Rio's 개발일지

디자인 패턴이란 프로그램을 설계할 때 발생했던 문제점들을 객체 간의 상호 관계 등을 이용하여
해결할 수 있도록 하나의 '규약' 형태로 만들어 놓은 것을 의미한다.

싱글톤 패턴 (Singleton Pattern) 이란?

하나의 클래스에 오직 하나의 인스턴스만 가지는 패턴이다.
하나의 클래스를 기반으로 여러 개의 개별적인 인스턴스를 만들 수 있지만,
그렇게 하지 않고 하나의 클래스를 기반으로 단 하나의 인스턴스를 만들어
이를 기반으로 로직을 만드는데 쓰이며, 보통 데이터베이스 연결 모듈에 많이 사용한다.

장점 : 하나의 인스턴스를 다른 모듈들이 공유하며 사용하기 때문에 인스턴스를 생성할 때 드는 비용이 줄어든다.
단점 : 하나의 인스턴스에 대한 의존성이 높아진다는 단점이 있다.

자바스크립트의 싱글톤 패턴
자바스크립트에서는 리터럴 {} 또는 new Object로 객체를 구성하게 되면 다른 어떤 객체와도 같지 않기 때문에
이 자체만으로 싱글톤 패턴을 구현할 수 있다.

싱글톤 패턴은 데이터베이스 연결 모듈에 많이 사용된다.

자바의 싱글톤 패턴

자바로는 중첩 클래스를 이용해서 만드는 방법이 가장 대중적이다. 

** 내부 클래스, 중첩 클래스, 지역 클래스, 익명 클래스에 대해 잘 모르니 추가적으로 공부해서 정리해 놓자.

자바로 구현하는 싱글톤 패턴 7가지

1.  단순한 메서드 호출
싱글톤의 생성 여부를 확인하고 싱글톤이 없으면 새로 만들고, 만들어져 있다면 인스턴스를 반환한다.

하지만 자바는 기본적으로 멀티 쓰레드이기 때문에 우리가 생각한 것 처럼 쓰레드 하나가 종료되야
다음 쓰레드가 들어오게 순차적으로 동작하지 않을 수 있다.

따라서 인스턴스가 싱글톤이 아니라 여러개 생성 될 수 가 있다.

2. synchronized

바로 위 사진에서 원자성 결여를 바로 해결할 수 있는 방법은 메소드인 say에 synchronized를 추가해 Rock를 거는 방법이 있다.

하지만 하나의 인스턴스를 여러 모듈에서 사용하게 되는데 synchronized로 Rock이 걸려있으면 성능에 저하가 발생한다.
가장 단순하게 구현할 수 있는 방법이지만 추천하지 않는다.

그래서 나온 방법이 정적 멤버(static) 이다.

3, 4. 정적 멤버 와 정적 블록

정적 멤버나 블록은 런타임이 아니라 최초에 JVM이 클래스 로딩 때 모든 클래스들을 로드할 때 미리 인스턴스를 생성하는데
이를 이용한 방법이다.
이 방법은 클래스 로딩과 동시에 싱글톤 인스턴스를 만든다. 그렇기 때문에 모듈들이 싱글톤 인스턴스를 요청할 때
그냥 만들어진 인스턴스를 반환하면 되는 것이다.

하지만 정적 멤버 방법은 자원 낭비라는 문제점이 있다.
싱글톤 인스턴스가 필요없는 경우에도 무조건 싱글톤 클래스를 호출해 인스턴스를 만들어야 하기 때문이다.

또한 객체가 없어도 기본적으로 실행되기 때문에 객체 자신 참조인 this 사용이 불가능하고, 정적 블록은 static {} 안에서
초기화 할 수 없다.
정적 static으로 선언시 자바에서 제공하는 가비지 컬렉터 적용을 받지 못하기 어플 종료시까지 자원이 유지되어있어 사용하지 않는다면
낭비가 되는것이다.

5. 정적 멤버와 Lazy Holder(중첩 클래스) ***** 추천 *****

클래스 안에 (예) singleInstanceHolder라는 내부클래스를 하나 더 만듬으로써, Singleton 클래스가 최초에 로딩되더라도
함께 초기화가 되지 않고, 우리가 만든 getInstance() 가 호출될 때 singleInstanceHolder 클래스가 로딩되어 인스턴스를
생성하게 된다.

코드를 보면 중첩 클래스안에 정적 멤버를 넣어 getInstance() 메소드, 즉 인스턴스가 필요한 순간 초기화가 되어
불필요한 자원 낭비를 방지할 수 있다.

6. 이중 확인 잠금 (DCL)

이중 확인 잠금(DCL, Double Checked Locking)는 인스턴스 생성 여부를 싱글톤 패턴 잠금 전에 한번,
객체를 생성하기 전에 한번 체크하여 총 2번 체크하면 인스턴스가 존재하지 않을 때만 잠금을 걸 수 있어
앞서 생겼던 문제점을 해결할 수 있다.

volatile 에 대해 잠깐 설명하자면
자바에서는 쓰레드가 2개 열리면 변수를 메인 메모리(RAM)으로부터 가져오는 것이 아니라
캐시메모리에서 각각의 캐시메모리를 기반으로 가져오게 된다.

따라서 volatile를 적어주지 않으면 변수가 공유되지 않는 각각의 캐시메모리에서 변수를 가져와 무한루프가 발생할 수 있다.

즉, volatile는 변수를 사용하면 값을 캐시메모리에 저장하는 것이 아닌 메인메모리에 저장하겠다는 것이다.

하지만 read / write 와 같이 등록, 수정, 삭제등이 빈번하게 일어나는 상황이라면
모든 값을 메인메모리에서 가져오기에 사용하기 부적합하다.

예를 들면, 여러개의 쓰레드에서 +1 를 요청했는데 모두 값을 메인메모리에서 가져오기때문에
값이 덮어씌워져 원하는 값이 출력되지 않을 수 있기 떄문이다.

7. enum ***** 추천 *****

enum의 인스턴스는 기본적으로 쓰레드세이프(thread safe)한 점이 보장되기 때문에 이를 통해 생성할 수 있다.

싱글톤 패턴의 단점

싱글톤 패턴은 TDD를 할 때 걸림돌이 된다.
싱글톤 패턴은 미리 생성된 하나의 인스턴스를 기반으로 구현하는 패턴이므로

각 테스트마다 '독립적인' 인스턴스 만들기 어려운데 단위 테스트는 테스트가 서로 독립적이어야
테스트를 어떤 순서로든 실행이 가능해 싱글톤 테스트로는 테스트코드 작성에 어려움이 있다.

또한, 싱글톤 패턴은 사용하기가 쉽고 실용적이지만 모듈간의 결합을 강하게 만든다는 단점이 있다.
이때 의존성 주입 을 통해 모듈 간의 결합을 더 느슨하게 만들수 있다.

의존성 주입의 장점과 단점 그리고 원칙

의존성 주입은 모듈들을 쉽게 교체할 수 있는 구조가 되어 테스트하기가 쉽고 마이그레이션하기도 수월하다.
또한, 구현할 때 추상화 레이어를 넣고 이를 기반으로 구현체를 넣어 주기 때문에 애플리케이션 의존성 방향이 일관되고,
애플리케이션을 쉽게 추론할 수 있으며, 모듈 간의 관계들이 조금 더 명확해지는 장점이 있다.

하지만 모듈들이 더욱 많이 분리되므로 클래스 수가 늘어나 복잡성이 증가될 수 있으며 약간의 런타임 페널티가 생긴다.

의존성 주입은 "상위 모듈은 하위 모듈에서 어떠한 것도 가져오지 않아야 한다. 또한 둘 다 추상화에 의존해야 하며,
이때 추상화는 세부 사항에 의존하지 말아야 한다." 라는 의존성 주입 원칙을 지켜주어야 한다.