[디자인 패턴] 싱글톤 패턴

디자인 패턴

React.js, Spring과 같은 라이브러리나 프레임 워크의 기본이 되며, 프로그램을 설계할 때 발생했던 문제점들을 객체 간의 상호 관계 등을 이용하여 해결할 수 있도록 '규약' 형태로 만들어 놓은 것

 

싱글톤 패턴 (Singleton Pattern)

객체의 인스턴스가 오직 1개만 생성되는 패턴

보통 데이터베이스 연결 모듈에 많이 사용

 

왜 싱글톤 패턴을 사용할까? (장점)

1. 인스턴스 생성의 비용(메모리, 속도) 절감

고정된 메모리 영역을 사용하기 때문에 메모리 절감

(하나의 인스턴스를 만들어 놓고 해당 인스턴스를 다른 모듈들이 공유하며 사용하기 때문)

이미 생성된 인스턴스를 활용하기 때문에 속도 절감

2. 데이터 공유에 용이

하나의 인스턴스를 다른 모듈들이 공유하며 사용함

ex) 웹에 다크모드를 적용했을 경우 다른 웹페이지를 접속하더라도 다크모드가 유지되게 하기 위해 다크모드를 싱글톤 패턴으로 구현

 

싱글톤 패턴의 단점

1. TDD(Test Driven Development)하기 어렵다.

TDD를 할 때 단위 테스트를 주로 하는데, 단위 테스트는 테스트가 서로 독립적이어야 하며 테스트를 어떤 순서로든 실행할 수 있어야 함

하지만 싱글톤 패턴은 미리 생성된 하나의 인스턴스를 기반으로 구현하는 패턴이므로 각 테스트마다 '독립적인' 인스턴스를 만들기 어려움

2. 의존성이 높아진다.

하나의 인스턴스를 다른 모듈들이 공유하며 사용하기 때문

싱글톤 패턴의 자바 구현 예시

class Singleton {
	private static class singleInstanceHolder {
		private static final Singleton INSTANCE = new Singleton();
	}
	
	//멀티쓰레드 환경에서 두 개 이상의 쓰레드 인스턴스를 획득하기위해 
	//getInstance() 메쏘드에 진입하여 경합하는 과정에서
	//두 개의 다른 인스턴스가 만들어지는 경우를 방지하기 위해서 synchronized 사용 
	public static synchronized Singleton getInstance() {
		return singleInstanceHolder.INSTANCE;
	}
	

}

public class HelloWorld {
	public static void main(String[] args) {
		Singleton a = Singleton.getInstance();
		Singleton b = Singleton.getInstance();
		System.out.println(a.hashCode());
		System.out.println(b.hashCode());
		
		if (a==b) {
			System.out.println(true);
		}
		
	}
}

/*
출력결과
142638629
142638629
true
*/

의존성 주입(DI, Dependency Injection)

메인 모듈(main module)이 '직접' 다른 하위 모듈에 대한 의존성을 주는 것을 지양하기 위해 중간에 의존성 주입자(dependency injector)가 이 부분을 가로채 메인 모듈이 '간접' 적으로 의존성을 주입하는 방식

위의 싱글톤 패턴의 단점은 의존성 주입을 통해 모듈간의 결합을 조금 더 느슨하게 만들어 해결할 수 있습니다.

 

의존성 주입의 장점

모듈들을 쉽게 교체할 수 있는 구조가 되어 테스팅하기 쉽고 마이그레이션하기도 수월해짐

구현할 때 추상화 레이어를 넣고 이를 기반으로 구현체를 넣어 주기 때문에 애플리케이션 의존성 방향이 일관되고, 애플리케이션을 쉽게 추론할 수 있으며, 모듈 간의 관계들이 조금 더 명확해짐

 

의존성 주입의 단점

모듈들이 더 분리되어 클래스 수가 늘어나 복잡성이 증가될 수 있으며, 약간의 런타임 패널티가 생기기도 함

 

의존성 주입 원칙

상위 모듈은 하위 모듈에서 어떠한 것도 가져오지 않아야 함

상위 모듈과 하위 모듈 모두 추상화에 의존해야 하며, 이때 추상화는 세부 사항에 의존하지 말아야 함

 

의존성 주입 예시

아래의 Store 클래스는 Pencil이라는 구체 클래스에 강하게 의존하고 있다는 문제점이 있다.

//DI를 적용하지 않는 이 예시의 경우의 문제점
//두 '클래스'가 강하게 결합되어있음
//객체들 간의 관계가 아니라 클래스 간의 관계가 맺어짐 
public class Store {
	
	private Pencil pencil;
	
	public Store () {
		this.pencil = new Pencil();
	}

}

class Pencil {
	private int length;
}

의존성 주입

public interface Product {

}

public class Eraser implements Product {
	
	private int length;
	private int price;

}

아래의 Store_DI 클래스는 더이상 구체 클래스에 의존하지 않게된다.

public class Store_DI {
	
	private Product product;
	
	private Store_DI (Product product) {
		this.product = product;
	}

}

Reference

면접을 위한 CS 전공지식 노트 - 주홍철

https://tecoble.techcourse.co.kr/post/2020-11-07-singleton/

https://en.wikipedia.org/wiki/Singleton_pattern

https://mangkyu.tistory.com/150

https://jungwoon.github.io/java/2019/08/11/Singleton-Pattern-with-Multi-Thread.html

https://www.youtube.com/watch?v=lJES5TQTTWE&t=156s