싱글턴 패턴(Singleton Pattern)

1. 싱글턴 패턴이란?


 싱글턴 패턴은 해당 클래스의 Instance가 하나만 만들어지고, 어디서든지 그 Instance  접근할 수 있도록 하기 위한 패턴이다. 보통 스레드 풀이나 캐시, 대화상자, 사용자 설정, 레지스트리 설정, 로그 기록용 객체, 디바이스 드라이버 등 객체가 여러 개 있는 것보다 하나만 있어야 하는 경우에 싱글턴 패턴을 유용하게 사용할 수 있다.



2. 싱글턴 패턴 예시

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public class ChocolateBoiler {  private boolean empty;  private boolean boiled;  // ChocolateBoiler 클래스의 유일한 Instance를 저장하기 위한 정적 변수  private static ChocolateBoiler uniqueInstance;     // 생성자(Constructor)를 private으로 선언했기 때문에 ChocolateBoiler에서만 클래스의 Instance를 만들 수 있다.  private ChocolateBoiler() {   empty = true;   boiled = false;  }     // 클래스의 Instance를 만들어서 리턴해준다.  public static ChocolateBoiler getInstance() {   // uniqueInstance가 null이면 아직 Instance가 생성되지 않았다는 것을 알 수 있다.   // 이렇게 해두면, Instance가 필요한 상황이 닥치기 전에는 아예 Instance를 생성하지 않을 수 있다. 이를 Lazy Instantiation이라고 한다.   if (null == uniqueInstance) {    uniqueInstance = new ChocolateBoiler();   }   return uniqueInstance;  }     public void fill() {   if (isEmpty()) {    empty = false;    boiled = false;    // 보일러에 우유/초콜릿을 혼합한 재료를 집어넣음.   }  }     public void drain() {   if (!isEmpty() && isBoiled()) {    // 끓인 재료를 다음 단계로 넘김.    empty = true;   }  }     public void boil() {   if (!isEmpty() && !isBoiled()) {    // 재료를 끓임    boiled = true;   }  }     public boolean isEmpty() {   return empty;  }     public boolean isBoiled() {   return empty;  } }

3. 멀티 스레딩 문제 해결 방법


 다중 스레드에서는 getInstance()를 할 때, 싱글턴 클래스에서 약간의 시간 차이로 서로 다른 객체가 생성될 수 있다. 이를 해결하기 위해서는 다음과 같은 방법이 있다.

(1) getInstance()를 동기화(Synchronize) 시키기
 getInstance() 메소드가 애플리케이션에 큰 부담을 주지 않는다면 synchronized 키워드를 사용해서 한 스레드가 메소드 사용을 끝내기 전까지 다른 스레드가 기다리게 할 수 있다. 하지만 메소드를 동기화시키면 성능이 100배 정도 저하된다고 한다.

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public static synchronized ChocolateBoiler getInstance() {  if (null == uniqueInstance) {   uniqueInstance = new ChocolateBoiler();  }  return uniqueInstance; }

(2) 처음부터 Instance를 생성하기
 애플리케이션에서 반드시 싱글턴을 사용한 클래스의 Instance를 생성하고, 그 Instance를 항상 사용하거나 또는 Instance를 실행중에 수시로 만들고 관리하기가 성가시다면 처음부터 싱글턴 Instance를 만들어버리는 것도 좋은 방법이다.

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public class ChocolateBoiler {    // 정적 초기화 부분(Static Initializer)에서 ChocolateBoiler의 Instance를 생성한다.  private static ChocolateBoiler uniqueInstance = new ChocolateBoiler();    public static ChocolateBoiler getInstance() {   return uniqueInstance;  } }

(3) DCL(Double-checking Locking)을 사용해서 getInstance()에서 동기화 시키기
 DCL을 사용하면, 일단 Instance가 생성되어 있는지 확인한 다음, 생성되어 있지 않았을 때만 동기화를 할 수 있다. 이렇게 하면 처음에만 동기화를 하고, 나중에는 동기화를 하지 않아도 되서 getInstance() 메소드를 모두 동기화 해서 발생하는 오버헤드를 줄일 수 있다.

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public class ChocolateBoiler {    private volatile static ChocolateBoiler uniqueInstance = new ChocolateBoiler();    public static ChocolateBoiler getInstance() {   // Instance가 있는 지 확인하고, 없으면 동기화된 블럭으로 들어간다.   if (null == uniqueInstance) {    synchronized (ChocolateBoiler.class) {     if (null == uniqueInstance) {      uniqueInstance = new ChocolateBoiler();     }    }   }   return uniqueInstance;  } }

 하지만 DCL은 자바 1.4 버전 및 이전 JVM 중에는 volatile 키워드를 사용하더라도 동기화가 잘 안되는 것이 많다고 하니 자바 1.5 버전부터 사용하도록 하자.









참고
Head FIrst Design Pattern : 스토리가 있는 패턴 학습법
http://www.gurubee.net/pages/viewpage.action?pageId=1507401

출처 - http://digitanomad.blogspot.kr/2013/02/singleton-pattern.html