싱글톤 패턴

접근

• 객체를 만들어 사용할 때 인스턴스가 2개 이상이면 프로그램에 이상이 생기는 경우가 발생할 수 있다.

• 이러한 경우 특정 클래스에 객체 인스턴스를 하나만 만들 수 있도록 하는 패턴을 사용해야 한다.

• 전역 변수를 사용하는 것과 같이 객체 인스턴스를 어디서든 접근할 수 있도록 하고, 해당 객체가 필요한 상황에 객체 인스턴스를 생성하면 된다.

  • 전역변수로 싱글톤 패턴을 구현할 경우, 언어마다 특징이 달라 외부 코드에서 덮어쓰여질 가능성이 있으므로 조심해서 사용해야 한다.

개념

• 클래스 인스턴스를 하나만 만들고, 그 인스턴스로의 전역 접근을 제공하는 디자인 패턴이다.

• 클래스 내부에서 하나뿐인 인스턴스를 관리한다. 다른 클래스에서 인스턴스 생성이 불가능하도록 막고, 클래스에 요청해야만 인스턴스를 얻을 수 있다.

장단점

• 장점

  • 하나의 객체를 전역적으로 접근하는 것을 보장한다.

  • 초기화가 한 번만 이루어진다.

• 단점

  • 싱글톤 객체는 사용하는 객체와 강하게 결합되어, 싱글톤 클래스에 변경이 발생했을 때 사용하는 쪽 클래스도 변경되어야 한다.

  • 객체 고유의 행동에 대한 책임, 객체를 싱글톤으로 유지하는 책임을 동시에 가지므로 단일 책임 원칙을 위반한다.

  • 테스트 코드 작성 시 Mock 객체를 사용하기 어렵다.

주의점

클래스로더

• 클래스 로더가 여러 개라면 클래스 로더마다 서로 다른 네임스페이스를 정의하므로 같은 클래스를 여러 번 로딩할 수 있어 싱글톤 인스턴스가 여러 개 만들어질 수 있다. 따라서 클래스 로더가 여러 개인 상황이라면 주의해야 한다.

리플렉션, 직렬화/역직렬화

• 리플렉션을 통해 클래스 생성자에 접근하면 객체가 하나라는 원칙이 깨지게 된다. 이 때에는 생성자에서 예외를 발생하면 된다.

• 싱글톤 객체를 직렬화한 후 역직렬화하면 새로운 객체가 생성된다.

• 자세한 내용은 여기를 참고한다.item 89) 인스턴스 수를 통제해야 한다면 readResolve보다는 열거 타입을 사용하라

사용 방법

• 외부에 노출되는 생성자가 없도록 모두 private 접근자로 둔다.

• getInstance 정적 메서드에서 객체를 한 번만 생성하고, 생성된 객체를 필드에 저장해두어 재활용할 수 있도록 한다.

• 멀티 스레드 환경에서 동시에 uniqueInstance가 존재하지 않을 때 getInstance 메서드에 접근하면 각기 다른 객체를 생성해 사용하게 되므로 문제가 발생한다.

• 이를 해결하려면 아래 세 가지 방법 중 하나를 사용하면 된다.

  • getInstance 메서드에 synchrinozed 키워드를 붙여 동시에 여러 스레드에서 호출하지 못하게 한다.

  • 인스턴스를 클래스 초기화 시점에 생성하도록 한다.

  • DCL(Double-Checked Locking) 방식을 통해 객체 생성 전 인스턴스가 있는지 확인하고, synchronized 블록을 통해 싱글톤 클래스 자체에 락을 걸어 객체 생성을 동시에 수행되지 않도록 한다. 이를 통해 처음 객체를 생성할 때에만 동기화가 이뤄지도록 한다.

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

예시

• Spring Session에서는 UUID를 비롯한 다양한 방식을 통해 세션 아이디를 생성할 수 있다.

• 이 중 가장 기본적이고 널리 사용되는 UUID 방식으로 세션 아이디를 생성하도록 한 UuidSessionIdGenerator는 싱글톤으로 동작하도록 구현되었다.

public final class UuidSessionIdGenerator implements SessionIdGenerator {

	private static final UuidSessionIdGenerator INSTANCE = new UuidSessionIdGenerator();

	private UuidSessionIdGenerator() {
	}

	@Override
	@NonNull
	public String generate() {
		return UUID.randomUUID().toString();
	}

	/**
	 * Returns the singleton instance of {@link UuidSessionIdGenerator}.
	 * @return the singleton instance of {@link UuidSessionIdGenerator}
	 */
	public static UuidSessionIdGenerator getInstance() {
		return INSTANCE;
	}

}

• Spring Cache에서는 Null 저장이 불가능한 캐시 솔루션을 다루기 위해 NullValue라는 클래스를 Null 대신 저장하도록 유도하고 있다. 여기서는 싱글톤 객체 필드에 직접 접근하도록 하고 있어 전역 변수처럼 사용하고 있다.

public final class NullValue implements Serializable {

    public static final Object INSTANCE = new NullValue();
    // ...
}