📘[Web] 싱글톤 패턴이란?

싱글톤 패턴이란?

싱글톤 패턴(Singleton pattern)이란, 객체의 인스턴스가 오직 1개만 생성되는 패턴을 의미한다.
즉, 클래스의 인스턴스가 딱 1개만 생성되는 것을 보장하는 디자인 패턴이다.

주의할 점

객체 인스턴스를 2개 이상 생성하지 못하도록 막아야한다!

private 생성자를 사용해서 외부에서 임의로 new 키워드를 사용하지 못하게 하자!

[예제]

public class Singleton {

    private static Singleton instance = new Singleton();
    
    private Singleton() {
        // 생성자는 외부에서 호출못하게 private 으로 지정해야 한다.
    }

    public static Singleton getInstance() {
        return instance;
    }

    public void say() {
        System.out.println("hi, there");
    }
}

위의 예제를 보면, Singleton 클래스의 객체는 instance하나 뿐이다.

싱글톤 패턴의 장점

싱글톤 패턴으로 사용하면 인스턴스가 1개만 생성되는데, 왜 싱글톤 패턴을 사용할까?

먼저, 메모리의 절약의 장점이 있다.
객체는 생성할 때마다 메모리 영역을 할당받아야 한다.
하지만 한 번의 new를 통해 객체를 생성한다면 메모리의 낭비를 방지할 수 있다.

다음으로는 클래스 간의 데이터 공유 용이 측면이다.
싱글톤 인스턴스는 전역으로 사용되는 인스턴스이기 때문에 다른 클래스의 인스턴스들이 접근(데이터를 공유)하여 사용할 수 있다.

하지만 여러 클래스의 인스턴스에서 싱글톤 인스턴스의 데이터에 동시에 접근하게 되면 동시성 문제가 발생할 수 있으니 이점을 유의해서 설계하는 것이 좋다.

동시성 문제?

동시성 문제란, 동일한 하나의 데이터에 둘 이상의 스레드, 혹은 세션에서 가변 데이터를 동시에 제어할 때 나타는 문제를 말한다.
쉽게 말해 동일한 자원에 대해 여러 스레드가 동시에 접근 하면서 발생하는 문제라고 할 수 있다.

해결방법으로는 쓰레드 로컬(Thread Local) 이 있다.

싱글톤 페턴의 문제점

싱글톤 패턴은 메모리 측면과 데이터 공유 측면에서 이점을 갖고 있지만 다음과 같이 많은 문제점들을 수반하기 때문에 trade-off를 잘 고려해야 한다.

trade-off (상충관계)

“하나를 얻으면 다른 하나를 잃는다.”

예: 프로그램의 성능을 높일 수록 메모리의 사용량 증가

먼저, 구현 코드 자체가 많다.
정적 팩토리 메서드에서 객체 생성을 확인하고 생성자를 호출하는 경우에는 멀티스레딩 환경에서 발생할 수 있는 동시성 문제 해결을 위해 syncronized 키워드를 사용해야 한다.

다음으로는 테스트의 어려움이다.
싱글톤 인스턴스는 자원을 공유하고 있기 때문에 테스트가 격리된 환경에서 수행되려면 매번 인스턴스의 상태를 초기화해주어 한다.
안그러면 전역에서 상태를 공유하기 때문에 테스트가 정상적으로 수행되지 않는다.

다음으로는 의존관계상 클라이언트가 구체 클래스에 의존한다는 점이다.
이는 DIP 원칙을 위반함과 동시에, OCP 원칙 위반 가능성이 높아진다.

마지막으로는 내부 속성을 변경하거나 초기화하기 어렵다는 점과, private 생성자로 자식 클래스를 만들기 어렵다는 점이다.

결론적으로 유연성이 떨어진다고 할 수 있어, 안티패턴으로 불리기도 한다.

하지만
스프링 프레임워크(Spring Framework)는 앞서 나온 싱글톤 패턴의 문제점들을 해결하면서, 객체 인스턴스를 싱글톤으로 관리해준다.
스프링 빈(spring bean)이 바로 싱글톤으로 관리되는 빈이다.

싱글톤 컨테이너

스프링 컨테이너는 싱글톤 패턴을 적용하지 않아도 객체 인스턴스를 싱글톤으로 관리한다.
스프링 컨테이너는 싱글톤 컨테이너의 역할을 한다고 할 수 있다.
이렇게 싱글톤 객체를 생성하고 관리하는 기능을 싱글톤 레지스트리라고 한다.

스프링 컨테이너의 이런 기능 덕분에 싱글톤 패턴의 모든 단점을 해결하면서 객체를 싱글톤으로 유지할 수 있다.
싱글톤 컨테이너를 적용한 후에는 객체 호출이 될 때 마다 객체를 생성하는 것이 아닌, 이미 만들어진 객체를 공유해서 효율적으로 재사용할 수 있다.

참고: 스프링의 기본 빈 등록 방식은 싱글톤이지만, 싱글톤 방식만 지원하는 것은 아니다. 요청할 때마다 새로운 객체를 생성해서 반환하는 기능도 제공한다.

참고자료

내 깃허브 (private)spring-core-basic
https://tecoble.techcourse.co.kr/post/2020-11-07-singleton/
스프링 핵심 원리 (기본편) - [인프런] 김영한 강사님