싱글턴 패턴 (Singleton Pattern)

임동혁 Ldhbenecia·2023년 4월 22일

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디자인 패턴: Singleton Pattern

Creation Design Pattern
글로벌하게 접근 가능한 단 한 개의 객체만을 허용하는 패턴
싱글턴은 클래스에 인스턴스가 하나만 있도록 하면서
이 인스턴스에 대한 전역 접근(액세스) 지점을 제공하는 생성 디자인 패턴

클래스에 대한 단일 객체 생성

전역 객체 제공

공유된 리소스에 대한 동시 접근 제어

글로벌 액세스 지점을 제공하는, 단점이 거의 없는 검증된 패턴

Singleton Pattern (싱글턴 패턴)

각각의 테마를 가진 여러가지 오브젝트들을 하나의 팩토리에서 만들고자 할 때
이러한 오브젝트들을 만들어내는 패턴
팩토리 자체를 추상화 시킴으로써 오브젝트를 쉽게 생성

코드 예시

class Singleton(object):
  def __new__(cls):
    
    if not hasattr(cls, "instance"):
      print("create")
      cls.instance = super(Singleton, cls).__new__(cls)
    else:
      print("recycle")
    return cls.instance
  
s1 = Singleton() # create
print(s1)

s2 = Singleton() # recycle
print(s1)

print(s1 is s2) # True

한 개의 Singleton 클래스 인스턴스를 생성한다.
이미 생성된 인스턴스가 있다면 재사용한다.

def __new__(cls):
    
    if not hasattr(cls, "instance"):
      print("create")
      cls.instance = super(Singleton, cls).__new__(cls)
    else:
      print("recycle")
    return cls.instance

이 부분은 암기를 해두어도 좋다.
이 코드가 보인다면 무조건 싱글턴 패턴이라는 것
결과를 보면 알 수 있듯이 같은 레퍼런스(주소)를 참조한다는 것을 알 수 있다.

Lazy Instantiation

싱글턴 패턴의 한 종류
아직 필요하지 않는 시점에 실수로 객체를 미리 생성하는 것을 방지하기 위함
Lay Instantiation은 인스턴스가 꼭 필요할 때 생성하도록 함
사용할 수 있는 리소스가 제한적인 상황일 때 객체가 꼭 필요한 시점에 생성

class LazyInstantiation:
  _instance = None
  def __init__(self):
    if not LazyInstantiation._instance:
      print("__init__ method called but nothing is created")
    else:
      print("instance already created: ", self.getInstance())
      
  @classmethod
  def getInstance(cls):
    if not cls._instance:
      cls._instance = LazyInstantiation()
    return cls._instance
  
s = LazyInstantiation() # 클래스를 초기화하여도 객체 생성 x
print(s._instance)
s1 = LazyInstantiation.getInstance() # 객체 생성
s2 = LazyInstantiation()

클래스를 초기화하더라도 객체가 즉시 생성되지 않음
아직 필요하지 않을 때 생성되는 것을 방지하기 위함
꼭 필요할 떄 생성하도록 하기 위함

클래스를 초기화하여서 출력이되나 객체가 생성되지 않음
s._instance 값이 그래서 None으로 출력
객체가 생성됨(getInstance) -> None으로 되어있어서 없으니 생성함
객체 생성된 이후의 문구 출력

Singleton과 Metaclass

Metaclass를 간단히 설명하면, 클래스를 만드는 클래스라고 할 수 있음

type은 객체의 클래스 종류를 알아낼 때 사용되지만, 클래스를 만들어낼 수도 있음

type을 상속받게 되면 메타클래스가 되며, 주로 클래스 동작을 제어할 때 사용됨

메타클래스는 call 함수를 통항 객체 생성에 관한 제어를 할 수 있음

예시 1

class MyInt(type):
  
  def __call__(cls, *args, **kwds):
    print("myint ", args)
    print("Now do whatever you want with these objects...")
    return type.__call__(cls, *args, **kwds)
  
class int(metaclass=MyInt):
  def __init__(self, x, y):
    self.x = x
    self.y = y
    
i = int(4, 5)

call 메소드는 이미 존재하는 클래스의 객체를 생성할 때 호출됨
int 클래스를 생성하면 MyInt 메타클래스의 call메소드가 호출됨
객체 생성을 메타클래스가 제어한다는 의미

class int(metaclass=MyInt):를 통해 메타클래스를 지정함
생성시 MyInt의 call이 호출

*args = 인자를 typle로 만들어줌

**kwds = 딕셔너리로 만들어서 내부로 전달함

예시 2

class MetaSingleton(type):
  _instance = {}
  
  def __call__(cls, *args, **kwds):
    if cls not in cls._instance:
      cls._instance[cls] = super(MetaSingleton, cls).__call__(*args, **kwds)
      
    return cls._instance[cls]
  
class Box(metaclass = MetaSingleton):
  pass

b1 = Box() # create
b2 = Box() # recycle

print(b1==b2) # True

MetaSingleton(type)으로 type을 상속받게 되어 메타클래스가 됨

생성자를 private으로 선언하는데 _instance 생성

call을 통해 생성여부 판단, 없으면 생성해서 리턴

Box 클래스(메타클래스)를 싱글톤으로 지정

이러면 Box 클래스는 단 하나만 만들 수 있어짐, 싱글톤으로 지정되었기 때문

그래서 print(b1==b2)를 하면 True가 출력됨