[디자인 패턴] 싱글턴 패턴(Singleton Pattern)

By starseat
2023-08-14 16:16:38
알고리즘

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# 싱글턴 패턴

- **클래스 인스턴스를 하나만 만들고, 그 인스턴스로의 전역 접근을 제공한다.**
- 하나뿐인 인스턴스를 관리하도록 만든다.
- 다른 어떤 클래스에서도 자신의 인스턴스를 추가로 만들지 못하게 해야 한다.
- 인스턴스에 접근할 수 있도록 전역 접근 지점을 제공한다.

# 고전적인 싱글턴 패턴 구현 법

```java
public class SingletonExample {
    // 하나뿐인 인스턴스를 저장하는 정적 변수
    private static SingletonExample instance;
    
    // 생성자를 private 으로 선언해서 다른 클래스로의 생성 방지
    private SingletonExample() { }
    
    public static SingletonExample getInstance() {
        if(instance == null) {
            instance = new SingletonExample();
        }
        return instance;
    }
    
    // ...
}
```

# 멀티스레딩 문제

위의 **고전적인 싱글턴 패턴 구현 법** 은 멀티스레딩 환경에서 취약한 부분이 있다.
상태 체크를 하여 후 처리를 하는 객체일 경우 상태 체크 전 후 처리를 하게 될 수 있다.

# 멀티 스레딩 문제 해결하기

`getInstance()` 메소드에 `synchronized` 키워드 붙이기.(쓰레드 동기화)

```java
public class SingletonExample {
    private static SingletonExample instance;
    
    private SingletonExample() { }
    
    public static synchronized SingletonExample getInstance() {
        if(instance == null) {
            instance = new SingletonExample();
        }
        return instance;
    }
    
    // ...
}
```

# 더 효율적으로 멀티 스레딩 문제 해결하기

## 방법 1 - 속도가 중요하지 않다면 그냥 두기

`synchronized` 키워드로 속도 문제가 생길 수 있지만 (**약 100배 정도 성능 저하**)
속도가 그리 중요하지 않다면 그냥 두자.

## 방법 2 - 처음부터 인스턴스 만들기

인스턴스가 필요할 때 생성하지 말고, 정적 초기화(static initializer) 하기.

```java
public class SingletonExample {
    // 정적 초기화
    private static SingletonExample instance = new SingleExample();
    
    private SingletonExample() { }
    
    public static synchronized SingletonExample getInstance() {
        // 인스턴스가 이미 있으니 바로 반환
        return instance;
    }
    
    // ...
}
```

이 방법을 사용하면 클래스가 로딩될 때 JVM 에서 SingletonExample 의 하나 뿐인 인스턴스를 생성해 준다. JVM 에서 하나 뿐인 인스턴스를 생성하기 전까지 그 어떤 쓰레드도 `instance` 정적 변수에 접근 할 수 없다.

## 방법 3 - DCL 을 사용하여 동기화되는 부분 줄이기

**DCL(Double-Checked Locking)** 을 사용하면 인스턴스가 생성되어 있는지 확인한 다음 생성되어 있지 않았을 때만 동기화 할 수 있다. 이러면 처음에만 동기화 하고 나중에는 동기화 하지 않아도 된다. (`volatile` 키워드를 사용)
단, **<span style="color: #f00">DCL 은 java 1.4 이전 버전에서는 사용할 수 없다.</span> (1.5 이상 버전에서 사용)**

- `volatile` 키워드를 사용하면 멀티쓰레딩을 사용하더라도 `instance` 변수가 `SingletonExample` 인스턴스로 초기화되는 과정이 올바르게 진행된다.

```java
public class SingletonExample {
    private volatile static SingletonExample instance;
    
    private SingletonExample() { }
    
    public static synchronized SingletonExample getInstance() {
        // 인스턴스를 확인하고 없으면 동기화된 블록 진입
        if(instance == null) {
            // 이러면 처음에만 동기화됨.
            synchronized (SingletonExample.class) {
                // 한번 더 null 체크 후 인스턴스 생성
                if(instance == null) {
                    instance = new SingletonExample();
                }
            }
        }
        return instance;
    }
    
    // ...
}
```

# 참조

- [헤드 퍼스트 디자인 패턴](https://product.kyobobook.co.kr/detail/S000001810483)

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