[디자인 패턴] Singleton 패턴

JAVA 언어로 배우는 디자인 패턴 입문

Singleton 패턴

• 지정한 클래스의 인스턴스가 반드시 1개만 존재한다는 것을 보증하고 싶을 때
• 인스턴스가 하나만 존재한다는 것을 프로그램 상에서 표현하고 싶을 때

인스턴스가 하나만 존재하는 것을 보증하는 패턴을 Singleton 패턴이라고 부른다.

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예제 프로그램

클래스 목록

이름	설명
Singleton	인스턴스가 하나만 존재하는 클래스
Main	동작 테스트용 클래스

 

클래스 다이어그램

예제 프로그램의 클래스 다이어그램

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Singleton 클래스

Singleton은 static 필드(클래스 변수)로 정의되고 Singleton 클래스의 인스턴스에서 초기화된다. 초기화는 SIngleton 클래스를 로드할 때 한 번만 실행된다.

 

Singleton 클래스의 생성자는 private로 되어 있다. 이는 Singleton 클래스 외부에서 생성자 호출을 금지하기 위해서이다. 만약, 다음과 같은 코드가 이 클래스 외부에 있어도 컴파일할 때 에러가 발생한다.

new Singleton()

 

처음부터 프로그래머가 주의해서 new 하지 않도록 해 주면, 생성자를 private로 할 필요는 없다. 하지만 Singleton 패턴은 프로그래머가 어떤 실수를 하더라도 인스턴스가 하나만 생성되는 것을 보증하는 패턴이다. 이 보증을 위해 생성자를 private로 해두는 것이다.

 

Singleton 클래스의 유일한 인스턴스를 얻는 메서드로 getInstance가 제공된다. getInstance는 static Factory Method의 일종이다.

package ch05_Singleton;

public class Singleton {
    private static final Singleton singleton = new Singleton();
    
    private Singleton() {
        System.out.println("인스턴스를 생성했습니다.");
    }
    
    public static Singleton getInstance() {
        return singleton;
    }
}

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Main 클래스

Singleton 클래스를 이용하는 클래스. Singleton 클래스의 getInstance 메서드를 사용해 Singleton 인스턴스를 얻는다.

package ch05_Singleton;

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        System.out.println("START");
        Singleton obj1 = Singleton.getInstance();
        Singleton obj2 = Singleton.getInstance();
        System.out.println(judge(obj1, obj2));
        System.out.println("END");
    }

    private static String judge(Object obj1, Object obj2) {
        if(obj1 == obj2) {
            return "obj1과 obj2는 같은 인스턴스입니다.";
        }
        return "obj1과 obj2는 같은 인스턴스가 아닙니다.";
    }
}

 

결과

START
인스턴스를 생성했습니다.
obj1과 obj2는 같은 인스턴스입니다.
END

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Singleton 패턴의 클래스 다이어그램

Singleton 패턴의 클래스 다이어그램

Singleton 패턴에는 Singleton 역할만 등장한다. Singleton 역할은 유일한 인스턴스를 얻기 위한 static 메서드를 가지고 있다. 이 메서드는 항상 같은 인스턴스를 반환한다.

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Singleton 패턴의 특징

인스턴스  수를 제한하는 이유는 무엇일까?

제한을 둔다는 것은 전제 조건을 늘린다는 뜻이다. 인스턴스가 여러 개 존재하면 인스턴스가 서로 영향을 미쳐 뜻밖의 버그를 만들어 낼 수 있다. 그러나 인스턴스가 하나뿐이라는 보장이 있다면 그 전제 조건 하에서 프로그래밍을 할 수 있다.

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유일한 인스턴스는 언제 생성될까?

예제에서 'START'라고 표시한 다음 '인스턴스를 생성했습니다.'라고 표시된 것을 알 수 있다. 프로그램 실행 후 처음 getInstance 메서드를 호출할 때 Singleton 클래스가 초기화된다. 그리고 이때 static 필드가 초기화되며 유일한 인스턴스가 만들어진다.

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enum을 이용한 Singleton

enum 요소는 상수로서 인스턴스 유일성을 보증받는다. 예를 들어 java.time.Month.APRIL은 달력의 4월을 나타내는 인스턴스이자 시스템에서 유일한 인스턴스이다. 그러므로 요소를 하나만 가지는 enum을 이용하여 다음과 같이 Singleton 패턴을 구현할 수 있다.

enum Singleton {
    INSTANCE;
    public void hello() {
    	System.out.println("hello is called.");
    }
}

이때 유일한 인스턴스에는 Singleton.INSTANCE라는 식으로 액세스할 수 있다. hello 메서드를 호출하는 구문은 아래와 같다.

Singleton.INSTANCE.hello();

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관련 패턴

다음과 같은 패턴에서 Singleton 패턴이 사용될 수 있다.

• Abstract Factory 패턴
• Builder 패턴
• Facade 패턴
• Flyweight 패턴
• Prototype 패턴
• State 패턴