싱글톤 패턴(Singleton Pattern)

싱글톤 패턴은 생성(Creational) 패턴 중 하나로써 객체를 오직 하나만 생성하여 생성된 객체를 프로그램 어디에서나 접근하여 사용할 수 있도록 하는 패턴이다.

​간단하게 얘기하면 필요할 때마다 똑같은 객체를 매번 생성하지 말고 기존에 생성한 하나의 객체를 활용하도록 하는 디자인 패턴이다.

​싱글톤 패턴의 구조는 다음과 같다.

• Singleton : 하나의 객체만 생성하도록 보장해주며 getInstance() 메서드를 통해서만 다른 클래스에서 객체에 접근할 수 있도록 해주는 클래스

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간단한 예시를 통해 싱글톤 패턴을 이해해 보자.

​회사에서 직원들이 모두 사용하는 정수기가 있다고 하자. 정수기의 이름을 간단하게 A라고 하겠다. 정수기를 사용할 때마다 정수기의 물의 양을 1만큼 감소한다고 하자. 이를 코드로 구현하려면 어떻게 해야 할까?

​정수기 A는 분명히 회사에 1개만 존재하기 때문에 매번 사용할 때마다 기존의 물의 양을 알 수 있어야 한다. 정수기를 사용할 때마다 객체를 매번 생성해야 하는데 어떻게 기존의 물의 양을 알 수 있을까?

바로 싱글톤 패턴을 사용하는 것이다.

​

싱글톤 패턴을 이해하기 위해선 static이라는 것을 이해해야 한다. 간단하게 설명하면 자바에서 static 키워드를 사용하면 메모리에 한번 할당되어 프로그램이 종료될 때 해제가 된다.

따라서 static을 통해 객체를 생성하면 프로그램이 종료되기 전까지 계속해서 메모리에 남아있기 때문에 다른 곳에서 똑같은 객체에 접근할 수 있도록 해주는 것이다.

 

정수기 A 객체를 static을 사용해서 선언하면 메모리에 정수기 A가 프로그램 종료 시까지 할당이 되면서 매번 정수기를 사용할 때마다 정수기를 생성하지 말고 정수기 A의 메모리에 접근하여 물의 양을 1만큼 감소시켜주면 되는 것이다.

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이를 코드로 구현하면 다음과 같다.

​먼저 정수기의 객체와 생성자는 외부에서 접근 및 생성하지 못하도록 private으로 선언해준다. 다만, 정수기 객체는 static를 붙여 만약 어떠한 방법으로 접근했다면 동일한 객체이도록 보장해준다.

public class WaterPurifier {
    //private으로 선언하여 외부에서 접근 x
	//다만, 접근하였을때 동일한 객체를 위해 static으로 선언
    private static WaterPurifier waterPurifier;
	private int amount;

    //private으로 선언하여 외부에서 접근 x
	private WaterPurifier() { setAmount(100); }

    public int getAmount() {
		return amount;
	}

	public void setAmount(int amount) {
		this.amount = amount;
	}
}

 

생성자가 private으로 선언되었기 때문에 우리는 외부에서 waterPurifier의 객체를 생성할 수 없다. 이를 위해 우리는 static으로 선언한 waterPurifier를 얻기 위해 static 메서드인 getInstance를 하나 선언해준다. static으로 선언한 변수는 static 메서드를 통해서만 접근할 수 있기 때문이다.

//static 변수를 접근하도록 하기 위해 static 메서드로 선언
public static WaterPurifier getInstance() {
	//초기 호출 시 waterPurifier 객체 생성
	if (waterPurifier == null) {
		waterPurifier = new WaterPurifier();
	}
		
	return waterPurifier;
}

 

waterPurifier를 처음 생성할 때만 생성자를 통해 정수기 객체를 생성해 주고 이후부터는 메서드가 호출되면 기존의 waterPurifier를 반환해준다.

​최종적인 정수기 클래스 코드는 다음과 같다.

public class WaterPurifier {
	//private으로 선언하여 외부에서 접근 x
	//다만, 접근하였을때 동일한 객체를 위해 static으로 선언
	private static WaterPurifier waterPurifier;
	private int amount;
	
	//private으로 선언하여 외부에서 접근 x
	private WaterPurifier() { setAmount(100); }
	
	//static 변수를 접근하도록 하기 위해 static 메서드로 선언
	public static WaterPurifier getInstance() {
		//초기 호출 시 waterPurifier 객체 생성
		if (waterPurifier == null) {
			waterPurifier = new WaterPurifier();
		}
		
		return waterPurifier;
	}
	
	public int getAmount() {
		return amount;
	}

	public void setAmount(int amount) {
		this.amount = amount;
	}

	//정수기를 사용할때마다 물의 양을 1만큼 감소
	public void useWaterPurifier() {
		amount--;
	}
}

 

그렇다면 Main에서 동일한 객체를 사용하는지 테스트해보자.

​우선 private으로 선언하였기 때문에 직접 waterPurifier 객체를 생성할 수 없다.

//private이기 때문에 직접 객체 생성 x
//WaterPurifier waterPurifier = new WaterPurifier;

정수기 1과 정수기 2를 get_Instance() 메서드를 통해 생성한 후 정수기 2를 사용해보자.

WaterPurifier waterPurifier1 = WaterPurifier.getInstance();
WaterPurifier waterPurifier2 = WaterPurifier.getInstance();
		
System.out.println("waterPurifier1 물의 양 : " + waterPurifier1.getAmount());
System.out.println("waterPurifier2 물의 양 : " + waterPurifier2.getAmount());
		
System.out.println("==========================");
System.out.println("waterPurifier2 사용");
waterPurifier2.useWaterPurifier();
System.out.println("==========================");

System.out.println("waterPurifier1 물의 양 : " + waterPurifier1.getAmount());
System.out.println("waterPurifier2 물의 양 : " + waterPurifier2.getAmount());

결과는 다음과 같다.

정수기 2를 사용했지만 정수기 1, 정수기 2 모두 같은 메모리를 참조하고 있기 때문에 두 정수기의 물의 양이 함께 1만큼 감소된 것을 확인할 수 있다.

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그렇다면 두 객체가 정말로 같은 메모리를 참조하는지 확인해보자.

System.out.println(waterPurifier1.hashCode() + " == " + waterPurifier2.hashCode());
System.out.println(waterPurifier1.equals(waterPurifier2));

두 객체가 동일한 주소를 가지는 객체인 것을 가지는 것을 확인할 수 있다.

​

싱글톤 패턴을 사용하면 매번 new 연산을 통해 객체를 생성하지 않아도 되기 때문에 메모리를 효율적으로 사용할 수 있는 장점이 있다.

또한, static 객체이기 때문에 외부에서 객체의 데이터를 공유하기가 쉽다. 따라서 DBCP(Database Connection Pool)처럼 공통된 객체를 여러 개 생성해서 사용해야 하는 상황에 많이 사용된다.

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다만, 싱글톤 패턴을 너무 많이 사용하면 클래스의 객체들 간의 결합도가 높아지는 단점이 있다. 또한, 다중 스레드 환경에서 동기화 문제가 발생할 수 있다.

물론 동기화 문제를 위해 싱글톤 객체를 선언하는 방법도 있지만 여기서는 싱글톤 패턴의 개념을 알아보기 위한 것이기 때문에 따로 다루지는 않겠다.

​따라서 싱글톤 패턴은 장단점이 존재하기 때문에 상황에 맞게 적절하게 활용하도록 하자.