Design Pattern ‐ Singleton Pattern - dnwls16071/Backend_Summary GitHub Wiki

📚 Singleton Pattern

싱글톤 패턴이란 단 하나의 유일한 객체를 만들기 위한 코드 패턴이다.
쉽게 말하자면 메모리 절약을 위해, 인스턴스가 필요할 때 똑같은 인스턴스를 새로 만들지 않고 기존의 인스턴스를 가져와 활용하는 기법을 말한다.
따라서 보통 싱글톤 패턴이 적용된 객체가 필요한 경우는 그 객체가 리소스를 많이 차지하는 역할을 하는 무거운 클래스일 때 적합하다.

Eager Initialization

한번만 미리 만들어두는, 가장 직관적이면서도 심플한 기법이다.
static final 이라 멀티 쓰레드 환경에서도 안전함
그러나 static 멤버는 당장 객체를 사용하지 않더라도 메모리에 적재하기 때문에 만일 리소스가 큰 객체일 경우, 공간 자원 낭비가 발생한다.
예외 처리를 할 수 없다.

class Singleton {
    // 싱글톤 클래스 객체를 담을 인스턴스 변수
    private static final Singleton INSTANCE = new Singleton();

    // 생성자를 private로 선언 (외부에서 new 사용 X)
    private Singleton() {}

    public static Singleton getInstance() {
        return INSTANCE;
    }
}

Static block initialization

static block 을 이용해 예외를 잡을 수 있다.
그러나 여전히 static 의 특성으로 사용하지도 않는데도 공간을 차지함

class Singleton {
    // 싱글톤 클래스 객체를 담을 인스턴스 변수
    private static Singleton instance;

    // 생성자를 private로 선언 (외부에서 new 사용 X)
    private Singleton() {}
    
    // static 블록을 이용해 예외 처리
    static {
        try {
            instance = new Singleton();
        } catch (Exception e) {
            throw new RuntimeException("싱글톤 객체 생성 오류");
        }
    }

    public static Singleton getInstance() {
        return instance;
    }
}

Lazy initialization

객체 생성에 대한 관리를 내부적으로 처리한다.
메서드를 호출했을 때 인스턴스 변수의 null 유무에 따라 초기화 하거나 있는 걸 반환하는 기법이다.
미사용 고정 메모리 차지의 한계점을 극복하지만 쓰레드 세이프(Thread Safe) 하지 않다는 치명적인 단점을 가지고 있다.

class Singleton {
    // 싱글톤 클래스 객체를 담을 인스턴스 변수
    private static Singleton instance;

    // 생성자를 private로 선언 (외부에서 new 사용 X)
    private Singleton() {}
	
    // 외부에서 정적 메서드를 호출하면 그제서야 초기화 진행 (lazy)
    public static Singleton getInstance() {
        if (instance == null) {
            instance = new Singleton(); // 오직 1개의 객체만 생성
        }
        return instance;
    }
}

synchronized 키워드를 통해 동시성 제어가 가능하나 그만큼 성능 하락이 수반된다는 사실을 염두에 두어야 한다.

Bill Pugh Solution (LazyHolder)

싱글톤 패턴을 구현하는 권장되는 두 가지 방법 중 하나이다.
멀티쓰레드 환경에서 안전하고 Lazy Loading(나중에 객체 생성)도 가능한 완벽한 싱글톤 기법이다.
클래스 안에 내부 클래스(holder)를 두어 JVM의 클래스 로더 매커니즘과 클래스가 로드되는 시점을 이용한 방법이다.
static 메소드에서는 static 멤버만을 호출할 수 있기 때문에 치명적인 문제점인 메모리 누수 문제를 해결하기 위하여 내부 클래스를 static으로 설정
다만 클라이언트가 임의로 싱글톤을 파괴할 수 있다는 단점을 지니고 있다.(Reflection API, 직렬화/역직렬화)

class Singleton {

    private Singleton() {}

    // static 내부 클래스를 이용
    // Holder로 만들어, 클래스가 메모리에 로드되지 않고 getInstance 메서드가 호출되어야 로드됨
    private static class SingleInstanceHolder {
        private static final Singleton INSTANCE = new Singleton();
    }

    public static Singleton getInstance() {
        return SingleInstanceHolder.INSTANCE;
    }
}

Enum 이용

enum은 애초에 멤버를 만들때 private로 만들고 한번만 초기화 하기 때문에 thread safe하다.
enum 내에서 상수 뿐만 아니라, 변수나 메서드를 선언해 사용이 가능하기 때문에, 이를 이용해 싱글톤 클래스처럼 응용이 가능하다.
Bill Pugh Solution 기법과 달리, 클라이언트에서 Reflection을 통한 공격에도 안전하다.
하지만 만일 싱글톤 클래스를 일반적인 클래스로 마이그레이션 해야할 때 처음부터 코드를 다시 짜야 되는 단점이 존재한다.(개발 스펙은 언제어디서 변경될 수 있기 때문에)
클래스 상속이 필요할때, enum 외의 클래스 상속은 불가능하다.

enum SingletonEnum {
    INSTANCE;

    private final Client dbClient;
	
    SingletonEnum() {
        dbClient = Database.getClient();
    }

    public static SingletonEnum getInstance() {
        return INSTANCE;
    }

    public Client getClient() {
        return dbClient;
    }
}

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        SingletonEnum singleton = SingletonEnum.getInstance();
        singleton.getClient();
    }
}