[디자인 패턴] 싱글턴

• 디자인 패턴이란? 소프트웨어를 설계할 때 특정 맥락에서 자주 발생하는 고질적인 문제들이 또 발생했을때 재 사용할 수 있는 훌륭한 해결책
• 디자인 패턴의 종류
  • 생성 패턴 : 객체 생성에 관련된 패턴. 객체를 갭슐화해 변화에 유연성을 제공한다.
  • 구조 패턴 : 클래스나 객체를 조합해 더 큰 구조를 만드는 패턴
  • 행위 패턴 : 객체나 클래스 사이의 알고리즘이나 책임 분배에 관련된 패턴. 작업을 여러 개의 객체로 어떻게 분배할지, 그렇게 하면서도 객체 사이의 결합도를 최소화하는 것에 중점을 둔다.

생성 패턴 중 하나에 속하는,

 

싱글턴(Singleton)

싱글턴은 클래스에 인스턴스가 하나만 있도록 하면서 이 인스턴스에 대한 전역 접근(액세스) 지점을 제공하는 생성 디자인 패턴입니다.

인스턴스가 여러개 일 때 문제가 생길 수 있는 경우가 있다.(시스템 런타임, 환경 세팅 정보) 인스턴스를 오직 한개만 생성 할 수 있는 클래스를 만들어 객체의 유일성을 보장할 수 있다.

 

→ 설정 파일의 경우 객체가 여러개 생성되면 설정 값이 변경될 위험이 생길 수 있다. 이때 인스턴스가 1개만 생성되는 특징을 가진 싱글턴 패턴을 이용하면 하나의 인스턴스를 메모리에 등록해서 여러 스레드가 동시에 해당 인스턴스를 사용할 수 있게끔 한다.

장점

: 메모리 낭비를 방지할 수 있다.

: 객체의 유일성을 보장할 수 있다.

: 두번째 이용시 객체 로딩 시간이 줄어 성능이 좋아진다.

 

단점

: 싱글턴은 한번에 여러 문제를 해결함으로 “단일 책임 원칙”을 위배한다. 또한 너무 많은 일을 하거나 많은 데이터를 공유시킬 경우 다른 인스턴스들 간에 결합도가 높어져 “개방폐쇠 원칙”에 위배될 수 있다.

: 또한 멀티스레드 환경에서 동기화 처리를 해줘야하는 번거러움도 있다.

 

→ 꼭 필요한 경우가 아니면 지양하는게 좋다

 

 

✅ 실무에서 어떻게 쓰이는가

• java.lang의 Runtime 클래스 → 실행하는 환경에 대한 정보를 출력가능

 

 

 

✅ 구현 방법

public class Setting {

    private static Setting instance;

    // private 생성자를 만들면 밖에서는 호출이 안되고 새로운 인스턴스를 만들 수 없다.
    private Setting(){ }

    // 내부에서 인스턴스를 만들어 전역에서 접근이 가능하게 해야한다. -> static
    public static Setting getInstance(){
        if (instance == null) {
            instance = new Setting();
        }
        return instance;
    }
}

public static void main(String[] args) {

    Setting setting1 = Setting.getInstance();
    Setting setting2 = Setting.getInstance();

    if (setting1 == setting2){
        System.out.println("Hello world!");
    }
}

 

 

멀티 스레드 환경에서 만드는 방법

멀티스레드 환경에서 안전하지 않은 이유

동기화 문제가 발생할 수 있다.

 

1. synchronized 키워드 사용하기 - 해당 메소드를 여러개의 스레드가 동시에 실행할 수 없다.

public static synchronized Setting getInstance(){
    if (instance == null) {
        instance = new Setting();
    }
    return instance;
}

단점 → getInstance 할때마다 synchronized (lock-release)처리때문에 성능저하가 올 수 있다.

 

 

2. 이른 초기화(eager initialization) 사용하기

public class Setting {

    private static final Setting INSTANCE = new Setting();

    private Setting(){}

    public static synchronized Setting getInstance(){
        return INSTANCE;
    }
}

단점 → 인스턴스를 만드는 비용이 그렇게 비싸지 않다면 미리 만들어 놔도된다. 하지만 많은 리소스가 필요한 인스턴스라면 이미 만드는거 자체가 단점이 될 수 있다.

 

 

3. double checked locking

public class Setting {

    private static volatile Setting instance;

    private Setting(){ }

    public static Setting getInstance(){
        if (instance == null) {
            synchronized (Setting.class){
                if(instance == null){
                    instance = new Setting();
                }
            }
        }
        return instance;
    }
}

synchronized 사용 경우를 낮춰 그에 따른 오버헤드를 줄일 수 있다.

단점 → 너무 복잡한 메커니즘이며, java 1.5 버전부터 사용 가능하다.

 

 

4. static inner class → 권장 방법 ✨

public class Setting {

    private Setting(){}

    //inner class
    private static class SettingsHolder{
        private static final Setting INSTANCE = new Setting();
    }

    public static Setting getInstance(){
        return SettingsHolder.INSTANCE;
    }
}

클래스 초기화는 원자적 특성을 가지기 때문에 멀티스레드 환경에서도 안전하고 lazy load도 가능한 코드

 

 

---

 

 

➕ 열거법 (enum)

enum은 열거형 상수를 통해 정의된 인스턴스 이외의 인스턴스는 없다.

enum은 직렬화가 자동으로 처리되고, 리플렉션에 안전하기때문에 열거형을 사용하면 해당 문제들을 막을 수 있고 인스턴스가 메모리 내에 하나만 존재한다는 것이 보장 되므로, 싱글톤을 만들기 가장 좋은 방법이다.

 

 

 

reference.

https://refactoring.guru/ko/design-patterns/singleton

https://www.youtube.com/playlist?list=PLfI752FpVCS_v_sc8Q6V9QQN7GhoyktKD