싱글톤(Singleton)패턴?

싱글톤(Singleton)패턴?

• 객체의 인스턴스가 오직 한개만 생성되는 패턴
• GOF 디자인 패턴의 일종으로 생성, 구조, 행위 중 생성패턴에 해당

👉 관련 용어정리

Thread : 프로세스가 할당받은 자원을 이용하는 실행의 단위

Multi-Thread : 하나의 프로세스 내에서 둘 이상의 스레드가 동시에 작업을 수행하는 것

Thread-Safe : 멀티 스레드 프로그래밍에서 함수, 변수, 객체가 여러 스레드로부터 동시에 접근되어도 프로그램 실행에 문제가 없음을 의미
Side-Effect : 원래의 목적과 다른 효과 또는 부작용 = 버그

Synchronized : 여러개의 스레드가 한개의 자원을 사용하고자 할 때, 현재 데이터를 사용하고 있는 해당 스레드를 제외하고 나머지 스레드들은 데이터에 접근 할 수 없도록 막는 개념

Lazy Loading : 당장 필요하지 않은 리소스들을 추후에 로딩하게 하는 기술

 

 

싱글톤 적용안한 코드

NotSingleton n1 = new NotSingleton();
NotSingleton n2 = new NotSingleton();
System.out.println(n1==n2);

결과 : false

• new 연산자를 사용하면 새로운 인스턴스를 만들기 때문에 다르다고 나온다

 

싱글톤 적용 코드 첫 번째 : 가장 일반적인 방법

public class Singleton {

    private static Singleton instance;

    private Singleton(){}

    public static Singleton getInstance(){
        if (instance==null){//null이면 만들고
            instance = new Singleton();
        }
        return instance; // 아니면 만들지 않는다.
    }
}

Singleton s1 = Singleton.getInstance();
Singleton s2= Singleton.getInstance();
System.out.println(s1==s2);

결과 : true

• new를 사용하지 않고 객체를 생성하려면 클래스 안에 Private로 설정
• 싱글톤 객체를 글로벌하게 사용하려면 Static한 메소드를 사용

 

이 코드의 문제점

• 우리는 웹 애플리케이션을 만든다면 멀티쓰레드 환경에서 작동한다.
• 이 코드는 멀티쓰레드 환경에서 안전하지 않는다. == Tread-Safe 하지 않다.
• 두개가 있다고 가정했을 때 동시에 getInstance()를 호출 한다면 값이 달라진다.

 

싱글톤 적용 두 번째 : Thread-Safe하게 구현하기

 

Thread-Safe - 1

public class Singleton {

    private static Singleton instance;

    private Singleton(){}

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

• Synchronized(동기화 처리)키워드 쓰기
• 메소드의 한번에 딱 하나의 스레드만 들어오도록 해주는 것 
• 멀티 스레드환경에서도 하나의 인스턴스만 보장.
• getInstance() 메소드 호출시 동기화를 처리하는 작업때문에 성능에 불이득이 있을 수 있다.

Thread-Safe - 2

public class Singleton {

    private static final Singleton INSTANCE = new Settings();

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

• 이른 초기화
• 객체를 만드는 비용이 비싸지 않는다면 사용해 볼만하다. 
• 미리 만든다는 의미 애플리케이션 로딩 시 많은 리소스가 필요 할 수 있다라는 단점이 있음.

Thread-Safe-3

public class Singleton {

    private static volatile Singleton instance;

    private Singleton() {}

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

• Double checked locking //효율적인 동기화 블록 만들기
• Static 변수에 volatile(볼랫틀)을 만들어 주어야함//java 1.5 이상에서만 동작한다. 
• 인스턴스가 있을 경우 sycronized 를 안쓴다.
• 성능에 유리하다.
• 인스턴스를 필요로 하는 시점에만 만들 수 있다.
• 단점은 기법이 복잡하다. 볼랫틀을 이해하고 싶다면 자바 메모리 기법공부를 좀 해야한다. 

 

 

Thread-Safe-4

public class Singleton {

    private Singleton() {}

    private static class SingletonHolder{ // static inner class 선언
        private static final Singleton INSTANCE = new Singleton();
    }
    public static Singleton getInstance(){
        return SingletonHolder.INSTANCE;
    }
}

• 진짜 권장하는 방법
• Static inner 클래스 사용하기
• 이렇게 하면 멀티 쓰레드 환경에서도 안전하고 Lazy Loading 도 가능하다. 코드가 많아 지지도 않는다.

싱글톤 패턴 사용 이유

• 최초 한번의 new 연산자를 통해서 고정된 메모리 영역을 사용하기 때문에 추후 해당 객체에 접근할때 메모리 낭비 방지
• 전역으로 사용되는 인스턴스이기 때문에 데이터 공유가 쉬움
• 이미 생성된 인스턴스를 활용하기 때문에 속도에서 이점이 있다.

싱글톤 패턴 문제점

• 동시성 문제
  • 멀티스레딩 환경에서 싱글톤 인스턴스에 동시에 접근하게 되면 동시성 문제가 발생
  • Syncronized로 해결
• 자식 클래스 못 만듬
• 내부 상태 변경이 어려움
• 다른 객체간의 결함도가 높아져서 객체 지향 설계 원칙에 어긋나게 된다.
  • 객체지향 설계 원칙 SOLID 중 DIP, OCP 위반의존 관계 역전 원칙 
  • DIP : 저수준 모듈이 고수준 모듈에 의존하게 되는것
  • 개방 폐쇄 원칙 OCP : 소프트웨어는 확장에 열려야하고 수정에는 닫혀 있어야한다.

정리

싱글톤 패턴은 멀티 스레딩 환경에서도 동작이 가능해야 하기 때문에 Thread-Safe가 보장되어야 한다.

우리가 사용하는 Spring 컨테이너는 싱글톤 컨테이너이다 즉 싱글톤 패턴을 적용하지 않아도 빈을 싱글톤으로 관리한다.