[디자인패턴] 싱글톤(Singleton) 패턴

1. 싱글톤 (Singleton) 이란?

 Ensure a class has only one instance and provide a global point of access to it.

- 해당 클래스의 인스턴스가 하나만 생성이 되는것을 보장하고, 어디서든지 그 인스턴스에 접근이 가능하도록 만드는 패턴

- 어플리케이션이 시작될 때, 어떤 클래스가 최초 한번만 메모리를 할당하고(Static) 그 메모리에 인스턴스를 만듬 

  = 그 이후에 생성자 시도한다면, 최초에 생성된 객체를 리턴하도록 함 (getInstance())

  = 객체가 다른 방법으로 생성되지 않도록 생성자를 Private로 구현한다.

2. 사용되는 곳

- 추상 팩토리, 빌더, 프로토타입 패턴을 구현할 때에 싱글톤을 사용할 수 있음

- 퍼사드 객체(Facade), 상태 객체(State) 는 종종 싱글톤으로 사용

- DBCP : DataBase Connection Pool), Thread Pool, 캐시, 로그 기록 객체 등

3. 구조 (UML 다이어그램)

(1) singleton private 멤버변수 선언 

(2) 생성자를 private로 선언하여 외부에 노출이 되지 않도록 함

(3) 이후에 Static으로 전역에서 접근이 가능한 메소드(getInstance)를 생성해서 인스턴스를 반환

     : 멤버변수에 이미 변수가 생성이 되어 있다면 해당 인스턴스를 리턴하며, 

 만약 인스턴스가 한번도 초기화 되지 않았다면, 생성한 후 리턴

4. 싱글톤 패턴을 사용하는 이유 - 장점

- 메모리 낭비 방지 : 한번만 new 로 인스턴스를 생성하기 때문

: 객체를 생성하게 되면 그 클래스의 인스턴스는 Heap 메모리에 올라가게 되고, 그 인스턴스를 가리키고 있는 변수는 Stack 메모리 영역에 생기게 된다. 이러한 작업 자체가 시간이 걸리는 일이며 한 객체를 여러번 new하게 되면 시간이 더욱 오래 걸리게 된다.

그래서 자주 사용되는 객체는 한번만 생성한 후, Heap에 존재하는 이 객체를 가리키도록만 만든다. 

=> 즉, 객체가 생성될 때 Heap 영역에 올라가는 시간과 메모리를 줄일 수 있다.

- 전역 인스턴스 이므로, 다른 클래스의 인스턴스에서 데이터 공유 용이

- 공통된 객체를 여러개 생성하여 사용하는 상황에서 유용 : ex) DB Pool

- 그 인스턴스를 오직 '한개'만 존재하는 것을 보증할 때 사용

- 두번째 호출 시 부터는 객체 로딩시간이 줄어서 성능이 좋아짐

- 불필요한 변수들로 전역 네임스페이스를 오염시키지 않음

- 상속이 가능하여 간단하게 사용 가능

- 실행시간에 초기화 됨 

: 게으른 초기화를 사용하는 것은 정적 변수와 차이가 있다 : 정적멤버변수는 정적 초기화 및 컴파일러가 변수의 초기화 순서를 보장하지 않으므로, 정적 변수끼리의 의존 불가능

5. 싱글톤 패턴의 유의점

- 멀티 스레드 기반의 어플리케이션에서 주의해야 함

객체가 아직 생성되지 않은 시점에서 동시에 생성자 호출 -> 동시에 객체 유무 체크 -> ※ 단 하나의 객체만 생성하도록 해야한다

뮤텍스, 세마포어의 기능을 지원할 경우, 싱글톤 객체 생성자의 "원자성"을 보장해야한다 

클래스에 상호배제(mutual exclusion)을 사용하여, 객체가 생성되고 있음을 알려야 한다 

-> 생성자에서 세마포어 등을 이용해서, 두개 이상의 스레드가 동시 접근이 불가능하도록 막을 필요가 있음

6. 싱글톤 단점

- 싱글톤을 사용하여 여러곳에서 효과적으로 호출할 수 있어서 편하지만, 결과적으로 프로그램의 Coupling을 높이게 되어 한곳에서의 변경이 다른 부분에 영향을 미치게 될 확률이 높아지게 된다.

 => 설계에 제약이 생긴다

- 초기화 시점(위치)을 제어할 수 없다 

 => 멀티 쓰레드 응용 프로그램에서 명시적 초기화가 필요한 경우, 쓰레딩 문제를 예방하기 위해서 조치가 필요

7. 예제 소스

using System;    namespace DoFactory.GangOfFour.Singleton.Structural {       class MainApp   {        static void Main()     {               Singleton s1 = Singleton.Instance();       Singleton s2 = Singleton.Instance();          if (s1 == s2)       {         Console.WriteLine("Objects are the same instance");       }          // Wait for user       Console.ReadKey();     }   }       //싱글톤 클래스    class Singleton   {     private static Singleton _instance;        //  'protected' 로 생성자를 만듦     protected Singleton()     {     }        // 'static'으로 메서드를 생성     public static Singleton Instance()     {               //다중쓰레드에서는 정상적으로 동작안하는 코드입니다.       //다중 쓰레드 경우에는 동기화가 필요합니다.       if (_instance == null)       {         _instance = new Singleton();       }         //다중 쓰레드 환경일 경우 Lock 필요       //if (_instance == null)       //{       //  lock(_instance)       //  {       //     _instance = new Singleton();       //  }       //}          return _instance;     }   } } http://hongjinhyeon.tistory.com/29

- 전역변수를 사용해서 싱글톤을 사용 안할 수도 있지만, 싱글톤은 전역변수를 사용하는데에서 발생하는 네임스페이스 충돌을 막을수가 있음

-싱글톤 패턴은 '게으르게' 인스턴스가 생성이 되므로, 객체가 자원을 많이 잡아 먹을때 유용한 생성기법 

1. using UnityEngine;
2. using System.Collections;
3.    
4. public class GameData
5. {
6.    
7.     private static GameData instance=null;
8.     public static GameData Instance
9.     {
10.         get
11.         {
12.             if (instance==null)
13.             {
14.                 instance = new GameData();
15.             }
16.             return instance;
17.         }
18.     }
19.    
20.     private GameData()
21.     {
22.     }
23.    
24.     public int _test; // 선언할 변수들
25. }
26.  
27.  GameData.Instance._test;
    
                                                                          http://vaert.tistory.com/139

http://limkydev.tistory.com/67

https://jeong-pro.tistory.com/86?category=793347