디자인 패턴: 싱글턴 패턴

DanChu 🌟·2022년 7월 19일
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하나의 클래스에 오직 하나의 인스턴스만 가지는 패턴. 보통 데이터베이스 연결 모듈에 많이 사용

의존성 주입

DI, Dependency Injection

모듈간의 결합이 강한 싱글턴 패턴은 사용하기 쉽고 실용적이지만, 높아진 결합도 때문에 단점들 역시 생김. 이때에 생기는 문제들을 해결하기 위해 모듈간의 결합을 조금 느슨하게 해 주는 방법으로 의존성 주입이 있음

의존성 = 종속성
즉, A가 B에 의존성이 있다는 것은 B의 변경사항에 대해 A 또한 변해야 한다는 것을 의미

의존성을 주입하게되면, 원래 메인 모듈이 직접 하위모델에 의존성을 주던 것을 의존성 주입자 (dependency injector)를 통해 간접적으로 주게 됨 (= 디커플링)

의존성 주입의 원칙

  • 상위 모듈은 하위 모듈에서 어떠한 것도 가져오지 않아야 함
  • 상하위 모듈 모두 추상화에 의존해야하며, 추상화는 세분화에 의존하지 않아야 함

장점

  • 모듈들을 쉽게 교체할 수 있는 구조로 바꿈 -> 테스팅, 마이그레이션 수월
  • 구현시 추상화 레이어를 넣고 이를 기반으로 구현체를 넣어주기 때문에 어플리케이션의 의존성 방향이 일관되며 추론이 쉬워짐. 모듈간의 관계 명확도도 상승

단점

모듈들이 더욱 분리되므로 클래스 수가 늘어나고 복잡성의 증가나 런타임 패널티가 발생할 수 있음

멀티 프로세스 vs. 멀티 스레드

프로세스

우리가 흔히 사용하는 사용자 프로그램을 실행하면 프로세스 인스턴스가 생성.
인스턴스 생성이란, 프로그램에 필요한 내용이 컴퓨터 메모리 RAM에 적재 된다는 뜻.
운영체제로부터 자신만의 독립적인 고유 공간과 자원을 할당받아 작동 (코드, 데이터, 힙, 스택 모두 비공유).

e.g. 엑셀 프로세스, 크롬 프로세스 등이 하나씩 operating system에서 실행 될 때 마다
RAM에는 code-data-heap-stack을 구성하는 각각의 프로세스가 올라가서 컴퓨터 내부에서 작업을 처리할 수 있는 상태가 됨.

스레드

스레드는 어떠한 프로세스 내에서 실행되는 흐름의 단위.
일반적으로 하나의 애플리케이션(프로그램)은 하나 이상의 프로세스를 가지며, 하나의 프로세스는 반드시 하나 이상의 스레드를 가짐.
즉, 프로세스 생성 -> 기본적으로 하나의 (메인) 스레드가 생성

각 스레드마다 stack을 생성하고, 스레드간에는 code, data, heap 메모리 공간을 공유 (스택은 비공유)

멀티 프로세스 vs. 멀티 스레드

  • 멀티 스레드는 멀티 프로세스보다 적은 메모리 공간 차지, context switching 빠름
    - 단, 동기화 문제와 하나의 스레드 장애로 전체 스레드가 종료 될 위험을 가지고 있음
  • 멀티 프로세스는 하나의 프로세스가 죽더라도 다른 프로세스에 영향주지 않음 -> 안정성 높음
    - 단, 멀티 스레드보다 많은 메모리공간과 CPU시간을 차지
  • 동시에 여러 작업을 수행한다는 점에서는 동일

멀티 프로세스로 할 수 있는 작업을 굳이 하나의 프로세스에서 스레드로 나누며 작업하는 이유?

  • 운영체제가 시스템 자원을 효율적으로 관리하기 위해서 스레드 사용
    - 스레드간에는
  • 멀티 프로세스로 작업을 실행하면 자원을 할당하는 시스템콜이 늘어나지만, 멀티 스레드로 실행시 이 시스템콜이 줄어들어 자원 효율적 관리가 가능
  • 프로세스간 switching cost가 스레드 switching cost보다 크게 때문에 통신 부담을 줄이기 위해

싱글턴 패턴의 예시

class Singleton {
	private static class singleInstanceHolder {
    	private static final Singleton INSTANCE = new Singleton();
    }
    public static synchronized 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());
        System.out.println(b.hashCode());
        if (a == b) {
        	System.out.println(true);
        }
    }
}


/*
705927765
705927765
true
*/


출처: 면접을 위한 CS 전공지식 노트

싱글턴 패턴의 장단점

장점

  • 인스턴스 생성 비용이 적게 듬
    - 하나의 인스턴스를 만들어 놓고 해당 인스턴스를 다른 모듈들이 공유하며 사용하기 때문

단점

  • 의존성이 높아짐
    - 만들어둔 하나의 인스턴스를 여러 모듈이 공유하며 사용하기 때문에
    • 싱글턴 객체가 변경되면 이를 참조하고 있는 모든 값들이 변경되어야 함
    • TDD가 어려워짐: TDD에서 단위 테스트를 주로 하는데, 개별적 테스트를 어떤 순서로든 실행할 수 있어야 함



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