[Java] Singleton Pattern

Java에서 Singleton 패턴이란 ❔

싱글톤 패턴은 소프트웨어 디자인 패턴 중에 하나로, 하나의 객체만을 생성해 이후에 호출된 곳에서는 생성된 객체를 반환하여 프로그램 전반에서 하나의 인스턴스만을 사용하게 하는 디자인 패턴을 말한다.

public class Singleton {
    // Instance
    private static Singleton instance = new Singleton();

    // private construct
    private Singleton() {}

    public static Singleton getInstance() {
        return instance;
    }
}

위 코드는 싱글톤 패턴을 적용한 예제이다. 객체를 static 변수로 설정하여 인스턴스화하지 않고 접근 제한자를 private으로 설정해 직접적인 접근을 불가능하게 한다. 또한, 기본 생성자를 private을 사용하여 생성 불가하게 함으로써 getInstance 함수를 통해서만 인스턴스를 얻을 수 있다.

Singleton 패턴을 사용하는 이유

오직 하나의 인스턴스만을 사용하게 함으로써 어떤 이점이 있을까 ❔

• 한 번의 객체 생성으로 재사용이 가능하기 때문에 메모리 낭비를 방지할 수 있다.
• 싱글톤으로 생성된 객체는 전역성을 띄기 때문에 다른 객체 간에 공유가 쉽다.

Singleton 패턴의 문제점

• 싱글톤 객체를 사용하는 객체 간의 결합도가 높아진다
  싱글톤은 프로그램 전체에서 하나의 객체만을 공통으로 사용하고 있기 때문에 싱글톤 객체를 사용하는 객체 간의 결합도가 높아져 SOLID 중 개방-폐쇄 원칙(Open-Closed Pricipal)에 어긋날 가능성이 있다.
• 내부 상태를 변경하기 어렵다.
  싱글톤 객체를 수정할 경우 이를 참조하고 있는 모든 값들이 변경되어야 하기 때문에 변경에 유연하게 대처할 수 없다.
• 멀티스레드 환경에서 동기화 문제가 발생할 수 있다.

Singleton 패턴 구현 방법

static block

static block을 사용하여 클래스가 로딩될 때 한번만 실행하게 되는 특성을 사용한 방법

문제점: 인스턴스가 사용되는 시점이 아닌 클래스 로딩 시점에 실행이 된다.

public class Singleton {
    // Instance
    private static Singleton instance;

    // private construct
    private Singleton() {}

    static {
        try { instance = new Singleton();}
        catch(Exception e) { 
        throw new RuntimeException("Create instace fail. error msg = " + e.getMessage());
        }
    }

    public static Singleton getInstance() {
        return instance;
    }
}

lazy init

static block을 개선하여 클래스 로딩 시점이 아닌 인스턴스를 요청할 때 생성하는 방법

문제점: 멀티스레드 환경에 취약하다. 특정 스레드가 동시에 getInstance 함수를 호출할 경우 인스턴스가 중복 생성되는 문제가 발생한다.

public class Singleton {
    // Instance
    private static Singleton instance;

    // private construct
    private Singleton() {}

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

thread safe + lazy

lazy init에서의 getInstance 함수에 synchronized 키워드를 붙여 동기화 문제를 해결한 방법

문제점: synchronized 키워드는 성능 저하를 발생한다.

public class Singleton {
    // Instance
    private static Singleton instance;

    // private construct
    private Singleton() {}

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

Holder

JVM의 클래스 로더 메커니즘과 클래스의 로드 시점을 이용하여 내부 클래스를 통해 생성 시킴으로써 쓰레드 간의 동기화 문제를 해결한 방법

현재 java에서 싱글톤 생성에서 사용하는 대표적인 방법

public class Singleton {

    // private construct
    private Singleton() {}

    /**
     * static member class
     * 내부클래스에서 static 변수를 선언해야하는 경우 static 내부 클래스를 선언해야만 한다.
     * static 멤버, 특히 static 메서드에서 사용될 목적으로 선언
     */
    private static class InnerSingleton {
        // 클래스 로딩 시점에서 생성
        private static final Singleton uniqueInstance = new Singleton();
    }

    public static Singleton getInstance() {
        return InnerSingleton.instance;
    }
}

---

Reference

https://elfinlas.github.io/2019/09/23/java-singleton/

https://velog.io/@kyle/%EC%9E%90%EB%B0%94-%EC%8B%B1%EA%B8%80%ED%86%A4-%ED%8C%A8%ED%84%B4-Singleton-Pattern

자바 싱글톤 패턴 (Singleton Pattern)

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

싱글톤(Singleton) 패턴이란?

https://medium.com/webeveloper/%EC%8B%B1%EA%B8%80%ED%84%B4-%ED%8C%A8%ED%84%B4-singleton-pattern-db75ed29c36

싱글턴 패턴(Singleton Pattern)