{"@context":"https://schema.org","@type":"QAPage","mainEntity":{"@type":"Question","name":"아이템 3. private 생성자나 열거 타입으로 싱글턴임을 보증하라","text":"
0. 들어가며
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이번 아이템은 싱글턴 패턴을 안정적으로 구현하기 위한 방법들에 대한 내용입니다.
\n각각의 방법들을 예제 코드와 함께 알아보겠습니다.
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1. 싱글턴이란?
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싱글턴(singleton)이란 인스턴스를 오직 하나만 생성할 수 있는 클래스를 말한다.
\n(Effective java 책 23p)
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'오직 하나만 생성할 수 있다' 라는 말은 '인스턴스가 하나만 존재해야 한다' 라고 해석할 수도 있습니다.
\n즉, 싱글톤 구현을 위해서는 Java 의 런타임 환경인 JVM 에서 단 하나의 인스턴스만 생성되도록 구현해야 한다고 생각할 수 있습니다.
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1.1 싱글턴의 특징
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1. 메모리 절약
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모든 객체는 생성되면 JVM 의 heap 메모리에 저장됩니다.
\n그러나 싱글턴 객체는 단 한번만 생성되기 때문에 최초에 생성된 단 한개의 객체만 heap 에 저장됩니다.
\n이후 모든 클라이언트는 해당 객체를 공유하기 때문에 메모리를 효율적으로 사용할 수 있다는 이점이 있습니다.
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2. 데이터 공유
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싱글톤으로 구현된 객체는 JVM heap 에 저장된 하나의 객체를 모든 클라이언트들이 공유하게 되는데요.
\n만약 싱글톤 객체에 공유할 정보를 넣어놓는다면 손쉽게 모든 클라이언트들이 공유할 수 있게 됩니다.
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3. 멀티스레드 환경을 고려해야 함
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다수의 클라이언트에서 하나의 객체, 즉 하나의 자원을 공유하는 상황이다 보니 자칫하면 치명적인 문제가 발생할 수 있습니다.
\n싱글톤 구현 시 멀티스레드를 고려하지 않으면 여러 클라이언트에서 하나의 자원에 접근하며 레이스 컨디션이 발생할 수 있습니다.
\n만약 싱글턴의 생성 로직에서 레이스 컨디션이 발생한다면, 여러개의 객체가 생성되는 일도 발생할 수 있습니다.
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4. 싱글턴을 사용하는 클라이언트를 테스트하기 어려움
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테스트 케이스들을 작성할 때 필연적으로 다양한 입력값, 출력값을 정의해야 합니다.
\n만약 싱글톤 클래스가 불변객체이고, 생성자를 통해서 값을 주입받는 다면 어떨까요?
\n그렇게 된다면 이 싱글톤 클래스를 사용하는 코드를 테스트할때 어려움이 생기게 됩니다.
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이런 부분을 방지하고자 한다면 싱글톤 클래스가 특정 인터페이스를 상속하게 하는 방법이 있습니다.
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interface Something {\n    void doSomething();\n}\n\nclass SingletonSomething implements Something {\n\n    @Override\n    public void doSomething() {\n        // do something\n    }\n}
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2. 싱글턴을 구현하는 방법
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public static final 필드
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정적 팩터리
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열거 타입 활용(enum)
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LazyHolder 방식
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1,2,3번 방식은 Effective java 에서 제안하는 방식이고, 4번은 추가로 소개하고싶은 방법입니다.
\n1번부터 차례대로 살펴보겠습니다.
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2.1 public static final 필드
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/**\n * 1. public static final 필드 방식\n */\npublic class Singleton1 {\n    public static final Singleton1 instance = new Singleton1();\n    private Singleton1() { }\n}
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static field 는 Class loader 의 초기화 단계에서 실제로 객체가 생성됨
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Class loader 의 초기화 단계는 JVM 내부적으로 thread-safe 하게 동작하기 때문에 멀티스레드 환경에서도 안전함
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이 싱글톤을 사용하지 않더라도 heap 에 객체가 미리 생성되어있어 불필요하게 메모리를 사용하게 됨
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2.2 정적 팩터리 방식
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정적 팩터리 방식에서는 여러가지 방법을 사용할 수 있습니다.
\n이 방식들의 공통적인 특징은 다음과 같습니다.
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통상적으로 getInstance 메소드는 싱글톤을 반환하는 기능을 한다고 알려져있음\n
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그래서 클라이언트 측에서 싱글톤을 사용한다고 인지하고 사용할 수 있어서 혼동 가능성이 적음
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그리고 상황에 따라 getInstance 메소드만 수정하면 Singleton <--> Non Singleton 으로 변경할 수 있음
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1) static final 필드 활용
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/**\n * 2. 정적 팩터리 방식\n *     1) static final 필드 활용\n */\npublic class Singleton2_1 {\n    private static final Singleton2_1 instance = new Singleton2_1();\n    private Singleton2_1() { }\n\n    public static Singleton2_1 getInstance() {\n        return instance;\n    }\n}
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2.1 과 특징이 같습니다.
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static field 는 Class loader 의 초기화 단계에서 실제로 객체가 생성됨
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Class loader 의 초기화 단계는 JVM 내부적으로 thread-safe 하게 동작하기 때문에 멀티스레드 환경에서도 안전함
\n
이 싱글톤을 사용하지 않더라도 heap 에 객체가 미리 생성되어있어 불필요하게 메모리를 사용하게 됨
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2) Lazy Initialization(지연 초기화)
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/**\n * 2. 정적 팩터리 방식\n *     2) Lazy Initialization(지연 초기화)\n */\npublic class Singleton2_2 {\n    private static Singleton2_2 instance;\n    private Singleton2_2() { }\n\n    public static Singleton2_2 getInstance() {\n        if (instance == null) {\n            instance = new Singleton2_2();\n        }\n\n        return instance;\n    }\n}
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1)번 방법은 사용하지 않아도 불필요하게 객체가 생성된다는 단점이 있었습니다.
\n하지만 지연 초기화 방법을 사용하면 그러한 점을 해결할 수 있습니다.
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호출할 때 null 인 경우에 객체가 생성되므로 불필요한 메모리 사용을 줄일 수 있음
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멀티스레드 환경에서 레이스 컨디션이 발생할 경우, 싱글톤을 만족하지 않을 수 있음
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3) Lazy Initialization + Synchronization(지연 초기화 + 동기화)
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/**\n * 2. 정적 팩터리 방식\n *     3) Lazy Initialization + Synchronization(지연 초기화 + 동기화)\n */\npublic class Singleton2_3 {\n    private static Singleton2_3 instance;\n    private Singleton2_3() { }\n\n    public static synchronized Singleton2_3 getInstance() {\n        if (instance == null) {\n            instance = new Singleton2_3();\n        }\n\n        return instance;\n    }\n}
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멀티스레드 환경에서 레이스 컨디션이 발생하는 경우를 방지하기 위해 동기화를 사용하는 방법입니다.
\nJava 의 synchronized 키워드를 이용해서 동기화 문제를 해결합니다.
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thread-safe 한 싱글톤임
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synchronized 키워드로 인해 성능이 저하될 수 있음
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4) LazyHolder 방식
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/**\n * 4. LazyHolder 방식\n */\npublic class Singleton4 {\n\n    private Singleton4() { }\n\n    private static class LazyHolder {\n        private static final Singleton4 INSTANCE = new Singleton4();\n    }\n\n    public static Singleton4 getInstance() {\n        return LazyHolder.INSTANCE;\n    }\n}
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LazyHolder 방식은 지연 초기화 방식의 성능적 문제를 개선하기 위해 제안된 방법입니다.
\nsynchronized 키워드를 사용하면 JVM 내부적으로 락을 획득하는 작업 때문에 성능 저하가 발생합니다.
\n하지만 이 방법은 Classloader 에 Singleton4 인스턴스 생성 역할을 맡기며 지연 초기화를 구현하는 방법인데요.
\n클래스 로드와 초기화 과정은 thread-safe 하게 동작하는데, 이는 synchronized 보다는 성능이 좋다고 합니다.
\n(참고한 글 : https://medium.com/@joongwon/multi-thread-환경에서의-올바른-singleton-578d9511fd42)
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지연 초기화로 인해 미사용 객체를 생성하지 않아 메모리를 효율적으로 사용
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synchronized 키워드를 사용한 방식보다는 성능상 이점이 있음
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개인적으로는 synchronized 키워드와 Classloader 의 thread-safe 한 동작에서 왜 성능차이가 있는건지 궁금한데요.
\n이 부분은 조금 더 알아봐야할 것 같습니다.
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3. 조금 더 생각해볼 것들
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volatile 키워드를 활용한 방식(volatile singleton)
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어플리케이션 서버를 수평확장했을 때의 싱글톤 객체
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토론하고싶으신 부분이나 질문이 있으시면 편하게 남겨주세요.
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","upvoteCount":3,"answerCount":3,"acceptedAnswer":{"@type":"Answer","text":"
싱글턴을 만들때 3) Lazy Initialization + Synchronization(지연 초기화 + 동기화) 방식으로 멀티스레딩의 문제를 해결하기 위해 사용한 synchronized로 인한 성능의 문제를 해결하는 방법으로
\n4) LazyHolder 방식을 사용 하였는데 저도 처음 알게 되었습니다.
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3) 문제를 해결하는 방법으로 4) 말고도 알고있는 내용으로는
\nDCL(Double Checked Locking) 방식에 대해 알고 있습니다.
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public class Singleton3 {\n\n    private volatile static Singleton3 uniqueInstance;\n\n    private Singleton3() {}\n\n    public static Singleton3 getInstance() {\n        if (uniqueInstance == null) {\n            synchronized (Singleton3.class) {\n                if (uniqueInstance == null) {\n                    uniqueInstance = new Singleton3();\n                }\n            }\n        }\n        return uniqueInstance;\n    }\n}
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3) 방식의 문제는 동기화가 꼭 필요한 시점은 아직 객체가 생성되지 않은 상태일 뿐 인데 모든 상황에 동기화가 일어나기 때문입니다.
\n따라서 uniqueInstance가 아직 생성되지 않은 시점에서만 synchronized를  통해 동기화를 한다면 성능을 좀 더 올릴 수 있는 것으로 압니다.
\n(객체가 생성된 이후에는 이미 만들어진 객체를 반환만 하면 됨)
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여기서 volatile 이라는 키워드가 존재하는데 해당 키워드 사용시 멀티스레딩을 쓰더라도 uniqueInstance 변수가 싱글턴 인스턴스로 초기화되는 과정이 올바르게 진행된다고 알 고 있는데 이 키워드가 어떻게 이러한 역할을 하게 되는지 같이 더 알아봤으면 좋겠습니다.
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\n이번 아이템을 통해 싱글턴을 만드는 여러 방법에 대해 알게 되었고 싱글턴을 만들게 됨으로써 생기는 문제점을 해결하기 위해 각 방식이 생겨나게 된 이유도 알게 되었습니다.\n
\n정리 감사합니다.","upvoteCount":1,"url":"https://github.com/orgs/Study-2-Effective-Java/discussions/12#discussioncomment-4445631"}}}