[디자인패턴] 싱글턴 패턴

싱글턴 패턴 - 클래스 인스턴스를 하나만 만들고 그 인스턴스로의 전역 접근을 제공하는 방법

 

단순하게 어떤 클래스에 대한 인스턴스가 단 하나 유일하게 존재하는 것이다.

어떤 이점이 있을까?

 

우선 단 하나의 인스턴스만 생성되면 메모리 측면에서 비용을 아낄 수 있을 것이다.

두번째는 전역 접근이 가능하기 때문에 다른 클래스로부터 접근하기 쉽다.

 

어떻게 생겼는지 확인해보자

public class Singleton {

    private static Singleton instance;
    
    private Singleton(){} // 생성자를 private으로 한다.

    public static Singleton getInstance() {
    	if(instance == null){
			instance =  = new Singleton();
		}
        return instance;
    }

    public void fuc() {
		// ... 여러 기능들 ...
    }
}

위는 고전적인 싱글턴 패턴 구현 방법이다.

우선 자기자신 인스턴스를 static으로 가지고 있으며

생성자를 private하게 하여 외부에서 생성하지 못하도록 한다.

getInstance()로 해당 인스턴스를 불러올 수 있다.

 

위는 고전적인 구현 방법이라고 했는데 어떤 문제가 있을까?

바로 동시성 문제가 있다.

두개의 스레드에서 getInstance()를 동시에 접근하면 무슨일이 발생할까?

if(instance == null){
                                    if(instance == null){
	instance = new Singleton();
                                        instance = new Singleton();

왼쪽과 오른쪽으로 순차적으로 두 스레드가 진행된다면 2개의 인스턴스가 생길 수 있는 문제가 발생한다.

싱글턴의 치명적인 오류이다.

3가지 방법으로 위 문제를 개선할 수 있다.

1) synchronized 사용

public class Singleton {

    private static Singleton instance;
    
    private Singleton(){} // 생성자를 private으로 한다.

    public static synchronized Singleton getInstance() { --- synchronized를 사용하면 됨
    	if(instance == null){
			instance =  = new Singleton();
		}
        return instance;
    }

    public void fuc() {
		// ... 여러 기능들 ...
    }
}

synchronized를 사용하여 동시에 스레드가 접근하지 못하도록 메서드를 보호할 수 있다.

하지만 getInstance()를 할때마다 동시 접근이 안되기 때문에 100배정도 속도 저하가 있을 수 있다고 한다.

속도에 크게 상관하지 않는다면 괜찮은 방법이다.

 

2) 처음부터 인스턴스 생성

public class Singleton {

    private static Singleton instance = new Singleton();
    
    private Singleton(){} // 생성자를 private으로 한다.

    public static Singleton getInstance() {
        return instance;
    }

    public void fuc() {
		// ... 여러 기능들 ...
    }
}

인스턴스를 바로 생성하는 방법이다. 1)번 방법에 있던 속도저하문제는 해결할 수 있다.

굳이 문제?라고 뽑자면 바로 인스턴스를 생성하기 때문에 사용하기 전부터 메모리를 잡아먹고 있다.

 

3) DCL (double-checked locking)

public class Singleton {

    private volatile static Singleton instance;
    
    private Singleton(){} // 생성자를 private으로 한다.

    public static synchronized Singleton getInstance() {
    	if(instance == null){ 					--- 인스턴스 있는지 확인
        	synchronized (Singleton.class){		--- 동기화된 블록으로 진입
            	if(instance == null){ 			--- 다시 인스턴스 있는지 확인(여기부터는 동기화니까 자기만 확인함)
                	instance =  = new Singleton(); --- 없다면 생성
                }
            }
		}
        return instance;
    }

    public void fuc() {
		// ... 여러 기능들 ...
    }
}

인스턴스가 null 일때만 동기화를 적용해서 1, 2 번 문제를 모두 해결한 방법입니다.

### 여기서 instance에서 volatile이 붙는데 왜 붙었을까? 생각해봤는데 synchronized만 하면 동기화문제가 해결되는데 instance가   2개 생성되는 문제가 발생할 수도 있다고 한다(거의 불가능하지만)

아까 위에서 본 main memory - cache - cpu 구조에서 A 스레드, B 스레드가 있을때 synchronized되어있으니 A가 먼저 진입해서 instance 생성을 했다(main memory에서 null이니까) 근데 이제 main memory에서 B의 cache에 적용하려고하는데(null값을 새로만든 instance값) 그 전에 B 스레드가 실행해서 cache(null)값을 보게 된다면? 또 instance를 생성하게 될 수도 있을 것 같다... ###

 

마지막으로 enum을 사용하여 정말 간단하게 싱글턴 패턴을 만들 수 있습니다!

 

싱글턴 패턴에는 어떤 단점이 있을까요?

 

전역접근이 가능하기 때문에 여러 클래스가 의존하고 있습니다.

전역으로 공유하기 때문에 격리된 환경에서 테스트하기 어렵습니다.

 

참고

https://ttl-blog.tistory.com/89

https://tecoble.techcourse.co.kr/post/2020-11-07-singleton/