ITEM 3: Singleton

singleton 이란 인스턴스를 오직 하나만 생성할 수 있는 클래스이다. 인터페이스를 구현한 Singleton 객체가 아니라면 mock 객체를 만들 수 없어 이를 사용하는 클라이언트를 테스트하기 어려워 질 수 있다.

Mock 객체란?

실제 객체를 다양한 조건으로 인해 제대로 구현하기 어려울 경우 가짜 객체를 만들어 사용하는데, 이를 Mock 객체라 한다.

Mock 객체가 필요한 경우.

• 테스트 작성을 위한 환경 구축이 어려운 경우.

• 테스트가 특정 경우나 순간에 의존적인 경우.

• 시간이 걸리는 경우

public static final 필드 방식

public class Elvis {
    public static final Elvis INSTANCE = new Elvis();
    private Elvis() { ... }
}

private 생성자는 public static final 필드인 Elvis.INSTANCE 를 초기화할 때 딱 한번 호출된다. public 혹은 protected 생성자가 없으므로, Elvis 클래스가 초기화될 때 만들어진 인스턴스는 하나뿐임이 보장된다.

장점

1. public 필드 방식은 해당 클래스가 싱글턴임이 API에 명백하게 드러난다.(final이므로 다른 객체 참조 불가)

2. 간결함

static factory 방식

public class Elvis {
    private static final Elvis INSTANCE = new Elvis();
    private Elvis() { ... }

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

Elvis.getInstance() 는 항상 같은 객체의 참조를 반환하므로 인스턴스가 하나임을 보장한다.

장점

1. 현재는 singleton 객체를 리턴하는 정적 메서드이지만, 향후에 필요에 따라 변경할 수 있는 확장성이 있다. 유일한 메서드를 반환하는 팩터리 메서드가 호출하는 스레드별로 다른 인스턴스를 넘겨주도록 리턴하는 방법과 같이 확장성이 열려있다.

2. 정적 팩터리를 제네릭 싱클턴 팩터리-item30로 만들 수 있다.

3. 정적 팩터리의 메서드 참조를 공급자(supplier)로 사용할 수 있다.(item43, item44)

다음과 같은 장점이 필요하지 않다면, public static final 필드 방식이 더 좋다.

Reflection 방어

이때, public static final 방식과 static factory 방식은 권한이 있는 클라이언트가 Reflection API - item65 인 AccessibleObject.setAccessible을 사용해 private 생성자를 호출할 수 있는 문제점이 있다. 이러한 공격을 방어하려면 두번 째 객체가 생성되려할 때 다음과 같이 예외처리를 해 막을 수 있다.

public class Elvis {
    public static final Elvis INSTANCE = new Elvis();
    private Elvis() { 
      	if( INSTANCE != null) {
            throw new RuntimeException("Can't create Constructor");
        }	
      	//... 
    }
}

Singleton Class 직렬화

Singleton class를 직렬화하려면 단순히 Serializable을 구현하는 것만으로는 부족하다. 모든 인스턴스 필드를 transient(일시적) 약어를 선언하고 readResolve 메서드를 제공해야한다. (item 89) 이렇게 하지 않으면, 역직렬화(deserialize)시 새로운 인스턴스가 생성된다.

public class Elvis implements Serializable{
    private static final Elvis INSTANCE = new Elvis();
    private Elvis() { ... }
  
  	public static Elvis getInstance() { return INSTANCE; }
  
  	// singleton임을 보장
  	private Object readResolve() {
      	// 역직렬화가 되어 새로운 인스턴스가 생성되더라도 INSTANCE를 반환하여 싱글턴 보장
       	// 새로운 인스턴스는 GC에 의해 UnReachable 형태로 판별되어 제거
      	return INSTANCE;
    }
}

Enum 방식

public enum Elvis {
  	INSTANCE;
}

원소가 하나인 Enum타입을 선언해 singleton을 만들 수 있다.

장점

1. public static 방식보다 더 간결

2. 추가 코드없이 직렬화 가능

3. Reflection 공격과 아주 복잡한 직렬화 상황에도 제 2의 인스턴스가 생기는 일을 완벽히 방어

대부분의 상황에서는 원소가 하나뿐인 열거 타입이 singleton을 만드는 가장 좋은 방법이다. 하지만, 만들려는 singleton이 Enum 이외의 클래스를 상속해야하는 경우 이 방법은 사용할 수 없다.

참고

• Carrey's 기술블로그 - Item3

• Heeg's Log - [Mockito] Mock 객체 란?