싱글톤 패턴(Singleton Pattern)

애플리케이션에서 하나의 인스턴스를 만들어 사용하기 위한 패턴입니다.

목적

커넥션 풀, 스레드 풀, 디바이스 설정 객체 등의 경우, 인스턴스를 여러 개 만들게 되면 자원을 낭비하게 되거나 버그를 발생시킬 수 있으므로 오직 하나만 생성하고 그 인스턴스를 사용하도록 하는 것

구현

new 를 실행할 수 없도록 생성자에 private 접근 제어자를 지정
유일한 단일 객체를 반환할 수 있도록 정적 메소드를 지원
유일한 단일 객체를 참조할 정적 참조변수가 필요

구현1) 일반 싱글톤 구조

public class Singleton {
    private static Singleton singletonObject;

    private Singleton() {}

    public static Singleton getInstance() {
        if (singletonObject == null) {
            singletonObject = new Singleton();
        }
        return singletonObject;
    }
}

멀티스레딩 환경에서 싱글턴 패턴을 적용하다보면 문제가 발생할 수 있다.
동시에 접근하다가 하나만 생성되어야 하는 인스턴스가 두 개 생성될 수 있는 것

구현2) synchronized 키워드 사용

public class Singleton {
    private static Singleton singletonObject;

    private Singleton() {}

    public static synchronized Singleton getInstance() {
        if (singletonObject == null) {
            singletonObject = new Singleton();
        }
        return singletonObject;
    }
}

성능상에 문제점이 존재한다.
getInstance() 를 호출할 때 마다 synchronized 작업 처리를 해줘야 하기 때문

구현3) 동기화 영역 지정

public class Singleton {
    private static volatile Singleton singletonObject;

    private Singleton() {}

    public static Singleton getInstance() {
        if (singletonObject == null) {
            synchronized (Singleton.class) {
                if(singletonObject == null) {
                    singletonObject = new Singleton();
                }
            }
        }
        return singletonObject;
    }
}

DCL(Double Checking Locking)을 써서 getInstance()에서 동기화 되는 영역을 줄일 수 있다.
초기에 객체를 생성하지 않으면서도 동기화하는 부분을 작게 만들었다
그러나, 멀티코어 환경에서 동작할 때, 하나의 CPU 를 제외하고는 다른 CPU 가 lock 이 걸리게 된다

구현4) volatile를 이용

public class Singleton {
    private static volatile Singleton singletonObject = new Singleton();

    private Singleton() {}

    public static Singleton getSingletonObject() {
        return singletonObject;
    }
}

volatile : 컴파일러가 특정 변수에 대해 옵티마이져가 캐싱을 적용하지 못하도록 하는 키워드이다.
클래스가 로딩되는 시점에 미리 객체를 생성해두고 그 객체를 반환한다.

Spring Singleton

Spring에서의 싱글톤 패턴

컨테이너 내에서 특정 클래스에 대해 @Bean이 정의되면, 스프링 컨테이너는 그 클래스에 대해 딱 한 개의 인스턴스를 만든다.
이 공유 인스턴스는 설정 정보에 의해 관리되고, bean이 호출될 때마다 스프링은 생성된 공유 인스턴스를 리턴 시킨다.

차이점

자바 싱글톤은 클래스로더에 의해 구현되고, 스프링의 싱글 톤은 스프링 컨테이너에 의해 구현된다.
자바 싱글톤의 scope는 코드 전체이고, 스프링 싱글톤의 scope는 해당 컨테이너 내부이다.
스프링에 의해 구현되는 싱글톤패턴은 Thread safety를 자동으로 보장한다. 자바로 구현하는 싱글톤패턴은 개발자의 로직에 따라 thread safety를 보장할수도, 보장하지 않을수도 있다.

References

https://asfirstalways.tistory.com/335

https://gem1n1.tistory.com/96