싱글톤(Singleton) 패턴이란?

이번 글에서는 디자인 패턴의 종류 중 하나인 싱글톤 패턴에 대해 알아보자. 싱글톤 패턴이 무엇인지, 패턴 구현 시 주의할 점은 무엇인지에 대해 알아보는 것만으로도 많은 도움이 될 것이라 생각한다.

싱글톤 패턴이란?

싱글톤(Singleton) 패턴의 정의는 단순하다. 객체의 인스턴스가 오직 1개만 생성되는 패턴을 의미한다. 싱글톤 패턴을 사용하는 이유나 주의할 점은 조금 후에 살펴보기로 하고, 어떻게 생겼는지 그 모습을 코드로 먼저 만나보자.

싱글톤 패턴을 구현하는 방법은 여러가지가 있지만, 여기서는 객체를 미리 생성해두고 가져오는 가장 단순하고 안전한 방법을 소개하겠다.

public class Singleton {

    private static Singleton instance = new Singleton();
    
    private Singleton() {
        // 생성자는 외부에서 호출못하게 private 으로 지정해야 한다.
    }

    public static Singleton getInstance() {
        return instance;
    }

    public void say() {
        System.out.println("hi, there");
    }
}

싱글톤 패턴의 사용하는 이유

위와 같이 인스턴스를 오직 한 개로만 가져가면 어떤 이점이 있을까?

가장 먼저 떠올릴 수 있는 이점은 아무래도 메모리 측면일 것이다. 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 이점이 있다고 볼 수 있다.

또다른 이점은 다른 클래스 간에 데이터 공유가 쉽다는 것이다. 싱글톤 인스턴스가 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.

이 외에도 도메인 관점에서 인스턴스가 한 개만 존재하는 것을 보증하고 싶은 경우 싱글톤 패턴을 사용하기도 한다.

싱글톤 패턴의 문제점

싱글톤 패턴을 적용하면 위와 같은 효율에서의 이점을 얻을 수 있다. 하지만 싱글톤 패턴이 다음과 같은 많은 문제점들을 수반하기 때문에 trade-off를 잘 고려해야 한다.

먼저 싱글톤 패턴을 구현하는 코드 자체가 많이 필요하다. 앞서 소개한 구현 방법외에도 정적 팩토리 메서드에서 객체 생성을 확인하고 생성자를 호출하는 경우에 멀티스레딩 환경에서 발생할 수 있는 동시성 문제 해결을 위해 syncronized 키워드를 사용해야 한다.

두 번째는 테스트하기 어렵다는 것이다. 싱글톤 인스턴스는 자원을 공유하고 있기 때문에 테스트가 결정적으로 격리된 환경에서 수행되려면 매번 인스턴스의 상태를 초기화시켜주어야 한다. 그렇지 않으면 어플리케이션 전역에서 상태를 공유하기 때문에 테스트가 온전하게 수행되지 못한다.

세 번째로는 의존 관계상 클라이언트가 구체 클래스에 의존하게 된다. new 키워드를 직접 사용하여 클래스 안에서 객체를 생성하고 있으므로, 이는 SOLID 원칙 중 DIP를 위반하게 되고 OCP 원칙 또한 위반할 가능성이 높다.

이외에도 자식클래스를 만들수 없다는 점과, 내부 상태를 변경하기 어렵다는 점 등 여러가지 문제들이 존재한다. 결과적으로 이러한 문제들을 안고있는 싱글톤 패턴은 유연성이 많이 떨어지는 패턴이라고 할 수 있다.

결론

싱글톤 패턴이 무엇이고, 어떤 이점과 문제점이 있는지 살펴보았다. 오직 한 개의 인스턴스 생성을 보증하여 효율을 찾을 수 있지만 그에 못지많게 수반되는 문제점도 많다. 싱글톤 패턴은 안티패턴으로 불릴 만큼 단독으로 사용한다면 객체 지향에 위반되는 사례가 많다. 스프링 컨테이너 같은 프레임워크의 도움을 받으면 싱글톤 패턴의 문제점들을 보완하면서 장점의 혜택을 누릴 수 있다. 실제로 스프링 빈은 컨테이너의 도움을 받아 싱글톤 스콥으로 관리되고 있다.

프레임워크 도움없이 싱글톤 패턴을 적용하고 싶다면, 위에서 살펴본 장단점의 trade-off를 잘 고려하여 사용하는 것이 좋을 것이다.