[CS] 싱글톤 패턴(Singleton pattern)

유지민·2023년 1월 15일

CS

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싱글톤 패턴(Singleton pattern)

✅ 싱글톤 패턴이란?

싱글톤 패턴은 애플리케이션이 시작될 때 어떤 클래스가 최초 한번만 메모리를 할당(static)하고,
이후로는 해당 메모리에 인스턴스를 만들어 사용하는 디자인 패턴이다.
즉 하나의 인스턴스만 생성하여 인스턴스가 필요할 때,
똑같은 인스턴스를 만드는 것이 아닌 기존의 인스턴스를 활용하는 방법이다.

✅ 싱글톤 패턴의 필요성

인스턴스를 여러 개 생성하였을 때 자원을 낭비하게 되거나, 버그를 발생시키는 상황을 미연에 방지하고자 등장한 디자인 패턴이다.
그 해결책으로 오직 하나의 인스턴스만을 생성하고 사용하도록 하는 것이 싱글톤 패턴의 목적이다.

싱글톤 패턴을 많이 사용하는 경우 : 공통된 객체를 여러개 생성해 사용하는 상황
- 커넥션 풀
- 스레드 풀
- 캐시
- 로그 기록 객체
- 디바이스 설정 객체
- 인스턴스가 절대적으로 한 개만 존재하는 것을 보증하고자 할 때
- 안드로이드 앱 : 각 액티비티, 클래스마다 주요 클래스를 하나하나 전달하는 것의 번거로움을 해소하고자 싱글톤 클래스 생성
  → 어디서든 접근하기 쉽도록 설계

✅ 싱글톤 패턴 맛보기

java 코드로 싱글톤 패턴 이해하기

public class Singleton {

    private static Singleton instance = new Singleton();
    
    private Singleton() {
        // 생성자는 외부에서 호출하지 못하도록 private 으로 지정해야 한다.
    }

    public static Singleton getInstance() {
        return instance;
    }

    public void say() {
        System.out.println("hi, there");
    }
}

javascript 코드로 싱글톤 패턴 이해하기

var singleton = (function() {
  var instance;
  var a = 'hello';
  function initiate() {
    return {
      a: a,
      b: function() {
        alert(a);
      }
    };
  }
  return {
    getInstance: function() {
      if (!instance) {
        instance = initiate();
      }
      return instance;
    }
  }
})();
var first = singleton.getInstance();
var second = singleton.getInstance();
console.log(first === second); // true;

✅ 싱글톤 패턴의 장점

메모리 측면에서의 이점
데이터 공유 측면에서의 이점

▶️ 메모리 측면에서의 이점

OOP의 경우 객체 생성 시마다 메모리 영역을 할당받아야 한다.
최초 한 번의 new 연산자를 통해 객체를 생성할 경우 고정된 메모리 영역를 사용하기에,
추후 해당 객체로의 접근 시 메모리 낭비를 방지할 수 있다.

▶️ 데이터 공유 측면에서의 이점

싱글톤 인스턴스는 전역으로 사용되는 인스턴스이므로 다른 클래스의 인스턴스가 접근해 사용할 수 있다.
이 때 동시에 싱글톤 인스턴스에 접근하여 동시성 문제가 발생할 수 있으므로 유의해야 한다.
인스턴스의 동시성 문제 - 동시성 이슈

✅ 싱글톤 패턴의 단점

많은 코드의 작성 필요
테스트의 어려움
클라이언트가 구체 클래스에 의존하는 문제
자식 클래스를 만들 수 없음
내부 상태 변경의 어려움

▶️ 많은 코드의 작성 필요

싱글톤 패턴 구현을 위해 작성해야 할 코드 자체가 많이 필요하다.
정적 팩토리 메서드에서 객체 생성 확인 및 생성자 호출의 경우 멀티 스레딩 환경에서 발생할 수 있는 동시성 문제 해결을 위해 synchronized 키워드를 사용해야 한다.

▶️ 테스트의 어려움

싱글톤 인스턴스들은 자원을 공유하고 있다.
테스트가 격리된 환경에서 수행되기 위해 매번 인스턴스의 상태를 초기화시켜주어야 한다.

▶️ 클라이언트가 구체 클래스에 의존하는 문제

new키워드를 직접 사용해 클래스 내에서 객체를 생성하는 싱글톤 패턴은 SOLID원칙 중 DIP를 위반하며 OCP 원칙을 위반할 가능성이 높다.
객체지향 개발의 5대 원리 : SOLID 원칙

📌 자료 출처

유지민

끊임없이 도전하며 사고하는 주니어 Web 개발자 유지민입니다.