Design Pattern

디자인 패턴

: 프로그램을 설계할 때 발생했던 문제점들을 객체 안의 상호 관계 등을 이용하여 해결할 수 있도록 하나의 '규약' 형태로 만들어놓은 것

Singleton Pattern

싱글톤 패턴

: 하나의 클래스에 오직 하나의 인스턴스만 가지는 패턴

• 보통 DB 연결 모듈에 많이 사용한다.

• 하나의 인스턴스를 만들어놓고 해당 인스턴스를 다른 모듈들이 공유하며 사용하기 때문에, 인스턴스를 생성할 때 드는 비용이 줄어든다는 장점이 있다.

• 의존성이 높아진다는 단점이 있다.

class Singleton {
	private static class singleInstanceHolder {
		private static final Singleton INSTANCE = new Singleton();
    	}
	}
    public static Singleton getInstance() {
    	return singleInstanceHolder.INSTANCE;
    }
}

public class HelloWorld {
	public static void main(String[] args) {
    	
        Singleton a = Singleton.getInstance();
        Singleton b = Singleton.getInstance();
        
        System.out.println(a.hashCode());		// 705922765
        System.out.println(b.hashCode());		// 70597765
        
        if (a == b) {
        	System.out.println(true);		// true
      	}
    }
}

싱글톤 패턴의 장점

• 메모리 측면
  최초 한번의 new 연산자를 통해서 고정된 메모리 영역을 사용하기 때문에 추후 해당 객체에 접근할 때 메모리 낭비를 방지할 수 있다.

• 속도
  이미 생성된 인스턴스를 활용하니 속도 측면에서도 이점이 있다고 볼 수 있다.

• 다른 클래스 간에 데이터 공유가 쉽다
  싱글톤 인스턴스가 전역으로 사용되는 인스턴스이기 때문에 다른 클래스의 인스턴스들이 접근하여 사용할 수 있다. 하지만 여러 클래스의 인스턴스에서 싱글톤 인스턴스의 데이터에 동시에 접근하게 되면 동시성 문제가 발생할 수 있으니 이점을 유의해서 설계하는 것이 좋다.

• 도메인 관점에서의 유일성
  도메인 관점에서 인스턴스가 한 개만 존재하는 것을 보증하고 싶은 경우 싱글톤 패턴을 사용하기도 한다.

싱글톤 패턴의 단점

싱글톤 패턴을 적용하면 위와 같은 효율에서의 이점을 얻을 수 있다. 하지만 싱글톤 패턴이 다음과 같은 많은 문제점들을 수반하기 때문에 trade-off를 잘 고려해야 한다.

• 싱글톤 패턴을 구현하는 코드 자체가 많이 필요하다.
  예를 들면, 정적 팩토리 메서드에서 객체 생성을 확인하고 생성자를 호출하는 경우에 멀티스레딩 환경에서 발생할 수 있는 동시성 문제 해결을 위해 syncronized 키워드를 사용해야 한다.

• 테스트하기 어렵다.
  싱글톤 인스턴스는 자원을 공유하고 있기 때문에 테스트가 결정적으로 격리된 환경에서 수행되려면 매번 인스턴스의 상태를 초기화시켜주어야 한다. 그렇지 않으면 어플리케이션 전역에서 상태를 공유하기 때문에 테스트가 온전하게 수행되지 못한다.

  또, TDD를 할 때에는 단위 테스트를 주로 하는데, 단위 테스트는 테스트가 서로 독립적이어야 하며, 테스트를 어떤 순서로든 실행할 수 있어야 하기 때문이다. 하지만 싱글톤 패턴은 미리 생성된 하나의 인스턴스를 기반으로 구현하는 패턴이므로, 각 테스트마다 독립적인 인스턴스를 만들기가 어렵다.

• 의존 관계상 클라이언트가 구체 클래스에 의존하게 된다.
  new 키워드를 직접 사용하여 클래스 안에서 객체를 생성하고 있으므로, 이는 SOLID 원칙 중 DIP를 위반하게 되고 OCP 원칙 또한 위반할 가능성이 높다.

• 자식클래스를 만들수 없다.

• 내부 상태를 변경하기 어렵다.

• 모듈 간의 강한 결합
  싱글톤 패턴은 모듈 간의 결합을 강하게 만들 수 있다는 단점이 있다. 이 때, 의존성 주입을 통해 모듈 간의 결합을 더 느슨하게 만들어 해결할 수 있다.

  참고로 의존성이란 종속성이라고도 하며, A가 B에 의존한다는 것은 B의 변경 사항에 대해 A도 변한다는 것이다.

의존성 주입

Main 모듈이 직접 다른 하위 모듈에 대한 의존성을 주기보다는, 중간에 Dependency Injector(의존성 주입자)가 이 부분을 가로채 Main 모듈이 간접적으로 의존성을 주입하는 방식이다.

이를 통해 Main 모듈(상위 모듈)은 하위 모듈에 대한 의존성이 떨어지게 된다. 이를 Decoupling이 된다, 라고도 표현한다.

💡 의존성 주입의 장점

• 모듈들을 쉽게 교체할 수 있는 구조가 되어, 테스팅 하기 쉽고 마이그레이션 하기도 수월하다.
• 구현할 때 추상화 레이어를 넣고, 이를 기반으로 구현체를 넣어주기 때문에 애플리케이션 의존성 방향이 일관되고, 애플리케이션을 쉽게 추론할 수 있으며, 모듈 간의 관계들이 조금 더 명확해진다.

💡 의존성 주입의 단점

• 모듈들이 더욱 분리되므로, 클래스 수가 늘어나 복잡성이 증가될 수 있으며 약간의 런타임 패널티가 생기기도 한다.

✅ 의존성 주입 원칙

• 상위 모듈은 하위 모듈에서 어떠한 것도 가져오지 않아야 한다.
• 둘 다 추상화에 의존해야 한다. 이때, 추상화는 세부 사항에 의존하지 말아야 한다.