싱글톤 패턴

목적

• 오직 하나의 인스턴스만 제공해야 할 때 사용한다.

언제일까?

• RestTemplate, JDBC 같은 외부 커넥션 풀을 만드는 인스턴스
• 전역 캐시 데이터
• 로그 기록 담당 클래스
• 이런 클래스들이 요청마다 생성된다면 매번 불필요한 객체 생성 과정이 발생하거나 메모리를 굉장히 비효율적이게 사용하게 될 수 있다.

특징

• new를 사용해서 생성할 수 있게 하면 안된다.
• 싱글톤 인스턴스에 접근하게 해주는 클래스가 필요하다.

public class WaitingQueue {
    private Queue<String> queue = new PriorityQueue<>();

    private static WaitingQueue instance;

  //처음에만 생성하고 두번째 요청부터는 생성된 싱글톤 인스턴스 반환
    public static WaitingQueue getInstance() {
        if ( instance == null ) {
            instance = new WaitingQueue();
        }
        return instance;
    }

  //new 생성 방어
    private WaitingQueue() {

    }
}

public class SingleTonePattern {
    public static void main(String[] args) {
        WaitingQueue queue1 = WaitingQueue.getInstance();
        WaitingQueue queue2 = WaitingQueue.getInstance();

        System.out.println(queue1 == queue2);
    }
}

thread safe하게 변경하기

여기까지만 해도 기본적인 싱글톤 패턴이 간단하게 완성된다.
하지만 위의 싱글톤 패턴은 멀티 스레드 환경에서는 안전하지 않다. (not thread safe)
getInstance() 메서드의 if문에 두 스레드가 매우 가까운 시점으로 처음 접근한다면 두 스레드 모두 새로운 인스턴스를 생성할 수 있다.

if ( instance == null ) {
       instance = new WaitingQueue();
}

• synchronized

가장 쉬운 해결방법은 synchronized 키워드를 사용하여 동시에 여러 스레드가 접근할 수 없도록 보장하는 방법이다.
하지만 synchronized 동기화 매커니즘 자체가 성능적으로 단점이 있다.

public static synchronized WaitingQueue getInstance() {
        if ( instance == null ) {
            instance = new WaitingQueue();
        }
        return instance;
    }

• 이른 초기화

인스턴스를 미리 생성하는 방법이다.
만들어놓고 쓰질 않는다면 손해이다.

public class WaitingQueue {
    private Queue<String> queue = new PriorityQueue<>();

    private static final WaitingQueue INSTANCE = new WaitingQueue();

    public static synchronized WaitingQueue getInstance() {
        return INSTANCE;
    }

    private WaitingQueue() {

    }
}

• Double checked locking

위의 두 단점을 보완하기 위해 Double checked locking 기법을 사용할 수 있다.
위의 두 단점을 보완하지만(성능도 좋고 미리 생성도 안함), 사용이 어려움 (volatile 같은 키워드를 사용)

public class WaitingQueue {
    private Queue<String> queue = new PriorityQueue<>();

    private static volatile WaitingQueue instance;

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

    private WaitingQueue() {

    }
}

• static inner class

보다 간단한 방법으로 정적 내부 클래스 사용
정적 내부 클래스는 처음으로 호출될 때 로딩된다.
즉, getInstance() 메서드를 처음 호출할 때 WaitingQueueHolder 클래스가 초기화되면서 싱글톤 인스턴스가 생성된다.

package designpattern;

import java.util.PriorityQueue;
import java.util.Queue;

public class WaitingQueue {
    private Queue<String> queue = new PriorityQueue<>();

    private static class WaitingQueueHolder {
        private static final WaitingQueue INSTANCE = new WaitingQueue();
    }

    public static WaitingQueue getInstance() {
        return WaitingQueueHolder.INSTANCE;
    }

    private WaitingQueue() {

    }
}

• enum

이 간단한 코드는 위의 클래스들보다도 더 안전하다.
싱글톤 인스턴스가 미리 만들어지고 상속을 사용하지 못하는 단점이 있다.

public enum WaitingQueueEnum {
    INSTANCE;
}

실무에서 사용하는 싱글톤 패턴

• java Runtime class
• 스프링 빈의 싱글톤 스코프