0. Design Pattern

• 디자인 패턴이란? Software development 에서 반복적으로 발생하는 공통의 issue를 해결하기 위해 연구된, 특정 문제해결을 위한 전형적인 방법.

• ‘이러이러한 문제 상황’에서는 ‘이 방법으로 해결하는 게 좋더라’ - 일종의 축적된 Solution.

• 디자인 패턴 이용의 장점

  • 반복되어 발생하는 문제, 이슈를 효과적으로 해결할 수 있는 방법을 제시함.
  • 디자인 패턴에 익숙한 다수의 개발자들이 설계 구조를 쉽게 인지 가능 - 유지보수가 용이함

• 디자인 패턴의 종류 : Singleton, Decorator, Observer, Strategy… 등 수십개 존재함.

• 이 중 Singleton Pattern 은 creational design patterns 카테고리에 속함.

1. Singleton Pattern 이란?

• Instance가 메모리상에 오직 1개만 생성되도록 설계하는 것.

  [ Class / Object / Instance ]

  class Car { // 클래스
      int number;
      String kind;
        
      public Car(int number, String kind) {
  		...
      }
  }
    
  public class Test {
      public static void main(String[] args) {
          Car car; // 객체 선언
          car = new Car(1, "Avante"); // 인스턴스 - 실제 메모리에 할당
      }
  }
  

  • Class : 도면, 디자인, 설계도 - ‘자동차’가 어떤 속성(field)을 가지고 어떻게 작동(method)할까?
  • Object : 실체가 있으나 명확한 구분점이 없는 것.
  • Instance : 실체가 있으며 다른 인스턴스와 명확히 구분 가능함 (unit).
    • JVM은 instance를 위한 메모리 공간을 할당한다.

2. Singleton Pattern은 왜, 그리고 언제 쓰나?

• 왜 하나만 생성되어야 하나?
  • 공통 기능을 가진 instance를 여러번 생성하면 그만큼 메모리공간이 낭비되므로.
• 언제 쓰나?
  • Logging 객체를 쓸 때 : 로그를 찍는 것은 어플리케이션 전반에 걸쳐서 계속 이루어져야 하는 업무이므로, 만약 log 인스턴스를 계속 생산하면 리소스가 낭비됨.
  • DB연결 객체를 쓸 때 : 마찬가지…
  • 그 외 레지스트리 설정 처리 객체, 스레드 풀, 캐시 등..

3. Singleton Pattern 구현 예시 (늦은 초기화 Lazy Initialization)

public class Singleton {
    private static Singleton instance; // 최초 instance는 null

    private Singleton() { // private 생성자로 new 인스턴스 생성을 막는다
    }

    public static Singleton getInstance() {
        if (instance == null) {
            instance = new Singleton(); // 메소드 최초 실행 시 인스턴스 초기화
        }
        return instance;
    }
}

public class Practice {
    public static void main(String[] args) {
        /* 싱글톤 인스턴스 생성 */
        Singleton singleton1 = new Singleton(); // inaccessible
        Singleton singleton2 = Singleton.getInstance(); // accessible
        Singleton singleton3 = Singleton.getInstance(); // accessible

        /* 주소값 출력 */
        System.out.println(singleton2);
        System.out.println(singleton3);
    }
}

/* 출력 주소값 */
Singleton@10f87f48
Singleton@10f87f48

4. Singleton Pattern의 구현에 실패하는 경우 - Multi Thread 환경일 때

• 만약 여러 스레드가 이 객체가 생성되기 전에 동시에 접근한다면 경합 조건(Race Condition)이 발생할 수 있다.

• 객체를 만들기전에 스레드가 동시에 접근하면 객체를 여러개 만들게되는 상황에 직면할 수 있다.

• 이에 대한 해결방법은동기화를 적용시키는 것이다.
  • 해결방법 1 : synchronized 키워드 이용하여 synchronized 함수로 만들기
    • synchronized 는 해당 객체에 lock을 거는 것과 같다. 즉, 하나의 스레드 작업이 완료되기 전까지 다른 스레드가 접근을 못하게 방지하는 것임.
    • 단점 : synchronized 기능 자체가 너무 느림.

  public class Singleton {
      private static Singleton instance; // 최초 instance는 null
    
      private Singleton() {
      }
    
      public static synchronized Singleton getInstance() { // synchronized
          if (instance == null) {
              instance = new Singleton();
          }
          return instance;
      }
  }
  

  • 해결방법 2 : 이른 초기화 방식 이용 (Eager Initialization)
    • JVM의 클래스 로더에 의헤 최초로 클래스가 로딩될 때부터 인스턴스를 메모리에 저장하는 방법.
    • 문제점 : 시작할 때부터 메모리를 차지하기 때문에 리소스가 낭비될 수 있음.

  public class Singleton {
      public static Singleton instance = new Singleton(); // 클래스 로딩 시점에서 인스턴스 생성
    
      private Singleton() {
      }
    
      public static Singleton getInstance() {
          return instance;
      }
  }
  

• 그 외 많은 해결방식이 있다. 링크에 다른 방식들이 자세히 수록되어 있음.