Singleton Pattern

SingleTon

• Gangs of Four 패턴 중 생성 패턴의 일종
• 생성자가 여러 차례 호출 되더라도 실제로 한 개의 객체만 생성되고 최초 생성 이후에는 최초 생성자가 생성한 것을 리턴합니다.
  • 하나의 인스턴스를 만들어 놓고, 해당 인스턴스를 여러 모듈이 공유하며 사용합니다.
  • 인스턴스 생성에 대한 비용이 감소한다는 장점이 있지만, 의존성이 높아진다는 단점이 있습니다.
• 보통 데이터베이스 연결 모듈에 많이 사용합니다.

예시

class Singleton {
 public:
  // GetInstance 메서드는 Singleton 클래스의 유일한 인스턴스를 반환합니다.
  static Singleton& GetInstance() {
    // static 지역 변수를 사용하여 인스턴스를 생성합니다.
    // Singleton 클래스가 비트-복사 가능한 경우를 대비해 new를 사용하여 동적 할당합니다.
    static Singleton* singleton = new Singleton();
    return *singleton;
  }

 private:
  // 생성자는 private으로 선언하여 외부에서 직접 인스턴스를 생성하지 못하도록 합니다.
  Singleton() = default;

  // 복사 생성자와 복사 대입 연산자를 삭제하여 복사할 수 없도록 합니다.
  Singleton(const Singleton&) = delete;
  Singleton& operator=(const Singleton&) = delete;

  // 이동 생성자와 이동 대입 연산자도 삭제하여 이동할 수 없도록 합니다.
  Singleton(Singleton&&) = delete;
  Singleton& operator=(Singleton&&) = delete;
};

• public
  • GetInstance 메서드는 Singleton 클래스의 유일한 인스턴스를 반환합니다.
  • static 지역 변수 singleton을 사용하여 처음 호출될 때 Singleton 인스턴스를 생성합니다.
  • new 키워드를 사용하여 동적 할당하는 이유는 Singleton 클래스가 비트-복사 가능하지 않을 경우를 대비하기 위함입니다.
  • static 변수는 프로그램의 수명 동안 한 번만 초기화됩니다.
• private
  • 생성자는 private으로 선언되어 외부에서 직접 인스턴스를 생성할 수 없습니다.
  • 이를 통해 Singleton 패턴의 핵심인 유일한 인스턴스를 보장할 수 있습니다.
• Deleted Copy/Move Operations
  • 복사 생성자, 복사 대입 연산자, 이동 생성자, 이동 대입 연산자를 삭제(delete)하여 외부에서 복사나 이동을 통해 새로운 인스턴스를 만들 수 없도록 합니다.
  • 이를 통해 인스턴스의 유일성을 더욱 강화합니다.

import java.sql.Connection;
import java.sql.DriverManager;
import java.sql.SQLException;

public class DatabaseConnection {
    // 싱글톤 인스턴스를 저장할 정적 필드
    private static DatabaseConnection instance;

    // JDBC 연결 객체를 저장할 필드
    private Connection connection;

    // private 생성자로 외부에서 직접 인스턴스화를 막음
    private DatabaseConnection() {
        // 데이터베이스 연결 초기화
        String url = "jdbc:mysql://localhost:3306/mydatabase";
        String username = "username";
        String password = "password";

        try {
            // JDBC 드라이버 로드
            Class.forName("com.mysql.cj.jdbc.Driver");
            // 데이터베이스 연결
            connection = DriverManager.getConnection(url, username, password);
        } catch (ClassNotFoundException | SQLException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }

    // 싱글톤 인스턴스를 반환하는 정적 메서드
    public static synchronized DatabaseConnection getInstance() {
        // 인스턴스가 없는 경우에만 인스턴스를 생성
        if (instance == null) {
            instance = new DatabaseConnection();
        }
        // 기존에 있는 인스턴스 반환
        return instance;
    }

    // 데이터베이스 연결 객체 반환
    public Connection getConnection() {
        return connection;
    }
}

싱글톤 패턴의 단점

• TDD(Test Driven Development) 를 진행 할 때, 단위테스트를 주로 합니다.
  • 단위테스트는 테스트가 서로 독립적이여야 하는데, 테스트를 어떤 식으로든 실행 시킬 수 있어야 합니다
  • 싱글톤 패턴은 ‘미리’ 생성된 하나의 인스턴스를 기반으로 구현하는 패턴으로써 각 테스트마다 독립적인 인스턴스를 만들기 어렵습니다.

의존성 주입(DI, Dependency Injection)

• 싱글톤 패턴의 단점인 모듈간의 결합이 굉장히 강하다는 점을 의존성 주입으로 모듈 간 결합을 약하게 해 해결할 수 있습니다.

• 메인 모듈이 직접 다른 하위 모듈에 의존성을 주는 것이 아니라, 중간에 의존성 주입자가 가로채서 메인 모듈이 간접적으로 의존성을 주입하게 하는 방식입니다.
• 메인 모듈, 즉 상위모듈은 하위 모듈에 대한 의존성이 떨어지게 됩니다. 이러한 것을 디커플링 된다고도 합니다.

 

 

 

 

• 장점
  • 모듈을 쉽게 교체할 수 있는 구조가 되어 테스팅과 마이그레이션이 수월해집니다.
  • 구현할 때 추상화 레이어를 넣고 이를 기반으로 구현체를 넣어주기 때문에 애플리케이션 의존성 방향이 일관적입니다.
  • 애플리케이션을 쉽게 추론할 수 있습니다.
  • 모듈간의 관계가 조금 더 명확해집니다.

• 단점
  • 단위 테스트를 하기 어렵습니다.모듈들이 더욱더 분리되므로 클래스 수가 늘어나 복잡성이 증가될 수 있습니다.런타임 패널티가 생기기도 합니다.
• 원칙
  • 상위 모듈은 하위 모듈에서 어떠한 것도 가져오지 않아야 합니다.둘 다 추상화에 의존해야 하며, 추상화는 세부 사항에 의존하지 말아야 합니다.
• 예시

// 메시지 전송 인터페이스
public interface MessageService {
    void sendMessage(String message);
}

// 이메일 메시지 전송 구현체
public class EmailService implements MessageService {
    @Override
    public void sendMessage(String message) {
        System.out.println("Email : " + message);
    }
}

// SMS 메시지 전송 구현체
public class SMSService implements MessageService {
    @Override
    public void sendMessage(String message) {
        System.out.println("SMS : " + message);
    }
}

// 메시지 전송 서비스 클래스
public class MessageSender {
    private final MessageService messageService;

    // 생성자를 통한 의존성 주입
    public MessageSender(MessageService messageService) {
        this.messageService = messageService;
    }

    // 메시지 전송 메서드
    public void send(String message) {
        messageService.sendMessage(message);
    }
}

// 메인 클래스
public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        // 의존성 주입을 통해 이메일 전송 서비스를 사용하는 메시지 전송 객체 생성
        MessageService emailService = new EmailService();
        MessageSender messageSenderByEmail = new MessageSender(emailService);
        messageSenderByEmail.send("test for email transfer");

        // 의존성 주입을 통해 SMS 전송 서비스를 사용하는 메시지 전송 객체 생성
        MessageService smsService = new SMSService();
        MessageSender messageSenderBySMS = new MessageSender(smsService);
        messageSenderBySMS.send("test for sms transfer");
    }
}
// 출처 https://hulrud.tistory.com/97

 

 

Refs

https://inpa.tistory.com/entry/GOF-💠-싱글톤Singleton-패턴-꼼꼼하게-알아보자

https://ko.wikipedia.org/wiki/싱글턴_패턴

https://tecoble.techcourse.co.kr/post/2020-11-07-singleton/

https://hulrud.tistory.com/97

면접을 위한 CS 전공지식노트