Singleton

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Singleton

애플리케이션이 시작될 때 어떤 클래스가 최초 한번만 메모리를 할당하고(static) 그 메모리에 인스턴스를 만들어 사용하는 디자인 패턴이다. 생성자가 여러번 호출되더라도 실제로 생성되는 객체는 하나이며, 최초 생성 이후 호출된 생성자는 최초에 생성한 객체를 반환한다.

즉, 인스턴스를 하나만 만들어 사용하기위한 패턴이다.

하나의 인스턴스만을 생성하는 책임이 있으며, getInstance() 메서드를 통해 모든 클라이언트에게 동일한 인스턴스를 반환하는 작업을 수행한다.

public class Singleton {
    private static Singleton singletonObject;

    private Singleton() {}

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

하나의 인스턴스만을 유지하기 위해 인스턴스 생성에 특별한 제약을 걸어둬야 한다. new 를 실행할 수 없도록 생성자에 private 접근 제어자를 지정하고, 유일한 단일 객체를 반환할 수 있도록 정적 메소드를 지원해야 한다. 또한 유일한 단일 객체를 참조할 정적 참조변수가 필요하다.

문제점

멀티스레딩 환경에서 싱글턴 패턴을 적용하다보면 문제가 발생할 수 있다. 동시에 접근하다가 하나만 생성되어야 하는 인스턴스가 두 개 생성될 수 있는 것이다. 이러한 문제는 1. 인스턴스를 만드는 메서드에 동기화하는 방법 (Thread-Safe Initialization) 2. 정적 변수에 인스턴스를 만들어 바로 초기화하는 방법 (Eager Initialization)으로 해결할 수 있다.

public class Singleton {
    private static Singleton singletonObject;

    private Singleton() {}

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

단순히 synchronized 키워드를 사용하면 성능상 이슈가 있을 수 있다.

public class Singleton {
    private static volatile Singleton singletonObject;

    private Singleton() {}

    public static Singleton getInstance() {
        if (singletonObject == null) {
            synchronized (Singleton.class) {
                if(singletonObject == null) {
                    singletonObject = new Singleton();
                }
            }
        }
        return singletonObject;
    }
}

다음과 같이 DCL(Double Checking Locking)을 써서 getInstance()에서 동기화 되는 영역을 줄일 수 있다. 초기에 객체를 생성하지 않으면서도 동기화하는 부분을 작게 만들었다. 그러나 이 코드는 멀티코어 환경에서 동작할 때, 하나의 CPU 를 제외하고는 다른 CPU 가 lock 이 걸리게 된다. 그렇기 때문에 다른 방법이 필요하다.

public class Singleton {
    private static volatile Singleton singletonObject = new Singleton();

    private Singleton() {}

    public static Singleton getSingletonObject() {
        return singletonObject;
    }
}

정적변수에 인스턴스를 만들어 바로 초기화 하는 방법(Eager initialization)으로 해결할 수 있다.

왜 싱글톤을 사용할까?

고정된 메모리 영역을 사용하면서 메모리 낭비를 방지할 수 있다.
전역 인스턴스이기 때문에 다른 클래스의 인스턴스들이 데이터를 공유하기 쉽다. (Connection Pool, 스레드 풀, 디바이스 설정 객체처럼 공통퇸 객체를 여러개 생성해 사용해야하는 상황에서 많이 사용)
두 번째 이용시부터는 객체 로딩 시간이 줄어 성능이 좋아진다.

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