싱글턴 패턴
싱글턴 패턴은 생성자가 여러 차례 호출되더라도 실제로 생성되는 객체는 하나이고 최초 생성 이후 호출된 생성자는 최초의 생성자가 생성한 객체를 리턴하는 디자인 유형입니다.
구조
- 싱글턴 클래스는 자체 클래스의 동일한 인스턴스를 반환하는
getInstance()라는 정적 메소드를 선언했습니다.- 싱글턴의 생성자는 클라이언트 코드에서는 확인할 수 없도록 숨겨야 합니다.
getInstance()메소드를 호출하는 것 만이 싱글턴 객체를 가져올 수 있는 유일한 방식이어야 합니다.
- 싱글턴의 생성자는 클라이언트 코드에서는 확인할 수 없도록 숨겨야 합니다.
적용 가능한 경우
- 프로그램 클래스에 모든 클라이언트가 사용할 수 있는 한개의 인스턴스만 존재해야 하는 경우 싱글턴 패턴을 사용합니다. 예를들어 위에 언급했듯이 DBCP가 있습니다.
- 싱글턴 패턴은 특별한 방법을 제외하고 클래스의 객체를 생성하는 다른 모든 수단을 차단합니다. 이 메소드는 이미 생성된 객체가 있는 경우 기존 객체를 반환하고 그렇지 않은 경우에만 새 겍체를 생성합니다.
- 전역 변수를 더 엄격하게 컨트롤해야 하는 경우 싱글턴 패턴을 사용합니다.
- 전역 변수와 달리 싱글턴 패턴은 클래스의 인스턴스가 하나만 있음을 보장합니다. 싱글턴 클래스 자체를 제외하고 이미 캐시된 인스턴스를 대체할 수 있는 것은 없습니다.
장단점
장점
- 클래스에 하나의 인스턴스만 존재함을 확실시 할 수 있습니다.
- 해당 인스턴스에 대한 전역 엑세스 포인트를 얻습니다.
- 싱글턴 객체는 첫 요청시에만 초기화 됩니다.
단점
- 전역 엑세스 포인트를 얻기 때문에 단일 책임 원칙 (Single Responsibility Principle)을 위반합니다.
- 너무 많은 곳에서 사용할 경우 잘못된 디자인 형태가 될 수도 있습니다.
- 멀티 스레드 환경에서 특별한 처리가 필요하므로 멀티 스레드 환경에서 싱글턴 객체를 여러번 생성하지 않습니다.
- 많은 테스트 프레임워크가 Mock 객체를 생성할 때 상속에 의존하기 때문에 싱글턴의 클라이언트 코드를 테스트하기 어렵습니다.
예제
간단한 싱글턴을 구현해보겠습니다. 단지 할 일은 생성자를 숨기고 정적으로 생성할 메소드를 구현하면 됩니다.
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Singleton.java: 싱글턴 객체
public class Singleton {
private static Singleton instance;
public String value;
private Singleton(String value) {
try {
Thread.sleep(1000);
} catch (InterruptedException ex) {
ex.printStackTrace();
}
this.value = value;
}
public static Singleton getInstance(String value) {
if (instance == null) {
instance = new Singleton(value);
}
return instance;
}
}
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SingleThreadSingleton.java: 클라이언트 코드
public class SingleThread {
public static void main(String[] args) {
System.out.println("같은 값을 보게 된다면 싱글턴 객체가 재사용된 것입니다..!!" + "\n" +
"다른 값을 보게 된다면 두개의 싱글턴 객체가 생성된 것입니다..!!");
Singleton singleton = Singleton.getInstance("x");
Singleton anotherSingleton = Singleton.getInstance("y");
System.out.println(singleton.value);
System.out.println(anotherSingleton.value);
}
}
위 코드를 실행해보면 다음과 같은 결과를 얻을 수 있습니다.
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같은 값을 보게 된다면 싱글턴 객체가 재사용된 것입니다..!!
다른 값을 보게 된다면 두개의 싱글턴 객체가 생성된 것입니다..!!
x
x
결과값이 같은 것으로 보아 싱글턴 객체가 재사용된 것을 확인할 수 있습니다.
위 첫번째 예제는 싱글 스레드 환경에서 싱글턴 패턴을 사용한 경우입니다. 만약 멀티 스레드 환경에서 싱글턴 패턴을 구현하고자 한다면, 두개 이상의 스레드가 인스턴스를 획득하기 위해 getInstance() 메소드에 진입하여 경쟁하는 과정에 두개의 인스턴스가 생성되는일이 발생할 수 있습니다. 그렇다면 멀티 스레드 환경에서 싱글턴 패턴을 사용하고자 할 때 어떤식으로 구현해야 할까요? 예제를 통해 알아보겠습니다.
첫번째 방법은 DCL(Double Checked Locking) 입니다. 사실 그다지 권고되지 않는 방법입니다.
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public static Singleton getInstance(String value) {
if (instance == null) {
synchronized(Singleton.class) {
Singleton inst = instance;
if (inst == null) {
synchronized(Singleton.class) {
instance = new Singleton(value);
}
}
}
}
return instance;
}
인스턴스가 null 일 경우 동기화 블럭에 진입해 인스턴스를 생성합니다. 언뜻보기 문제없어 보이는 코드이지만 다음과 같은 문제가 발생할 수 있습니다.
- 스레드 a, 스레드 b 가 존재한다.
- 스레드 a가 인스턴스를 생성하기 전에 메모리 공간에 할당이 가능하기 때문에 스레드 b가 인스턴스를 생성하기 위해 진입한다.
- 스레드 a는 스레드 b가 할당된 것을 보고 인스턴스를 사용하려고 하나 스레드 b의 인스턴스 생성과정이 끝난 상태가 아닐수 있기 떄문에 에러가 발생한다.
위와 같은 문제가 있어 동기화 블록의 사용을 추천하지는 않고 LazyHolder기법 사용을 추천합니다.
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public class Singleton {
private static class LazyHolder {
private static final Singleton INSTANCE = new Singleton();
}
private Singleton() { }
public static Singleton getInstance() {
return LazyHolder.INSTANCE;
}
}
위 예제는 getInstance() 가 호출될때만 싱글턴 클래스를 초기화하고 100% Thread-safe 합니다. 심지어 클래식한 방법이어서 자바 버전에 구애받지 않고 성능도 꽤 높습니다.
위 코드가 동작하는 이유는 클래스 로더가 클래스의 정적 초기화를 처리하기 위한 자체 동기화 코드를 갖고 있기 때문입니다. 클래스가 사용되기 전에 정적 초기화가 완료되었음을 보장받을 수 있으며 위 코드에서 클래스는 getInstance() 메소드에서만 사용됩니다. 이는 getInstance() 메소드를 호출할 때 클래스가 내부 클래스를 로드함을 의미합니다.
결론
싱글턴 패턴은 인스턴스가 한개만 생성되어야 하는 경우에 적합한 패턴입니다. 다만 클라이언트 코드에서 전역 엑세스 포인트를 얻어 너무 많은 곳에서 사용하면 클래스간의 결합도가 높아져 오히려 패턴을 사용 안하느니만 못하게 될 수도 있으므로 주의가 필요합니다.
참조
https://refactoring.guru/design-patterns/singleton https://stackoverflow.com/a/11072311/13160032