1. 싱글톤을 구현하는 방법
1. Eager Initialization
- 클래스가 JVM으로 로딩될 때 최초 한번 생성하는 방식이다.
public class EagerSingleton {
private static EagerSingleton instance = new EagerSingleton();
private EagerSingleton(){}
private static getInstance(return instance);
}- 이 방법은 싱글톤 객체를 생성하는 리소스 비용이 적을 때 사용하는 것이 바람직하다. 만약, 어플리케이션에서 해당 객체를 사용하지 않는데도 불구하고 무조건 싱글톤 객체를 생성하기 때문이다.
- 그리고 이러한 방식은 객체를 생성할 때 발생하는
예외를 핸들링할 수 없다는 단점이 있다. - 만약, 더 이상 싱글톤 방식이 아닌 방식으로 동작하게 하려면
getInstance()메소드만을 수정하면 된다.
public class EagerSingleton {
public static final EagerSingleton instance = new EagerSingleton();
}public static final로 선언하게되면 선언부만 보고서도 싱글톤 객체임을 확실히 알 수 있게된다.
public class EagerSingleton {
private static EagerSingleton instance;
static {
try{
instance = new EagerSingleton();
}catch{Exception e}{
//예외 처리
}
}
private EagerSingleton(){}
private static getInstance(return instance);
}static 블록에서 객체를 생성하고 예외를 처리할 수 있도록 위와 같이 변경할 수 있다.
2. Lazy Initialization
- 클래스가 로딩될 때 객체를 생성하는 것이 아니라 해당 객체를 필요로할 때 생성하는 방식이다.
public class LazySingleton {
private static LazySingleton instance;
private LazySingleton(){}
private static synchronized LazySingleton getInstance(){
if(instance == null){ instance = new LazySingleton(); }
return instance;
}
}- 추가적으로 스레드간 동기화를 위해 메소드 레벨에서
synchronized키워드를 사용했으나 메소드 단위로lock이 잡혀 좋지 않은 성능을 보인다.
2. Double-Checked Locking
- 메소드 레벨에서
synchronized키워드를 사용하는 것이 아니라 실제 객체가null인 경우에만 동기화를 할 수 있도록임계 영역의 범위를 좁힌 것이다. - 이 방식을 사용할 땐
volatile키워드를 사용하는 것이 필수적이다.
public class DclSingleton {
private static volatile DclSingleton instance;
public static DclSingleton getInstance() {
if (instance == null) {
synchronized (DclSingleton .class) {
if (instance == null) { // <----- volatile과 연관있음
instance = new DclSingleton();
}
}
}
return instance;
}
// private constructor and other methods...
}1) volatile 키워드 참고
volatile키워드는 변수가메인 메모리에 바로 저장될 수 있도록 하고 컴파일러에 의해reordering을 방지하도록하는 키워드이다.- 서로 다른 CPU 코어에서 실행되고 있는
thread1과thread2가 하나의 공유 변수에 접근할 때 스레드들은 메인 메모리에서 값을 읽어와서 CPU 레지스터에 해당 값을캐싱한다.thread1이 해당 변수의 값을 1증가시켜도thread2는 증가된 값을 갖고 있는 것이 아니라 그 전에 CPU 레지스터에 저장된 값을 참조하고 있다. 이처럼 스레드가 변경한 값이 메인 메모리에 저장되지 않아 다른 스레드가 이 값을 볼 수 없는 문제를visibility (가시성)문제라고한다. volatile키워드를 사용할 경우, 변수에 대한 읽기/쓰기 작업은메인 메모리로부터 참조하여 수행하게 된다.
2) volatile 키워드와 Double-Checked Locking
- 아래 코드에서 어느 부분에 때문에
volatile선언이 필수적인지 확인해보자.
public static Singleton getInstance(){
1) if (instance == null) {
2) synchronized (DclSingleton .class) {
3) if (instance == null) {
4) instance = new DclSingleton();
5) }
6) }
7) }
8) return instance;
}-
최초에1번 라인에서 thread1과 thread2가 동시에 메인 메모리에서 instance 값을 읽어 객체가 생성되지 않은 것을 확인하고if문안으로 진입한다. -
2번 라인에서 thread1이synchronized 블록으로 진입하여3번 라인에서 비교문을 수행하고4번 라인에서 객체를 생성한 다음lock을 해제하고 메소드를 빠져나온다. -
2번 라인에서 thread2가synchronized 블록으로 진입하고3번 라인에서 비교문을 수행할 때, 메인 메모리에서 thread1이 할당한 instance 변수의 값을 읽어오고 비교문을 수행한다. 이때 instance 변수는 더 이상 null이 아니므로 객체를 생성하지 않고 메소드를 빠져나온다.volatile키워드를 사용하지 않았다면 thread2가3번 라인에서 비교문을 수행할 때,1번 라인에서 읽어온 null 값으로 비교를 했을 것이다.이처럼 각 스레드마다 캐시된 값을 바라보기때문에 thread1이 객체를 생성했음에도 불구하고 thread2도 객체를 생성하는 일이 발생한다.
-
instance 변수를
volatile키워드로 선언하지 않았을 경우로 가정하고 살펴보자. -
thread1이 동기화 블록에 진입하여 4)에서 인스턴스를 생성하는 과정을 보면 다음과 같다.- Heap 영역에 메모리 할당 i.e 0xffffff
- 참조변수(instance)에 메모리 주소 값(0xffffff) 저장
- 메모리 초기화
DclSingleton 객체를 초기화한다.
-
그 다음,
thread2가 1) 에서instance == null비교를 했을 때 초기화는 되지 않았지만 메모리를 할당한 상태, 즉 생성자 호출이 완전히 끝나지 않은 상태일 수 있다. -
이때
thread2입장에서는 instance 변수가 null이 아니므로 바로 instance 객체를 반환하지만 정상적인 객체라고 볼 수 없는 상황이 있을 수 있다. -
JVM 1.5부터는 어느 한 스레드에서volatile필드가 참조하는 객체를 생성할 경우, 그 객체를 가리키는volatile필드를 읽는 모든 스레드들은 객체 생성이 끝날 때 까지 기다리게 된다.
3. LazyHolder
inner static class를 사용하는 방법으로volatile 이나 synchronized키워드를 사용하지 않고서도 동시성 문제를 해결할 수 있다.
public class Singleton{
private Singleton(){}
static class LazyHolder{
private static final Singleton INSTANCE = new Singleton();
}
private static Singleton getInstance() { return LazyHolder.INSTANCE; }
}inner static class는Singleton 클래스가 로딩되어도 로드되지 않다가 getInstance() 메소드가 호출되었을 때 JVM으로 호출되며 이 과정에서 초기화가 한 번 이뤄진다.
4. Enum
- 원소가 하나뿐인 열거타입으로 싱글톤을 만드는 방법이 가장 좋다.
public enum Singleton {
INSTANCE;
public void method(){...};
}- 열거 타입 자체는 하나의 클래스이며, 상수 하나당 자신의 인스턴스를 하나씩 만들어
public static final변수로 공개한다. - 열거 타입밖에서는
new연산자를 통해 열거 타입 인스턴스를 생성할 수 없으므로 딱 하나씩 존재함을 보장한다.
