java 디자인 패턴(singleton)

객체를 어떻게 생성 합니까 ?
- new MyObject();

다른 객체에서 MyObject를 만들고 싶어한다면 어떻게 해야 하죠? MyObject에 대해서 new 연산자를 다시 쓸 수 있나요?
- 물론 가능하죠.

클래스만 있으면 언제든지 인스턴스를 만들 수 있는 거죠?
- 예, public 으로 선언된 거라면 별 문제 없습니다.

만약 public 으로 선언되지 않았으면요?
- 만약 public 클래스로 선언하지 않은 클래스라면 같은 패키지 안에 있는 클래스에서만 인스턴스를 만들 수 있습니다.하지만 같은 패키지에 속한 클래스에서는 여전히 인스턴스를 두 개 이상 만들 수 있죠.

흠.. 흥미롭군요.. 이렇게 할수있는건 혹시 아나요 ?
public MyClass{
  private MyClass() {}
}
- 아, 그런 건 한 번도 생각해보지 못했습니다. 하지만 문법적으로는 전혀 문제가 없는 것 같네요.

저 코드에 대해서 설명해 보겠습니까?
- 생성자가 private으로 선언되어 있기 때문에 인스턴스를 만들 수 없는 클래스 같군요.

private으로 생성된 생성자를 사용할 수 있는 객체가 과연 존재할까요?
- 흠... MyClass에 있는 코드에서만 호출할 수 있는 것 같은데, 그렇다면 절대 객체의 인스턴스를 만들 수 없는 것 아닌가요?

왜 안 되죠?
- 생성자를 호출하려면 일단 그 클래스의 인스턴스가 있어야 되는데, 다른 클래스에서 이 클래스에서 이 클래스의 인스턴스를 만들 수 없기 때문에 인스턴스를 만드는 것이 불가능합니다. 닭이 먼저냐 달걀이 먼저냐 하는 것과 같은 문제라고 볼 수 있습니다. MyClass형식의 객체에서만 private으로 선언된 생성자를 사용할 수 있고, 다른 어떤 클래스에서도 "new MyClass()"라고 할 수 없기 때문에 결국 인스턴스를 만들 수 없게 되는 거죠.

그래요. 그건 그렇고... 이건 어떻게 해석할 수 있을까요 ?
public MyClass{
  public static MyClass getInstance() {}
}
- MyClass에 정적 메소드가 있습니다. 그 정적 메소드는 다음과 같은 식으로 호출할 수 있습니다. MyClass.getInstance();

왜 객체 이름을 사용하지 않고 MyClass라는 클래스 이름을 그냥 사용했죠?
- getInstance()는 정적 메소드입니다. 클래스 메소드라고 부르기도 하죠. 정적 메소드를 지칭할 때는 클래스 이름을 써야 합니다.

신기하군요. 그럼 이렇게 합쳐 놓으면 어떨까요? 그럼 MyClass의 인스턴스를 만들 수 있지 않나요?
public MyClass{
  private MyClass() {}
  
  public static MyClass getInstance(){
    return new MyClass();
  }
}
- 아, 그렇게 할 수도 있겠네요.

그러면 이제 객체 인스턴스를 만들 수 있는 방법을 알 수 있겠죠?
- MyClass.getInstance();

MyClass의 인스턴스가 하나만 만들어질 수 있도록 코드를 마무리해 볼 수 있겠습니까?
- 예, 할 수 있을 것 같아요.

 

싱글톤 패턴의 정의

싱글톤 패턴은 해당 클래스의 인스턴스가 하나만 만들어지고, 어디서든지 그 인스턴스에 접근할 수 있도록 하기 위한 패턴입니다.

* 고전적인 싱글톤 패턴 구현법

public class Singleton{
  private static SingleTon uniqueInstance;

  private Singleton() {}

  public static Singleton getInstance(){
    if(uniqueInstance == null){
      unuqueInstance = new Singleton();
    }
    return uniqueInstance;
  }
}

위 코드는 얼핏보기에 싱글톤 패턴을 정확히(안전히) 구현한 것 같지만 멀티 스레드 환경에서 실행하였을 때 문제점이 발생합니다.

getInstance()메소드가 끝나기도 전에 각각의 스레드들이 접근하기 때문에 

유일한 인스턴스생성을 보장할 수 없습니다.

간략히 설명드리자면, 

스레드1번이 if(uniqueInstance == null) 을 체크합니다. -> null입니다. 아직 인스턴스 생성 하기 전이니까요.

다음 스레드 2번이 if(uniqueInstance == null) 을 체크합니다. -> 역시 null입니다. 아직 인스턴스 생성 하기 전이니까요.

스레드 1번이 인스턴스를 생성합니다.
스레드 2번이 인스턴스를 생성합니다.

이런, 상황이 좋지 않군요 . 

고전적인 싱글톤 패턴으로 구현하였을 경우, 멀티 스레드 환경에서 유일한 인스턴스생성을 
보장할 수 없습니다.

멀티스레딩 문제 해결방법

getInstance()를 동기화시키기만 하면 멀티스레딩과 관련된 문제가 간단하게 해결됩니다.

public static Singleton getInstance()  
-> public static synchronized Singleton getInstance()


질문 : 이렇게 하면 문제가 해결되긴 하겠지만, 동기화를 하면 속도 문제가 생기지 않나요?

답 : 좋은 지적입니다. 사실 동기화가 꼭 필요한 시점은 이 메소드가 시작되는 때 뿐입니다. 바꿔 말하자면, 일단 uniqueInstance 변수에 Singleton 인스턴스를 대입하고 나면 굳이 이 메소드를 동기화된 상태로 유지시킬 필요가 없는것입니다. 첫 번째 과정을 제외하면 동기화는 불필요한 오버헤드만 증가시킬 뿐 입니다.

더 효율적인 방법

1. 애플리케이션에서 반드시 Singleton의 인스턴스를 생성하고, 그 인스턴스를 항상 사용한다면, 또는 인스턴스를 실행중에 수시로 만들고 관리하기가 성가시다면 다음과 같은 식으로 처음부터 Singleton인스턴스를 만들어버리는 것도 괜찮은 방법입니다.

public class Singleton{
  private static SingleTon uniqueInstance = new Singleton();

  private Singleton() {}

  public static Singleton getInstance(){
    return uniqueInstance;
}

2. DCL(Double-Checking Locking)을 써서 getInstance()에서 동기화되는 부분을 줄입니다.

DCL(Double-Checking Locking)을 사용하면, 일단 인스턴스가 생성되어 있는지 확인한 다음, 생성되어있지 않았을 때만 동기화를 할 수 있습니다. 이렇게 하면 처음에만 동기화를 하고 나중에는 동기화를 하지 않아도 됩니다.


public class Singleton{
  private volatile static SingleTon uniqueInstance;
  private Singleton() {}

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

출처 : http://blog.naver.com/jkhljesus/70073147279

[출처] java 싱글톤 패턴|작성자 카이로스