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Singleton Pattern - 디자인 패턴
참고서적 : Head First Design Pattern
소스코드 다운로드 : http://www.wickedlysmart.com/headfirstdesignpatterns/code.html
패턴 정의 #6 - Singleton Pattern
싱글턴 패턴 (Singleton Pattern)은 해당 클래스의 인스턴스가 하나만 만들어지고,
어디서든지 인스턴스에 접근할 수 있도록 하기 위한 패턴입니다.
가장 널리 사용하는 디자인 패턴이 아닌가 합니다.
굳이 디자인 패턴을 모르더라도 자바 프로그래밍에서 자주 사용하기도 하죠~~
싱글턴 패턴은 클래스에서 자신의 단 하나뿐인 인스턴스를 관리하도록 만들면 됩니다.
그리고 다른 어떤 클래스에서도 자신의 인스턴스를 추가로 만들지 못하도록 해야 합니다.
인스턴스가 필요하면 반드시 클래스 자신을 거치도록 해야 되겠죠..
- uniqueInstance 클래스 변수에 싱글턴의 유일무이한 인스턴스가 저장됩니다.
- getInstance() 메소드는 정적 메소드, 즉 클래스 메소드입니다.
그냥 Singleton.getInstance() 라는 코드만 사용하면 언제 어디서든 이 메소드를 호출할 수 있습니다.
전역 변수에 접근하는 것만큼이나 쉬우면서도 게으른 인스턴스 생성을 활용할 수 있다는 장점을 제공합니다.
- 싱글턴 패턴을 구현한다고 해서 여기 있는 Singleton 클래스처럼 간단해야 하는 것은 아닙니다.
그냥 일반적인 클래스를 만들 때와 마찬가지로 다양한 데이터와 메소드를 사용할 수 있습니다.
싱글턴 패턴을 사용할 경우, 한가지 고려해야 할 사항이 바로 멀티스레딩 관련 문제입니다.
두 개의 쓰레드가 동시에 생성할 경우, 인스턴스가 두 개 생길 수도 있다는 것이죠..
그래서 이에 대한 해결책으로 다음과 같은 세가지 방법을 사용합니다.
참고하시기 바랍니다.
1. synchronized 키워드를 사용한다.
synchronized로 동기화 하게 되면 비용 측면에서의 문제가 발생할 수 있으므로
getInstance()의 속도가 그리 중요하지 않을 경우, 사용해야 한다고 합니다.
- public class Singleton {
- private static Singleton uniqueInstance;
- private Singleton() {}
- public static synchronized Singleton getInstance() {
- if (uniqueInstance == null) {
- uniqueInstance = new Singleton();
- }
- return uniqueInstance;
- }
- }
2. 인스턴스를 필요할 때 생성하지 말고, 처음부터 만들어 버린다.
실행중에 만들지 않고 처음부터 Singleton 인스턴스를 만드는 방법입니다.
- public class Singleton {
- private static Singleton uniqueInstance = new Singleton();
- private Singleton() {}
- public static Singleton getInstance() {
- return uniqueInstance;
- }
- }
클래스가 로딩 될 때, JVM에서 Singleton의 유일한 인스턴스를 생성한다고 합니다.
그러므로 JVM에서 유일한 인스턴스를 생성하기 전에는 어떤 쓰레드도 uniqueInstance 변수에 접근할 수 없습니다.
3. DCL(Double Checking Locking)을 써서 getInstance()에서 동기화 되는 부분에 대한 체크를 줄입니다.
DCL은 Java 5 이전 버전에는 사용할 수 없습니다. 즉, 1.4 버전에서는 지원이 안된다는 것이죠~
어쨌든 동기화를 체크하는 부분이 처음에만 이루어지므로 성능에 큰 영향을 주지 않게 됩니다.
- public class Singleton {
- private volatile static Singleton uniqueInstance;
- private Singleton() {}
- public static Singleton getInstance() {
- if (uniqueInstance == null) {
- synchronized (Singleton.class) {
- if (uniqueInstance == null) {
- uniqueInstance = new Singleton();
- }
- }
- }
- return uniqueInstance;
- }
- }
volatile 키워드를 사용하면 멀티쓰레딩을 쓰더라도 uniqueInstance 변수가 Singleton 인스턴스로 초기화 되는 과정이 올바르게 진행되도록 할 수 있습니다.
참조 - http://www.word.pe.kr/bbs/view.php?id=lecture&no=29
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I. Singleton 이란?
아마 GOF의 32가지 패턴 중 가장 쉬우면서도 가장 자주 쓰이게 되며, 가장 문제가 될 소지를 가지는 패턴을 말하면 Singleton을 말할 수 있지 않을까 합니다.
먼저 Singleton 패턴의 용도는 하나의 프로그램 내에서 하나의 인스턴스만을 생성해야만 하는 상황. 예를 들어 환경설정을 관리하는 클래스나
Connection Pool, Thread Pool과 같이 풀(Pool) 형태로 관리되는 클래스의 경우 프로그램 내에서 단 하나의 인스턴스로 관리되는 것이 일반적이며, 이 때 Singleton 패턴을 적용하는 것이 일반적인 경우라고 볼수 있겠습니다. 그럼 세부적인 구현 형태를 살펴 보도록 하겠습니다.
II. Singleton 구현
Singleton 패턴의 가장 일반적인 형태는 다음과 같습니다.
<일반적인 Singleton class diagram>
중요하게 보아야 할 곳은 생성자가 private으로 선언되어 있다는 것이죠. 이유는 간단하게도 클래스 외부에서 이 클래스를 직접 new 키워드로 생성하지 못하게 막겠다는 의미가 되겠습니다. Singleton 패턴은 설명보다는 코드로 보는 것이 훨씬 간결하므로 다음 코드를 보도록 하겠습니다.
Singleton 패턴
class Singleton {
private static Singleton instance;
private Singleton(){
}
public static Singleton getInstance(){
if (instance == null)
instance = new Singleton();
return instance;
}
}
위 코드에서 파란색으로 표기된 선언부에 집중해야 합니다. Singleton 클래스의 인스턴스를 외부에서 사용하기 위해서는 항상 getInstance 메소드를 호출해야만 하도록 강제된 것을 확인하실 수 있습니다. 위와 같은 경우 getInstance가 호출될 때 객체가 생성되는데 최초 로딩 시에 객체를 생성해 두는 것이 효율적인 경우에는 다음과 같이 멤버 변수를 선언하는 곳에서 직접 생성하는 방법을 이용할 수 있습니다.
- ClassLoader에 의해 미리 인스턴스를 생성하는 방법
- class Singleton {
- private static Singleton instance = new Singleton();
- private Singleton(){}
- public static Singleton getInstance(){
- if (instance == null)
- instance = new Singleton();
- return instance;
- }
- }
위의 코드에서 붉은색으로 표기된 멤버 변수 선언부를 보면 new 키워드에 의해 static으로 선언된 멤버 변수의 인스턴스를 미리 생성하는 것을 볼 수 있습니다.
다중 쓰레드 프로그래밍에 필요한 것이 아니라면 위의 코드만으로도 완성된 코드라고 볼수 있겠습니다. 미리 인스턴스를 생성할 필요가 없는 경우에는 이전의 방법을 이용하는데 그런한 방식을 lazy(게으른) 방식이라고 이야기 합니다.
다중 쓰레드 프로그래밍에서는 동기화를 이용한 적절한 수정이 필요한데 많은 커뮤니티에서 그에 따른 예제 코드가 잘 나와있습니다.
(Singleton의 다양한 형태 : http://www.anfamily.net/mcsong/70)
위의 블로그에 방문하시면 싱글톤 패턴의 다양한 종류와 그에 따른 장단점이 잘 분류되어 있습니다.
다만 좀더 자세히 내용을 들여다 보면 가장 간단한 방법이 오히려 득이 되는 경우를 찾을 수 있을 것 입니다. 다음 코드를 봐주세요.
Instance의 생성은 단 한번만
class Singleton{
private static Singleton instance = new Singleton();
private Singleton(){}
public static Singleton getInstance(){
return instance;
}
}
위의 코드의 녹색으로 표시된 부분을 봐주세요. Simple is best 라는 말 처럼 위의 코드는 Thread-safe하게 잘 만들어진 코드라고 할 수 있겠습니다.
이 클래스는 전체 라이프 타임 중에서 단 한번만 객체를 생성하고 다시는 생성하지 않습니다. 여러개의 쓰레드가 접근을 한다고 하더라도 인스턴스가 두개 이상 생성되거나 Null값을 리턴 받을 염려도 생성자가 두번 호출 되는 경우도 없죠.
III. 결론
하나의 패턴은 다양한 형태로 표현되는 경우가 많습니다. 어쩔 때는 경계가 모호한 형태로 패턴이 구현되는 경우도 있지요.
이번 싱글톤 패턴은 목적과 형태가 분명한 패턴으로 항상 머리에 넣어두고 사용해야할 중요한 패턴이라고 말할 수 있습니다.
참고문헌
- mcsong's languid afternoon : http://www.anfamily.net/mcsong/70
- Data & Object Factory : http://www.dofactory.com/Patterns/PatternSingleton.aspx
출처 - http://sakula99.egloos.com/2971297
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싱글톤(Singleton) Pattern 이란?
객체지향형언어(OOP)에 대해 조금이라도 파고든 사람이라면 싱글톤 패턴이라는
말을 들어봤을 것이다. 못들어봤다면 이제부터 들었다고 해라. 싱글톤이란 생성하고자
하는 인스턴스의 수를 오직 하나로 제한하는 디자인 패턴이다.
그렇다면 왜 싱글톤 패턴을 사용해야하는 것일까? 라는 질문에 대게 답하는 것이
여러개의 인스턴스를 생성하게 되면 가끔 프로그래머도 당혹스럽게 되는 서로의
인스턴스에 간섭을 하는 경우가 있다. 정말 재수 없는 일이 아닐 수가 없다.
public class Singleton
{
private static Singleton singleton = new Singleton();
protected Singleton()
{
System.out.println("Maked Singleton");
}
public static Singleton getInstance()
{
return singleton;
}
}
싱글톤의 기본형이다. singleton 멤버변수는 static 이어야한다는 것과 Singleton 클래스의
생성자는 private / protected 이어야한다는 것을 꼭 유념해야한다. private 일 경우는 결코
new 를 이용하여 인스턴스의 중복 생성을 방지하는 셈이기도 하나 상속이 되지 않는다는
단점이 있어 protected로 대게 선언한다.
뭐~ 싱글톤 패턴이 만들어졌나 아닌가 확인할 것이라면 Test 클래스를 만들어보자.
public class Test
{
public static void main(String [] args)
{
System.out.println("Singleton pattern");
Singleton sg1=Singleton.getInstance();
Singleton sg2=Singleton.getInstance();
if( sg1 == sg2 )
{
System.out.println("Equal");
}
else
{
System.out.println("Not Equal");
}
}
}
여기서 보면 Singleton 의 인스턴스를 생성하기 위해 getInstance() 메소드를 이용한다.
왜 그럴까? Singleton 클래스의 private static Singleton singleton = new Singleton();
부분을 유심히 바라보기 바란다. 이 singleton은 static으로 선언된다. 즉 하나의 인스턴스
singleton 만 생성하는 셈이다. 아마 결과도 Equal로 출력될 것이다.
출처 - http://coolx.net/cboard/read.jsp?db=develop&mode=read&num=261
출저 : linuxism.tistory.com/14
2010/02/09 11:34
|
아래 내용은 OKJSP에서 발췌를 하였습니다..
소스코드내에는 몇가지 싱글톤 구현방법이 나옵니다. 그 각각이 의미하는바는 다음과 같습니다.
1) EagerSingleton
- static class EagerSingleton extends Singleton {
- static final EagerSingleton theInstance = new EagerSingleton();
- static EagerSingleton getInstance() {
- return theInstance;
- }
- }
이 경우는 미리 싱글톤 인스턴스를 생성하는 방법으로 static final 필드에 인스턴스를 생성하여 할당하는 방법입니다. 이 필드는 클래스로더에 의해서 EagerSingleton이 메모리로 올라오는 순간에 안전하게(thread-safe하게)초기화 됩니다. 이 방법이 아마 성능이 가장 우수하게 나타날 것입니다.
장점은 동기화부담이 적다는 것입니다. 단 한번 클래스로더가 thread-safe하게 클래스를 로드하는 시점에 클래스가 로딩되어 안전합니다. 단점은 인스턴스가 미리부터 생성된다는 것입니다.
2) SynchedSingleton
- static class SynchedSingleton extends Singleton {
- static SynchedSingleton theInstance;
- static synchronized SynchedSingleton getInstance() {
- if (theInstance == null)
- theInstance = new SynchedSingleton();
- return theInstance;
- }
- }
이 방법은 싱글톤 필드에 접근할때마다 동기화를 수행하는 방법입니다. 매번 동기화를 수행하므로 자바 메모리 모델에 따른 각종 문제를 방지할 수 있어 thread-safe합니다. 단점은 매번동기화를 수행하므로 수행 비용이 높다는 것입니다.
3) ThreadLocalSingleton
- static class ThreadLocalSingleton extends Singleton {
- static final ThreadLocal perThreadInstance = new ThreadLocal();
- static final Object lock = new Object();
- static ThreadLocalSingleton theInstance;
- static ThreadLocalSingleton getInstance() {
- ThreadLocalSingleton instance = (ThreadLocalSingleton)(perThreadInstance.get());
- if (instance == null) {
- synchronized(lock) {
- instance = theInstance;
- if (instance == null)
- instance = theInstance = new ThreadLocalSingleton();
- }
- // copy global to per-thread
- perThreadInstance.set(instance);
- }
- return instance;
- }
- }
이 방법은 Thread Local Storage를 사용한 해법입니다. 자바 쓰레드 메모리 모델에서 문제가 발생하는 것은 멀티 CPU상황에서 각각의 CPU가 자신의 캐시내에 클래스의 필드를 복사해넣는다는 것입니다. 이러한 캐시는 메인메모리와 동기화가 되어 있지 않습니다. 즉, 각각의 CPU가 하나의 클래스를 접근하게되면 각각의 CPU는 그 클래스의 내용을 다르게 볼 수 있다는 것입니다.
싱글톤을 구현하면 instance라는 필드를 여러개의 CPU가 참조하는데 이 필드를 여러개의 CPU가 다르게 보게 됩니다. 예를들어 CPU A가 인스턴스를 생성하고 생성한 인스턴스를 instance에 할당한다고 합시다.
그러면 CPU A가 또다시 이 instance 필드를 참조할때는 생성된 인스턴스를 제대로 보게 됩니다. 그러나 CPU B가 이 instance필드를 참조할때는 instance필드가 null로 나타날 수 있습니다. 그 이유는 CPU A가 수행한 작업은 synchronized블록을 통과할때까지 메인메모리에 반영이 안되고 자신의 캐시내에만 담겨 있을 수 있으며, CPU B역시 synchornized블록을 통과하지 않으면 메인메모리가 아닌 자신의 캐시만
들여다보기 때문입니다.
이를 해결하려면 각각 CPU가 동기화블록을 들어갔다가 나와야만 하는데, 이를 구현한 것이 위의 코드입니다. 각각의 Thread는 자신만의 메모리공간으로서 TLS(Thread Local Storage)를 가지고 있으며 이들은 매 쓰레드마다의 공간이므로 동기화될 필요가 없습니다. 따라서 이 저장소에 해당 쓰레드가 synchronized블록을 한번이라도 다녀왔는지(한번이라도 다녀오면 CPU가 메인메모리의 값을 가져오니까요)를
저장해둡니다.
4) SimulatedThreadLocalSingleton
- static class SimulatedThreadLocalSingleton extends Singleton {
- static SimulatedThreadLocalSingleton theInstance;
- static final Object lock = new Object();
- static final Object key = new Object();
- static Singleton getInstance() {
- TSS t = (TSS)(Thread.currentThread());
- Singleton instance = (Singleton)(t.threadLocalHashtable.get(key));
- if (instance == null) {
- synchronized(lock) {
- instance = theInstance;
- if (instance == null)
- instance = theInstance = new SimulatedThreadLocalSingleton();
- }
- // copy global to per-thread
- t.threadLocalHashtable.put(key, instance);
- }
- return instance;
- }
- }
이 방법은 TLS를 ThreadLocal 클래스를 쓰지 않고 직접구현한 방식입니다.
5) VolatileSingleton
- static class VolatileSingleton extends Singleton {
- static final Object lock = new Object();
- static volatile VolatileSingleton theInstance;
- static VolatileSingleton getInstance() {
- VolatileSingleton instance = theInstance;
- if (instance == null) {
- synchronized(lock) {
- instance = theInstance;
- if (instance == null)
- instance = theInstance = new VolatileSingleton();
- }
- }
- return instance;
- }
- }
주의!)이 방법은 절대로 사용해서는 안됩니다.
이 방법은 volatile를 사용합니다. volatile 로 선언된 필드는 매번 원자적으로 쓰레드 safe하게 이루어집니다. 즉 각각의 변수에 대한 접근이 매번 메인메모리와 동기화될 뿐만아니라, thread safe하게 이루어집니다. synchronized와 volatile은 이처럼 변수의 접근마다 동기화를 하느냐 아니면 특정 블록을 통채로 동기화
하는냐의 문제에 있어서 접근방법이 틀립니다. 그러나 아쉽게도 volatile은 대부분의 자바 컴파일러에서 제대로 구현되어있지않으며 따라서 사용하는것을 권하지 않습니다. SUN의 컴파일러는 제대로 되지 않느냐 하고 생각하실 수 있지만 전혀 안그렇습니다. SUN의 JDK 1.3대에서도 제대로 구현이 되어있지 않습니다.
volatile은 동기화의 문제를 비롯한 다양한 암시적 작동이 보장되어야하는데 이를 제대로 책임지고 않기때문입니다.
6) DirectThreadFieldSingleton
- static class DirectThreadFieldSingleton extends Singleton {
- static DirectThreadFieldSingleton theInstance;
- static final Object lock = new Object();
- static Singleton getInstance(TSS t) {
- Singleton instance = t.singleton;
- if (instance == null) {
- synchronized(lock) {
- instance = theInstance;
- if (instance == null)
- instance = theInstance = new DirectThreadFieldSingleton();
- }
- // copy global to per-thread
- t.singleton = instance;
- }
- return instance;
- }
- }
인스턴스를 할당받고자하는 쪽에서 TSS라는 형태의 클래스를 쓰레드마다 할당한채로 갖고 있다가 이것을 싱글톤 클래스에 넘깁니다. 그러면 TSS.singleton변수의 값을가지고 동기화 수행여부를 결정하는 방식입니다. ThreadLocal의 변형이며, 모든 인스턴스를 획득하고자하는 쓰레드가 TSS를 넘겨야한다는 점에서
좋은 방법은 아니겠죠.
7) ThreadFieldSingleton
- static class ThreadFieldSingleton extends Singleton {
- static final Object lock = new Object();
- static ThreadFieldSingleton theInstance;
- static Singleton getInstance() {
- TSS t = (TSS)(Thread.currentThread());
- Singleton instance = t.singleton;
- if (instance == null) {
- synchronized(lock) {
- instance = theInstance;
- if (instance == null)
- instance = theInstance = new ThreadFieldSingleton();
- }
- // copy global to per-thread
- t.singleton = instance;
- }
- return instance;
- }
- }
이 방법역시 ThreadLocal의 구현에 대한 변형된 구현입니다. ThreadLocal 대신, 특정 싱글톤 클래스에 대한 인스턴스를 획득하려고 시도하는 쓰레드를 캐스팅해서 ThreadLocal을 구현한 것이죠. 개인적으로 이 방법은 별로 좋지 않다고봅니다. 특정 클래스의 인스턴스를 획득하려면 쓰레드가 어떠한 인스턴스를 구현하고 있는지는 쉽사리 가정하기가 곤란하죠.
[출처] 싱글톤 패턴의 여러형태|작성자 샤프심
'좋은 설계자 & 좋은관리자 & 좋은개발자 > Design Pattern & Modeling' 카테고리의 다른 글
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