싱글톤(Singleton) 패턴
객체의 인스턴스가 오직 1개만 생성되는 패턴.
싱글톤(Singleton) 패턴 장점
* 메모리 측면
최초 한번의 new 연산자를 통해 고정된 메모리 영역을 사용하기 때문에 추후 해당 객체에 접근할 때 메모리 낭비를 방지할 수 있다. 또한 이미 생성된 인스턴스를 활용해 속도 측면에서도 이점이 있다.
* 데이터 공유 측면
싱글톤 인스턴스가 전역으로 사용되기 때문에 다른 클래스의 인스턴스들이 접근하여 사용하기 용이하다. 단, 여러 클래스의 인스턴스에서 싱글톤 인스턴스의 데이터에 동시 접근하면 동시성 문제가 발생할 수 있어서 유의해서 설계해야 한다.
싱글톤(Singleton) 패턴 단점
- 싱글톤 패턴 구현 시 코드 자체가 많이 들어간다.
- 의존관계상 클라이언트가 구체 클래스에 의조하게 된다. 따라서 DIP를 위반하고, OCP도 위반할 가능성이 크다.
- 테스트 코드 작성이 어려워진다.
- 내부 속성을 변경하거나 초기화가 어렵다.
- private 생성자로 자식 클래스를 만들기 어렵다.
- 유연성이 떨어진다.
-> 싱글톤 패턴은 안티패턴으로 불린다.
싱글톤(Singleton) 패턴 구현방법
각각의 방식에 공통적으로 갖는 특징이 있다.
- private 생성자만을 정의해 외부 클래스로부터 인스턴스 생성을 차단한다.
- 싱글톤을 구현하고자 하는 클래스 내부에 멤버 변수로써 private static 객체 변수를 만든다.
- public static 메소드를 통해 외부에서 싱글톤 인스턴스에 접근할 수 있도록 접점을 제공한다.
Eager Initialization
public class Singleton {
private static final Singleton instance = new Singleton();
// private constructor to avoid client applications to use constructor
private Singleton(){}
public static Singleton getInstance(){
return instance;
}
}-
싱글톤 클래스의 인스턴스를 클래스 로딩 단계에서 생성하는 방법이다.
-
하지만 어플리케이션에서 해당 인스턴스를 사용하지 않더라도 인스턴스를 생성하기 때문에 자칫 낭비가 발생할 수 있다.
Static Block Initialization
public class Singleton {
private static Singleton instance;
private Singleton(){}
//static block initialization for exception handling
static{
try{
instance = new Singleton();
}catch(Exception e){
throw new RuntimeException("Exception occured in creating singleton instance");
}
}
public static Singleton getInstance(){
return instance;
}
}- Eager Initialization과 유사하지만 static block을 통해서 Exception Handling에 대한 옵션을 제공한다.
- Eager Initialization과 마찬가지로 클래스 로딩 단계에서 인스턴스를 생성하기 때문에 여전히 큰 리소스를 다루는 경우에는 적합하지 않다.
Lazy Initialization
public class Singleton {
private static Singleton instance;
private Singleton(){}
public static Singleton getInstance(){
if(instance == null){
instance = new Singleton();
}
return instance;
}
}- 앞선 두 방식과는 달리 나중에 초기화하는 방법이다.
- Multi-Thread 환경에서 만약 인스턴스가 생성되지 않은 시점에 여러 쓰레드가 동시에 getInstance()를 호출한다면 예상치 못한 결과를 얻을 수 있을뿐더러, 단 하나의 인스턴스를 생성한다는 싱글톤 패턴에 위반하는 문제점이 야기될 수 있다.
- 따라서 Single-Trhead 환경에서 사용하는 것이 권장된다.
Thread Safe Singleton
public class Singleton {
private static Singleton instance;
private Singleton(){}
public static synchronized Singleton getInstance(){
if(instance == null){
instance = new Singleton();
}
return instance;
}
}- 앞의 문제를 해결하기 위해 getInstance() 메소드에 synchronized를 걸어두는 방식이다.
- synchronized 키워드 자체에 대한 비용이 크기 때문에 싱글톤 인스턴스 호출이 잦은 어플리케이션에서는 성능이 떨어지게 된다.
public static Singleton getInstance(){
if(instance == null){
synchronized (Singleton.class) {
if(instance == null){
instance = new Singleton();
}
}
}
return instance;
}- 따라서 getInstance() 메소드 수준에 lock을 걸지 않고 instance가 null일 경우에만 synchronized가 동작하도록 한다.
Bill Pugh Singleton Implementaion
public class Singleton {
private Singleton(){}
private static class SingletonHelper{
private static final Singleton INSTANCE = new Singleton();
}
public static Singleton getInstance(){
return SingletonHelper.INSTANCE;
}
}- inner static helper class를 사용하는 방식으로, 앞선 방식이 안고 있는 문제점들을 대부분 해결하여 현재 가장 널리 쓰이는 싱글톤 구현 방법이다.
- 동기화 작업을 JVM에 위임하여, 만약 다른 쓰레드가 getInstance() 메서드를 호출할 때에도 static final 로 선언된 INSTANCE 가 이미 JVM 메모리에 올라와 있기 때문에 싱글톤 객체를 한 번만 생성할 것이라고 JVM이 보장해준다.
- 하지만, Java의 Reflection을 사용하면 private 생성자, 메서드에 접근이 가능해지며 단 하나의 객체라는 조건을 깨뜨려버린다.
Enum Singleton
public enum EnumSingleton {
INSTANCE;
public static void doSomething(){
//do something
}
}- 사용하지 않았을 경우의 메모리 문제를 해결하지 못하고 유연성이 떨어진다.
강준우