정의

객체의 인스턴스가 오직 한개만 생성되도록 설계하는 디자인 패턴

목적 및 특징

프로그램 전체에서 유일한 인스턴스를 만들기 위함

• 어플리케이션에서 유일해야 좋은 곳에 사용

예시

로그 기록, 캐싱, 사용자 설정 등

싱글톤에 적합한 객체

• 싱글톤으로 적합한 객체
  • 상태가 없는 공유 객체: 상태를 가지고 있지 않은 객체는 동기화 비용이 없다. 따라서 매번 이 객체를 참조하는 곳에서 새로운 객체를 생성할 이유가 없다.
  • 읽기용으로만 상태를 가진 공유 객체: 1번과 유사하게 상태를 가지고 있으나 읽기 전용이므로 여전히 동기화 비용이 들지 않는다. 매 요청마다 새로운 객체 생성할 필요가 없다.
  • 공유가 필요한 상태를 지닌 공유 객체: 객체 간의 반드시 공유해야 할 상태를 지닌 객체가 하나 있다면, 이 경우에는 해당 상태의 쓰기를 가능한 동기화 할 경우 싱글톤도 적합하다.
  • 쓰기가 가능한 상태를 지니면서도 사용빈도가 매우 높은 객체: 애플리케이션 안에서 정말로 사용빈도가 높다면, 쓰기 접근에 대한 동기화 비용을 감안하고서라도 싱글톤을 고려할만하다. 이 방법은
    1. 장시간에 걸쳐 매우 많은 객체가 생성될 때
    2. 해당 객체가 매우 작은 양의 쓰기상태를 가지고 있을 때
    3. 객체 생성비용이 매우 클 때에 유용한 선택이 될 수 있다.
• 싱글톤이 적합하지 않은 객체
  • 쓰기가 가능한 상태를 지닌 객체: 쓰기가 가능한 상태가 많아서 동기화 비용이 객체 생성 비용보다 크다면 싱글톤으로 적합하지 않다.
  • 상태가 노출되지 않은 객체: 일부 제한적인 경우, 내부 상태를 외부에 노출하지 않는 빈을 참조하여 다른 의존객체와는 독립적으로 작업을 수행하는 의존 객체가 있다면 싱글톤보다 비싱글톤 객체를 사용하는 것이 더 나을 수 있다.

주의 사항

• 하나의 인스턴스를 생성해서 공유하는 형식이므로 객체의 상태가 없도록(stateless) 설계해야한다.
• 가급적 읽기만 가능해야 한다.
• 필드 대신 공유되지 않는 지역변수, 파라미터, ThreadLocal을 쓰자. (예를 들어 필드를 반환하는게 아닌 파라미터를 반환하자)

장점

• 도메인 관점에서 인스턴스가 한 개만 존재하는 것을 보증하고 싶은 경우
• 메모리
  • 최초 한번의 new 연산자를 통해서 고정된 메모리 영역을 사용하기 때문에 추후 해당 객체에 접근할 때 메모리 낭비를 방지할 수 있다. 뿐만 아니라 이미 생성된 인스턴스를 활용하니 속도 측면에서도 이점
• 다른 클래스 간에 데이터 공유가 쉽다.
  • 전역으로 사용되는 인스턴스이기 때문에 다른 클래스의 인스턴스들이 접근하여 사용할 수 있다. 하지만 여러 클래스의 인스턴스에서 싱글톤 인스턴스의 데이터에 동시에 접근하게 되면 동시성 문제가 발생할 수 있으니 이점을 유의해서 설계하는 것이 좋다.

단점

• 다형성을 이용하지 못함
  • 생성자의 접근자를 private로 해야하는데,
  • 이렇게 되면 객체 상속 불가
  • 객체 지향의 장점인 다형성 사용 불가
• 단위 테스트가 어렵다.
  • 싱글톤 패턴으로 구현되면 공유 객체가 되므로
  • 단위테스트를 실행할 때 테스트 순서에 따라 결과가 바뀜
• 서버 환경에서는 싱글톤이 1개만 생성됨을 보장하지 못한다.
  • 서버에서 클래스 로더를 어떻게 구성하느냐에 따라 싱글톤 클래스임에도 불구하고 1개 이상의 객체가 만들어질 수 있다.
  • 따라서 Java 언어를 이용한 싱글톤 기법은 서버 환경에서 싱글톤이 꼭 보장된다고 볼 수 없다.
  • 또한 여러 개의 JVM에 분산돼서 설치되는 경우에도 독립적으로 객체가 생성된다.
• 전역 상태를 만들 수 있기 때문에 객체 지향적으로 바람직하지 못하다.
  • 싱글톤의 스태틱 메소드를 이용하면 언제든지 해당 객체를 사용할 수 있고, 전역 상태(Global State)로 사용되기 쉽다.
  • 아무 객체나 자유롭게 접근하고 수정하며 공유되는 전역 상태는 객체지향 프로그래밍에서 권장되지 않는다.
• DIP를 위반하게 되고 OCP 원칙 또한 위반할 가능성이 높다.
  • new 키워드를 직접 사용하여 클래스 안에서 객체를 생성하고 있으므로, 의존 관계상 클라이언트가 구체 클래스에 의존하게 된다.

단점 극복 방법

Spring Singleton

Spring Bean

구현