[JAVA] 싱글톤 패턴(Singleton Pattern)

싱글톤 패턴(Singleton Pattern)이란?

**싱글톤 패턴(Singleton Pattern)**은 하나의 클래스에서 단 하나의 객체만 생성되도록 보장하는 디자인 패턴입니다.
이 패턴은 애플리케이션 전역에서 공유되는 객체를 사용할 때 유용하며, 전역 상태를 관리하거나 공유 리소스를 다룰 때 주로 사용됩니다.

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싱글톤 패턴이 필요한 이유

1. 전역 상태 관리
   • 하나의 인스턴스를 모든 코드에서 공유함으로써 데이터 일관성을 유지합니다.
   • 예: 애플리케이션의 설정 정보 관리, 로그 기록 객체 등.
2. 메모리 절약
   • 동일한 객체를 여러 번 생성하는 대신 하나의 객체를 공유하여 메모리 사용량을 줄입니다.
3. 객체 생성을 제어
   • 불필요한 객체 생성을 방지하고, 오직 하나의 객체만 존재하도록 제어합니다.

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싱글톤 패턴의 구현 방법

1. 기본 구현 단계

1. 정적 변수 선언
   • 클래스 내에 유일한 인스턴스를 저장할 정적 변수를 선언합니다.
2. private 생성자 선언
   • 외부에서 객체를 생성하지 못하도록 생성자를 private으로 선언합니다.
3. 정적 메서드로 인스턴스 반환
   • 유일한 인스턴스를 반환하는 정적 메서드를 제공합니다.
   • 인스턴스가 없으면 생성하고, 이미 존재하면 기존 인스턴스를 반환합니다.

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싱글톤 클래스 예제

package design_patten;

public class SingleTon {

    // 1. 유일한 인스턴스를 저장할 변수를 선언 (private, static)
    private static SingleTon instance;

    // 2. 외부에서 객체를 생성하지 못하도록 private 생성자 선언
    private SingleTon() {}

    // 3. 정적 메서드로 유일한 인스턴스 반환
    public static SingleTon getInstance() {
        if (instance == null) { // 인스턴스가 없으면 생성
            instance = new SingleTon();
        }
        return instance; // 이미 존재하면 기존 인스턴스 반환
    }
}

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싱글톤 패턴 사용 예제

Main 클래스

package design_patten;

public class MainTest {

    public static void main(String[] args) {
        // 싱글톤 객체 가져오기
        SingleTon singleTon1 = SingleTon.getInstance();
        SingleTon singleTon2 = SingleTon.getInstance();

        // 두 객체가 같은지 확인
        System.out.println(singleTon1); // 객체 주소 출력
        System.out.println(singleTon2); // 동일한 객체 주소 출력

        if (singleTon1 == singleTon2) {
            System.out.println("같은 객체가 맞아요"); // 동일 객체임을 확인
        }
    }
}

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출력 결과

design_patten.SingleTon@15db9742
design_patten.SingleTon@15db9742
같은 객체가 맞아요

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싱글톤 패턴의 장점과 단점

장점

1. 인스턴스의 유일성 보장
   • 애플리케이션 전역에서 동일한 객체를 사용합니다.
2. 메모리 절약
   • 객체를 한 번만 생성하므로 메모리를 효율적으로 사용할 수 있습니다.
3. 전역 상태 관리 용이
   • 설정, 로그, 데이터베이스 연결 등 전역적으로 공유되는 리소스를 관리하기 적합합니다.

단점

1. 테스트 어려움
   • 싱글톤 패턴은 전역 상태를 사용하기 때문에 단위 테스트 시 의존성이 생길 수 있습니다.
2. 멀티스레드 환경 문제
   • 동기화 처리를 하지 않으면 멀티스레드 환경에서 두 개 이상의 인스턴스가 생성될 가능성이 있습니다.

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멀티스레드 환경에서 싱글톤 패턴 개선

멀티스레드 환경에서는 synchronized 키워드를 사용하여 동기화하거나, 이른 초기화(Eager Initialization) 또는 이중 검증(Double-Checked Locking) 방식을 사용하여 문제를 해결할 수 있습니다.

 

동기화 방식

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

 

이른 동기화 방식

public class SingleTon {
    private static final SingleTon instance = new SingleTon();

    private SingleTon() {}

    public static SingleTon getInstance() {
        return instance;
    }
}

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싱글톤 패턴은 객체의 유일성을 보장하고, 전역 상태를 효율적으로 관리하는 강력한 도구입니다.
특히, 애플리케이션의 설정 관리, 로그 처리, 데이터베이스 연결 관리 등 리소스 공유가 필요한 상황에서 매우 유용합니다.
멀티스레드 환경에서 적절한 개선 방법을 적용하면 더욱 안전하고 효율적인 구현이 가능합니다.