싱글톤 패턴(Singleton Pattern)

고라니·2023년 7월 12일

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싱글톤 패턴(Singleton Paturn)?

싱글톤 패턴은 소프트웨어 디자인 패턴의 하나로, 클래스의 인스턴스가 하나만 만들어지도록 설계하는 패턴이다. 즉, 한 클래스에 대해 단 한 번의 객체 생성만 허용하며, 이후에는 이미 생성한 동일한 객체를 반복적으로 재사용한다.이렇게 함으로써 시스템에 해당 클래스의 객체가 단 하나만 존재하게 된다.

iOS에서의 실글톤 패턴

싱글톤 패턴은 iOS에서 많은 곳에 활용되며, 각각 객체가 시스템 내에서 한 개만 존재하도록 보장하여 리소스를 효율적으로 관리하고, 다양한 컴포넌트 간의 통신을 요이하게 한다.
싱글톤 객체는 주로 shared, standard, default 등의 이름으로 접근하는 것을 볼 수 있다.

UIApplication: 앱 자체에 대한 중요 정보를 관리, shared 인스턴스를 통해 앱의 delegate에 접근

let appDelegate = UIApplication.shared.delegate as! AppDelegate

UserDefaults: 앱의 사용자 설정과 같은 간단한 데이터를 저장하고 불러올 때 사용, standard 인스턴스를 통해 접근

let defaults = UserDefaults.standard

NotificationCenter: 이벤트 발생 시 특정 액션을 수행하도록 등록된 옵저버에게 알리는 역할, default 인스턴스를 통해 접근

let notificationCenter = NotificationCenter.default

URLSession: 네트워크와 관련된 작업을 수행하는데 사용되며, HTTP 프로토콜을 사용한 데이터 다운로드, 업로드 등의 작업을 수행, shared 인스턴스를 통해 접근

let session = URLSession.shared

이렇게 싱글톤 패턴은 iOS에서 많은 곳에서 활용되며, 각각의 객체가 시스템 내에서 한 개만 존재하도록 보장함으로써 리소스를 효율적으로 관리하고, 다양한 컴포넌트 간의 통신을 용이하게 한다. 그리고 싱글톤 객체는 주로 shared, standard, default 로 표현하여 접근하는 것을 볼 수 있다.

싱글톤 패턴 구현하기

class Singleton {
    static let shared = Singleton() // 1.

    private init() { // 2.
        // 단 한 개의 인스턴스만 생성되도록 보장하기 위해 초기화를 비공개로 설정
    }
}

이 클래스는 shared라는 정적 속성을 통해 자신의 단일 인스턴스 객체를 참조한다.
생성자를 private로 선언하여 클래스 외부에서 초기화 하는것을 방지하여 여러 인스턴스가 생성되는것을 방지한다.

결과적으로 이 클래스의 인스턴스는 프로그램 내에서 단 하나만 존재하게 된다.

static?
알반 인스턴스 프로퍼티는 해당 타입의 인스턴스가 생성될 때마다 인스턴에 대한 별도의 메모리 공간에 할당된다. 반면 static 키워드를 통해 선언하면 해당 타입의 인스턴스와는 독립적으로 존재하며, 프로그램이 시작된 후 해당 타입을 처음으로 사용될 때(런타임 시점) 메모리에 올라간다.

싱글톤 패턴의 장단점

장점

고정된 메모리 영역에 인스턴스를 한 번만 저장하여 메모리 낭비를 줄이고 효율을 높인다.
전역 인스턴스이기 때문에 클래스 간 데이터 공유와 접근이 쉽다.

단점

싱글톤이 전역 변수와 유사하게 작동하여, 잘못 사용하면 코드를 혼란스럽게 만든다.
다른 클래스가 싱글톤에 의존하게 되면 강한 결합이 생긴다. 코드의 유연성을 감소시키고, 유지 보수를 어렵게 만든다.
멀티스레드 환경처럼 한순간에 여러곳에서 싱글톤에 접근하면 동시성 문제가 발생할 수 있다.
싱글톤 패턴의 특성때문에 테스트의 결과가 다른 테스트의 결과에 영향을 줄 수 있다. 이를 '테스트 간 상태 유출'이라고 표현한다.

부작용

장단점을 보면 확실한 장점이 있지만 단점이 상당히 많이 보인다.
그래서 많은 개발자들은 싱글톤 패턴의 부작용에 대해 많이 언급하곤 하는데 그렇기 때문에 싱글톤 패턴은 꼭 필요한 상황에만 제한적으로 사용해야 한다.

Swift환경에서의 싱글톤 동시성 문제
Swift3.0 이후부터 싱글톤 패턴을 구현할 때 'static let' 을 사용했는데 'static let' 은 처음으로 접근될 때까지 초기화 되지 않으며, 'thread safe' 하게 수행되도록 설계되어 있다. 즉 초기화가 한번만 이루어지며 이 과정에서 발생할 수 있는 동시성 문제의 경쟁 상황을 제거하여 동시성 문제가 발생하지 않도록 한다.