하기 때문에 Final 메소드 또는 클래스에 대해 재정의를 할 수 없으므로 프록시를 생성할 수 없다는 단점이 있지만 리플렉션이 아닌 바이트 코드 조작으로 프록시를 생성해주기 때문에 성능상 JDK Dynamic Proxy 보다 좋다.

즉, 인터페이스가 아닌 클래스에 대해서 동적 프록시를 생성할 수 있기 때문에 다양한 프로젝트에 널리 사용되고 있다.

// 1. Enhancer 객체를 생성
Enhancer enhancer = new Enhancer();
// 2. setSuperclass() 메소드에 프록시할 클래스 지정
enhancer.setSuperclass(BoardServiceImpl.class); // Target 클래스 
enhancer.setCallback(NoOp.INSTANCE);
// 3. enhancer.create()로 프록시 생성
Object obj = enhancer.create();
// 4. 프록시를 통해서 간접 접근
BoardServiceImpl boardService = (BoardServiceImpl)obj;
boardService.writePost(postDTO);

CGLib은 Enhancer라는 클래스를 바탕으로 Proxy를 생성한다.
상속을 통해 프록시 객체가 생성되기 때문에 더욱 성능상에 이점을 누릴 수 있다.

위의 enhancer.setCallback(NoOp.INSTNACE); 라는 코드가 존재하는데 이는 Enhancer 프록시 객체가 직접 원본 객체에 접근하기 위한 옵션이다.

BoardServiceProxy.writePost(postDTO) -> BoardServiceImpl.writePost(postDTO)

기본적으로 프록시 객체들은 직접 원본 객체를 호출하기 보다는, 별도의 작업을 수행하는데 CGLib의 경우 Callback을 사용한다.

CGLib에서 가장 많이 사용하는 콜백은 net,sf.cglib.proxy.MethodInterceptor인데, 프록시와 원본 객체 사이에 인터셉터를 두어 메소드 호출을 조작하는 것을 도와줄 수 있게 된다.

BoardServiceProxy -> BoardServiceInterceptor -> BoardServiceImpl

Springboot의 경우 기본적으로 프록시 객체를 생성할 때 CGLib를 사용한다.
자바 리플렉션 방식보다 CGLib의 MethodProxy이 더 빠르고 예외를 발생시키지 않는다고 하여 Springboot에서는 CGLib를 기본 프록시 객체 생성 라이브러리로 채택하게 되었다.

리플렉션 자체가 비용이 비싼 API이기 때문에 가급적 사용하지 않는 것을 권장하고 있다.

다음 글에서는 AOP를 직접 구현해보자.

Referrence

https://gmoon92.github.io/spring/aop/2019/04/20/jdk-dynamic-proxy-and-cglib.html
https://minkukjo.github.io/framework/2021/05/23/Spring/
http://www.newlecture.com

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