프로그래머스 데브코스 11일차 - 싱글톤 패턴

화요일 날 진행했던, 팩토리 패턴과 싱글톤 패턴 발표자료 중 싱글톤 패턴의 발표 자료이다!

싱글톤 패턴 : 애플리케이션에 단 하나의 유일한 객체를 만들기 위한 패턴

싱글톤을 사용해야 하는 이유

싱글톤 패턴을 사용하지 않았을 때의 문제

위 처럼 각 각 독립된 기능을 수행하는 클래스를 클라이언트 각각이 클래스를 생성해서 사용하게 되면, 메모리 누수가 발생하게 됩니다. 물론 새롭게 생성된 객체들이 GC 를 통해서 자동으로 비워지기는 할 테지만 잦은 GC는 Stop the World 를 발생시켜 프로그램 사용에 있어서 느려짐을 겪을 수 있습니다.

또한, 만약 해당 클래스를 생성하는데 발생하는 리소스가 많다면 이는 더 심하게 발생할 것입니다. 따라서, 싱글톤은 한 번 생성하고 돌려쓰는 용도로 사용을 하는 방식이고 싱글톤 방식을 채택한다면 다음과 같아집니다.

싱글톤 패턴 사용 시

싱글톤 패턴 구현

싱글톤 패턴을 구현하는 방식은 다음과 같이 7가지가 존재합니다.

1️⃣ Eager Initialization

2️⃣ Static block initialization

3️⃣ Lazy initialization

4️⃣ Thread safe initialization

5️⃣ Double-Checked Locking

6️⃣ Bill Pugh Solution

7️⃣ Enum 이용

각각의 방법을 다 알아보기보다 일반적으로 사용되던 1번을 시작으로 각각이 개선된 3번→4번→6번→7번 순서로 알아보겠습니다.

Eager Initialization

Eager Initialization

가장 일반적인 형태로 볼 수 있는 구현 형태

[문제]

• 사용 할 계획이 없음에도 프로그램이 실행되었을 때 바로 메모리에 적재되어 자원을 낭비

Lazy Initialization

Lazy Initialization

Eager Initialization을 개선한 형태

[개선]

• 프로그램이 실행되자마자 메모리에 올라가지 않아 자원을 낭비하지 않음.

[문제]

• 동시성 문제가 발생

Thread Safe Initialization

Thread Safe Initialization

Lazy Initialization을 개선한 형태

[개선]

• 동시성 Monitor인 synchronized 키워드를 사용하여 동시성 문제 해결

[문제]

• 다른 스레드들이 빠르게 접근을 할 수 없어 성능 저하 문제가 발생을 하게 되었습니다.
• 메서드 내에 synchronized 블록을 통하여 개선이 가능

Bill Pugh Solution (LazyHolder)

LazyHolder

[개선]

위에서 발생한 모든 문제를 개선한 방식. 멀티 쓰레드에도 안전하고, Lazy Loading도 가능

• static 내부 클래스를 사용하여 바로 생성되는 것을 방지
• 한 번 생성 될 때 final 키워드를 사용하여 재 할당 방지

[문제]

• 자바의 Reflection API, 직렬화/역직렬화를 통해 싱글톤이 파괴 될 수 있음.

Enum 방식

Enum 방식

[개선]

• enum은 애초에 멤버를 만들 때 private 형태이고, 바로 초기화를 하기 때문에 thread safe함.
• Reflection 공격에도 안전

[문제]

• 싱글톤 클래스에서 일반적인 클래스로 되돌아가려면 코드를 다시 짜야됨
• 사용하지 않을 클래스인데도 시작부터 메모리에 적재됨
• enum 외에는 상속이 불가능

싱글톤 클래스 자체의 문제

1️⃣ 하나의 클래스에 대해 여러 클래스가 의존하게 되는 상황이 생김.

→ 싱글톤 클래스 자체에 변화가 발생하면, 이를 참조하는 모듈들도 변할 수도 있음.

2️⃣ 단위 테스트에 문제가 있음.

→ 단위 테스트는 서로 독립적인 형태로 해야하는데, 싱글톤을 사용하게 되면 매번 싱글톤 클래스를 초기화 시켜서 수행해야함.

실 사용 사례

대표적으로 Spring Framework는 싱글톤 컨테이너인 Bean Container를 사용하여 빈 객체들에 대해 싱글톤으로 관리.