[Java] 디자인 패턴 - 싱글톤

 
싱글톤(Singleton) 패턴은 객체의 인스턴스가 오직 하나만 존재하도록 보장하는 디자인 패턴입니다.
주로 하나의 인스턴스만 필요하거나, 모든 사용자가 공유해야 하는 객체를 만들 때 사용됩니다. 예를 들어, 데이터베이스 연결이나 로그 처리기와 같은 경우에 적합합니다.
 

1. 싱글톤 패턴의 핵심 특징

• 오직 하나의 인스턴스만 생성되며, 모든 클라이언트가 이를 공유합니다.
• 글로벌 접근을 제공하여 프로그램 어디서든 해당 인스턴스에 접근할 수 있습니다.
• 인스턴스를 전역으로 제공하기 때문에 메모리 낭비를 줄이고 성능을 향상시킵니다.

 

2. 싱글톤 패턴 구현 예제 (Java)

가장 기본적인 싱글톤 패턴을 Java로 구현해보겠습니다.
 
예제 코드: 기본 싱글톤 구현

public class Singleton {
    // 정적 변수로 싱글톤 인스턴스를 선언
    private static Singleton instance;

    // private 생성자를 선언하여 외부에서 객체를 생성하지 못하도록 설정
    private Singleton() {}

    // 인스턴스를 생성하는 메서드
    public static Singleton getInstance() {
        if (instance == null) {       // 처음 호출될 때 인스턴스가 null인지 확인
            instance = new Singleton(); // 인스턴스가 없으면 생성
        }
        return instance;               // 이미 있으면 기존 인스턴스를 반환
    }

    public void showMessage() {
        System.out.println("싱글톤 인스턴스입니다!");
    }
}

 
사용 예시
 
 

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        Singleton singleton1 = Singleton.getInstance();
        Singleton singleton2 = Singleton.getInstance();

        singleton1.showMessage();  // 출력: 싱글톤 인스턴스입니다!

        // 두 인스턴스가 동일한지 확인
        System.out.println(singleton1 == singleton2); // true (두 객체는 동일한 인스턴스)
    }
}

 

3. 멀티스레드 환경에서 싱글톤 패턴 사용

기본 싱글톤 구현은 단일 스레드 환경에서 문제없이 작동하지만, 멀티스레드 환경에서는 getInstance() 메서드가 동시에 호출될 수 있어 여러 인스턴스가 생성될 위험이 있습니다. 이를 방지하기 위해 synchronized 키워드를 사용하여 동기화하거나, 이른 초기화 방법을 사용할 수 있습니다.
 
예제 코드: 스레드 안전한 싱글톤 (Double-Checked Locking)

public class ThreadSafeSingleton {
    private static volatile ThreadSafeSingleton instance;

    private ThreadSafeSingleton() {}

    public static ThreadSafeSingleton getInstance() {
        if (instance == null) {
            synchronized (ThreadSafeSingleton.class) { // 동기화 블록
                if (instance == null) {
                    instance = new ThreadSafeSingleton();
                }
            }
        }
        return instance;
    }
}

 

4. 싱글톤 패턴의 장단점

장점

• 인스턴스가 하나만 생성되므로 메모리를 절약하고, 성능을 최적화할 수 있습니다.
• 전역적으로 접근 가능한 객체를 제공하여 코드의 일관성을 유지할 수 있습니다.

단점

• 의존성이 강해져 단위 테스트가 어려울 수 있습니다.
• 멀티스레드 환경에서 잘못 구현하면 문제가 발생할 수 있어 신중하게 설계해야 합니다.

 

5. 싱글톤 패턴이 유용한 상황

• 데이터베이스 연결 관리: 하나의 연결 인스턴스가 전역에서 공유되도록 해야 할 때.
• 설정 관리 객체: 애플리케이션 전반에서 동일한 설정을 참조할 때.
• 로깅 클래스: 모든 클래스가 동일한 로그 파일에 기록해야 할 때.

 
 
추가적으로 Spring 프레임워크에서는 직접 싱글톤 패턴을 구현할 필요가 거의 없습니다. Spring이 빈(Bean) 관리 기능을 통해 싱글톤 패턴을 자동으로 적용하기 때문입니다.

 

Spring의 싱글톤 관리 방식

 
Spring 컨테이너는 애플리케이션이 시작될 때 모든 빈을 생성하고, 기본 스코프를 싱글톤으로 설정해 빈 하나를 전역적으로 공유할 수 있도록 관리합니다. 이렇게 함으로써 개발자가 직접 싱글톤 패턴을 작성하지 않고도, 하나의 객체를 공유하는 효과를 얻을 수 있습니다.
 
예시: Spring에서 싱글톤 빈 사용하기

@Service
public class MyService {
    public void doSomething() {
        System.out.println("작업 수행 중...");
    }
}

 

위 코드에서 MyService는 Spring의 @Service 어노테이션을 통해 빈으로 등록되고, 기본적으로 싱글톤 스코프로 관리됩니다. 이 빈을 여러 곳에서 주입받아 사용하더라도 하나의 인스턴스를 공유하게 됩니다.

다양한 빈 스코프

Spring에서는 다양한 빈 스코프를 제공해 필요에 따라 다르게 설정할 수 있습니다.

• 싱글톤(Singleton): 기본 스코프이며, 모든 요청에서 같은 인스턴스를 사용합니다.
• 프로토타입(Prototype): 매번 새로운 인스턴스를 생성해 사용합니다.
• 리퀘스트(Request), 세션(Session): 웹 애플리케이션 환경에서 각각 요청, 세션당 하나의 인스턴스를 제공합니다.

Spring을 사용하는 경우, 프레임워크의 빈 관리 기능을 통해 싱글톤 패턴의 효과를 쉽게 얻을 수 있습니다. 따라서 Spring에서는 싱글톤 패턴을 직접 구현하지 않고, 빈의 스코프 설정을 통해 적절한 인스턴스 관리가 가능하다는 점을 기억하세요.