Singleton Pattern.md

🍐☝️ Singleton Pattern

Assembled by Anna (2019-11-27)

Goal

• Singleton Pattern 의 개념을 알 수 있다.
• Singleton Pattern 을 동작원리를 이해할 수 있다.
• Multi-thread 환경에서의 Singleton Pattern을 이해할 수 있다.

What is Singleton?

Creating one-of-a-kind objects for which there is only one instance

단 하나의 객체 를 생성하고 생성된 객체를 어디서든 참조할 수 있도록 하는 패턴입니다.

여기서 주의할 점은 클래스를 static으로 선언하는 것이 아닌, 동적으로 생성하고 heap 영역에서 GC로 관리되도록 하되, 단 하나의 객체를 생성하는 것입니다.

Singleton 구현과 사용

Singleton 구현 방법

Singleton을 간단히 구현하면 다음과 같이 나타낼 수 있습니다.

public class Singleton {
    private static Singleton instance; // 2
    private Singleton() {} // 1
    public static Singleton getInstance() // 3
        if(instance == null) {
            instance = new Singleton();
        }
        return instance;
    }
}

1. 생성자

   생성자를 private 지정자를 사용하여 외부 클래스에서 생성하지 못하도록 합니다.

2. instance

   Singleton의 객체입니다. 외부 클래스에서는 해당 객체를 사용하게 됩니다. 마찬가지로 private 지정자를 사용하여 외부 클래스에서 직접적으로 접근하지 못하게 합니다.

3. getInstance()

   외부의 모든 클래스에서 호출하여 Singleton 객체를 사용할 수 있습니다.

   1. 호출을 하게되면, 먼저 객체가 생성되었는 지를 판별합니다.
   2. 생성되지 않았다면, instance에 Singleton 객체를 생성하여 넣어줍니다.
   3. instance를 반환합니다.

Singleton 사용

외부 클래스에서 다음과 같이 Singleton 객체를 사용할 수 있습니다.

public class AnotherClass {
    void usingSingleton() {
        Singleton inst = Singleton.getInstance();
    }
}

Multi-Thread 환경에서의 Singleton

만약, Multi-thread 환경에서 두 개 이상의 스레드가 getInstance() 함수에 진입한다고 할 때 두 개 이상의 객체가 생성될 수 있습니다.

해결방법

1. 미리 인스턴스를 생성하는 방법.

   public class Singleton {
       private static Singleton instance = new Singleton();
       private Singleton() {}
       public static Singleton getInstance()
           return instance;
       }
   }

   미리 인스턴스를 생성하게 되면, 불필요한 시스템 리소스를 낭비하게 될 수도 있습니다.

2. synchronized 를 사용하는 방법.

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

   getInstance() 메소드를 동기화하는 방법으로, 동기화로 인해 수행 시간이 느려진다는 단점이 있습니다.

3. 내부 static 클래스를 사용하는 방법.

   public class Singleton {
       private Singleton() {}
       public static Singleton getInstance() {
           return LazyHolder.INSTANCE;
       }
       // LazyHolder 기법 사용.
   	private static class LazyHolder {
       	private static final Singleton INSTANCE = new Singleton();
   	}
   }

   LazyHolder 클래스는 getInstance() 가 호출되는 순간 Class가 로딩되며, 이 순간은 thread-safe 가 보장되기 때문에, syncronized 나 volatile 를 사용하지 않고도 안전하게 사용가능합니다.

Reference & Additional Resources

• https://jungwoon.github.io/java/2019/08/11/Singleton-Pattern-with-Multi-Thread/
• HeadFirstDesignPattern