Singleton Pattern
싱글턴 패턴
싱글턴 패턴은 디자인 패턴 중 객체 생성 패턴 중의 하나로, 클래스가 단 하나의 인스턴스만을 갖도록 보장하는 패턴이다.
기존에 미리 만들어둔 인스턴스를 계속 재사용하기 때문에 메모리를 절약할 수 있다.
가장 대표적인 예로는 Spring Framework의 Bean, DB Pool, Logger 등이 있다. 모두 한번 인스턴스를 생성하고 재사용하는 것이 효율적인 사례인 것을 알 수 있다.
구현 방법들
Eager Initialization
클래스 로딩 시점에 바로 인스턴스를 생성하는 방법으로 가장 간단한 방법이지만, 당장 사용하지 않더라도 인스턴스를 생성하기 때문에 만약 리소스가 큰 인스턴스라면 메모리 낭비가 발생할 수 있다.
이 때 instance는 static final로 선언하도록 한다.
static은 클래스가 로딩시점에 초기화 되는데 java의 클래스 로딩은 스레드에 안전하게 설계 되어 있기 때문에 멀티 쓰레드 환경에서도 안전하다.
final키워드는 한번만 초기화되고 변경되지 않기 때문에 멀티스레드 환경에서 안정성을 높이는데 도움이 된다.
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public class Singleton {
private static final Singleton instance = new Singleton(); // Eager Initialization
private Singleton() {}
public static Singleton getInstance() {
return instance;
}
}
Lazy Initialization
인스턴스가 필요할 때 생성하는 방법으로 앞서 살펴본 Eager와 다르게 실제 사용 시점에 인스턴스를 생성하기 때문에 메모리 낭비를 줄일 수 있다.
하지만 멀티 쓰레드 환경에서는 동기화 문제가 발생해 디자인 패턴 목적과 다르게 여러 인스턴스가 생성될 수 있다.
만약 스레드 A가 if (instance == null)으로 인스턴스를 생성 중이고, 동시에 스레드 B가 if (instance == null)을 실행하면 두 스레드 모두 인스턴스를 생성하게 된다.
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public class Singleton {
private static Singleton instance;
private Singleton() {}
public static Singleton getInstance() {
if (instance == null) {
instance = new Singleton();
}
return instance;
}
}
Lazy Holder
클래스 안에 내부 클래스(Holder)를 두어 클래스 로딩 시점에는 미리 인스턴스를 생성하지 않아 Lazy Loading이 가능하다.
getInstance() 메서드가 호출 될 때 내부 클래스가 로딩되어 인스턴스를 생성하는데 이 때 JVM의 클래스 로딩은 스레드에 안전하게 설계되어 있기 때문에 멀티 쓰레드 환경에서도 안전하다.
다만 Reflection API를 통해 private 생성자를 호출하거나 직렬화, 역직렬화를 통해 객체를 생성하는 경우에는 대응할 수 없다.
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class Singleton {
private Singleton() {}
// Lazy Holder
private static class SingleInstanceHolder {
private static final Singleton INSTANCE = new Singleton();
}
// 이 메서드가 호출되는 시점에 내부 클래스가 로딩이 되어 Singleton 인스턴스가 생성된다.
public static Singleton getInstance() {
return SingleInstanceHolder.INSTANCE;
}
}
Enum
Enum은 JVM에 의해 싱글톤이 보장되는 방법으로 기본적으로 한번만 초기화하기 때문에 thread safe하다.
위에 LazyHolder와 달리 Reflection, 직렬화, 역직렬화에도 안전하다.
다만 이른 초기화로 인해 사용하지 않아도 메모리를 차지하게 되는 단점이 있다.
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public enum SingletonEnum {
INSTANCE;
private final DBClient dbClient;
private SingletonEnum() {
dbClient = new DBClient();
}
public static SingletonEnum getInstance() {
return INSTANCE;
}
public DBClient getDBClient() {
return dbClient;
}
}
public static void main(String[] args) {
SingletonEnum singletonEnum = SingletonEnum.getInstance();
DBClient dbClient = singletonEnum.getDBClient();
}
싱글턴 패턴의 장단점
장점: 하나의 인스턴스만을 사용하기 때문에, 불필요한 인스턴스 생성 비용을 아낄 수 있다.
단점
private 생성자이므로 상속이 불가하며 많은 테스트 프레임워크에서 사용이 불가하다
전역변수와 같으므로 많은 곳에서 사용되면 결합도가 높아진다.
테스트가 어렵다.
- 전역 상태 : 테스트 케이스간에 전역 상태를 공유하게 되어 테스트 케이스간의 의존성이 생길 수 있다.
- Mocking : 테스트 프레임워크가 Mocking을 위해 상속이나 생성자 방법을 사용한다면 싱글턴 객체는 상속이나 생성자를 사용할 수 없기 때문에 Mocking이 어렵다.