[책 정리] 디자인 패턴 - 싱글톤 패턴

시작하기전 질문

✏️ 1. 디자인 패턴에 대해 설명해주세요.

• 디자인 패턴은 소프트웨어 디자인 과정에서 자주 발생하는 문제들에 대한 전형적인 해결책입니다.
• 이는 코드에서 반복되는 디자인 문제들을 해결하기 위해 맞춤화할 수 있는 미리 만들어진 청사진과 비슷합니다.
• 디자인 패턴 계의 교과서로 불리는 GoF의 디자인패턴에서는 객체지향적 디자인 패턴의 카테고리를 "생성 패턴(Creational Pattern)", "구조 패턴(Structural Pattern)", "행동 패턴(Behavioral Pattern)" 3가지로 구분하고 있습니다.
• 생성패턴에는 싱글톤 패턴, 팩토리 메서드 패턴, 빌더 패턴등이 있고
• 구조패턴에는 어댑터 패턴, 프록시 패턴
• 행동 패턴에는 전략 패턴, 옵저버 패턴 등이 있습니다.

✏️ 2. 싱글톤 패턴이 무엇인가요?

• 싱글톤 패턴은 특정 클래스가 단 하나의 인스턴스만을 가지도록 보장하는 디자인 패턴입니다.
• 이렇게 하면 어플리케이션 전반에서 한 인스턴스만 사용할 수 있어서 데이터나 상태를 공유하기에 용이하며, 리소스를 효율적으로 관리할 수 있습니다.

✏️ 3. 싱글톤 패턴을 어떻게 구현하나요?

• 가장 일반적인 방법으로는 생성자를 private로 만들고, 정적 메서드를 사용하여 유일한 인스턴스를 생성하거나 반환합니다.
• 또한, 인스턴스를 생성할 때 이미 생성된 인스턴스가 있는지 확인하여 중복 생성을 방지합니다.

✏️ 4. 싱글톤 패턴이 다른 디자인패턴과의 차이점이 있나요?

• 다른 디자인 패턴은 다양한 상황에서 객체 관계와 상호작용을 다루는 반면, 싱글톤 패턴은 단 하나의 인스턴스를 관리하는 데 중점을 둡니다.

✏️ 5. 싱글톤 패턴에서 어떠한 문제가 발생할 수 있나요?

• TDD, 즉 테스트 주도 개발을 할 때 문제가 발생합니다.
• TDD를 할 때 단위 테스트를 주로 하는데, 단위 테스트는 테스트가 서로 독립적이어야 하며 테스트를 어떤 순서로든 실행할 수 있어야합니다.
• 싱글톤 패턴은 미리 생성된 하나의 인스턴스를 기반으로 구현하는 패턴이므로 각 테스트마다 '독립적인' 인스턴스를 만들기가 어렵다.
• 이때 의존성 주입을 통해 모듈 간의 결합을 조금 더 느슨하게 만들어 해결할 수 있다.

✏️ 6. 앞서 말한 의존성 주입은 무엇인가요?

• 의존성 주입이란 메인 모듈이 '직접' 다른 하위 모듈에 대한 의존성을 주기보다는 중간에 의존성 주입자가 이 부분을 가로채 메인 모듈이 '간접'적으로 의존성을 주입하는 방식을 말합니다.
• 이를 통해 느슨한 결합을 촉진하고 테스트 용이성을 높이는 데 도움을 줍니다.

✏️ 7. TDD는 무엇인가요?

• 소프트웨어 개발 방법론 중 하나로, 코드를 작성하기 전에 테스트 케이스를 먼저 작성하고, 그 다음에 해당 테스트 케이스를 통과하도록 코드를 작성하는 개발 방법입니다.

✏️ 8. 자바의 싱글톤 패턴과 스프링의 싱글톤 컨테이너는 어떻게 다른가요?

• 자바의 싱글톤 패턴과 스프링의 싱글톤 컨테이너는 비슷한 이름을 가지고 있지만, 그 동작과 목적에서 차이가 있습니다.
• 자바의 싱글톤 패턴은 개발자가 직접 구현하며 단일 인스턴스를 유지하는데 주로 사용되는 반면
• 스프링의 싱글톤 컨테이너는 스프링 프레임워크의 일부로, 객체의 생명주기와 의존성 관리를 효율적으로 처리하기 위한 목적으로 사용되며, 스프링 애플리케이션 컨텍스트 내에서 빈(Bean) 객체를 싱글톤으로 관리합니다.

---

디자인패턴

프로그램을 설계할 때 발생했던 문제점들을 객체 간의 상호 관계 등을 이용하여 해결할 수 있도록 하나의 '규약'형태로 만들어 놓은 것

싱글톤 패턴

• 하나의 클래스에 오직 하나의 인스턴스만 가지는 패턴
• 하나의 클래스를 기반으로 여러 개의 개별적인 인스턴스를 만들 수 있지만,
  그렇게 하지 않고 하나의 클래스를 기반으로 단 하나의 인스턴스를 만들어 이를 기반으로 로직을 만드는데 쓰임
• 보통 데이터베이스 연결 모듈에 많이 사용됨
• 장점 - 인스턴스를 생성할 때 드는 비용 감소
• 단점 - 의존성 증가

1. 자바스크립트의 싱글톤 패턴

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

const obj = {
    a: 27
}
const obj2 = {
    a: 27
}
console.log(obj === obj2)
// false

위의 코드에서 볼 수 있듯이 obj와 obj2는 다른 인스턴스를 가진다.
이 또한 new Object라는 클래스에서 나온 단 하나의 인스턴스니 어느 정도 싱글톤 패턴이라 볼 수 있지만, 실제 싱글톤 패턴은 보통 다음과 같은 코드로 구성된다.

class Singleton {
    constructor() {
        if (!Singleton.instance) {
            Singleton.instance = this
        }
        return Singleton.instance
    }
    getInstance() {
        return this
    }
}
const a = new Singleton()
const b = new Singleton()
console.log(a === b) // true

위의 코드는 Singleton.instace라는 하나의 인스턴스를 가지는 Singleton 클래스를 구현한 모습이다.
이를 통해 a와 b는 하나의 인스턴스를 가진다.

데이터베이스 연결 모듈

싱글톤 패턴은 데이터베이스 연결 모듈에 많이 쓰인다.

// DB 연결을 하는 것이기 때문에 비용이 더 높은 작업
const URL = 'mongodb://localhost:27017/kundolapp'
const createConnection = url => ({"url" : url})
class DB {
    constructor(url) {
        if (!DB.instance) {
            DB.instance = createConnection(url)
        }
        return DB.instance
    }
    connect() {
        return this.instance
    }
}
const a = new DB(URL)
const b = new DB(URL)
console.log(a === b) // true

DB.instance라는 하나의 인스턴스를 기반으로 a, b를 생성하는 것을 볼 수 있다.
이를 통해 데이터베이스 연결에 관한 인스턴스 생성 비용을 아낄 수 있다.

2. 자바의 싱글톤 패턴

자바로는 중첩 클래스를 이용해서 만드는 방법이 대중적이다.

class Singleton {
    private static class singleInstanceHolder {
        private static final Singleton INSTANCE = new Singleton();
    }
    public static Singleton getInstance() {
        return singleInstanceHolder.INSTANCE;
    }
}

public class HelloWorld{
     public static void main(String []args){
        Singleton a = Singleton.getInstance();
        Singleton b = Singleton.getInstance();
        System.out.println(a.hashCode());
        System.out.println(b.hashCode());
        if (a == b){
         System.out.println(true);
        }
     }
}
/*
705927765
705927765
true
*/

• 클래스안에 클래스(Holder), static이며 중첩된 클래스인 singleInstanceHolder를 기반으로 객체를 선언했기 때문에 한 번만 로드되므로 싱글톤 클래스의 인스턴스는 애플리케이션 당 하나만 존재하며 클래스가 두 번 로드되지 않기 때문에 두 스레드가 동일한 JVM에서 2개의 인스턴스를 생성할 수 없다.
• 그렇기 때문에 동기화, 즉 synchronized를 신경쓰지 않아도 된다.
• final 키워드를 통해서 read only 즉, 다시 값이 할당되지 않도록한다.
• 중첩클래스 Holder로 만들었기 때문에 싱글톤 클래스가 로드될 때 클래스가 메모리에 로드되지 않고 어떠한 모듈에서 getInstance()메서드가 호출할 때 싱글톤 객체를 최초로 생성 및 리턴하게 됩니다.

3. 싱글톤 패턴의 단점

TDD(Test Driven Devlopment)를 할 때 걸림돌이 된다.

• TDD를 할 때 단위 테스트를 주로 하는데, 단위 테스트는 테스트가 서로 독립적이어야 하며 테스트를 어떤 순서로든 실행할 수 있어야한다.
• 싱글톤 패턴은 미리 생성된 하나의 인스턴스를 기반으로 구현하는 패턴이므로 각 테스트마다 '독립적인' 인스턴스를 만들기가 어렵다.

4. 의존성 주입(DI, Dependency Injection)

싱글톤 패턴은 모듈 간의 결합을 강하게 만들 수 있다는 단점이 있다. 이때 의존성 주입을 통해 모듈 간의 결합을 조금 더 느슨하게 만들어 해결할 수 있다.

• 의존성 - 종속성이라고도 하며 A가 B에 의존성이 있다는 것은 B의 변경 사항에 대해 A 또한 변해야 된다는 것

메인 모듈이 '직접' 다른 하위 모듈에 대한 의존성을 주기보다는 중간에 의존성 주입자가 이 부분을 가로채 메인 모듈이 '간접'적으로 의존성을 주입하는 방식

• 장점
  • 모듈들을 쉽게 교체할 수 있는 구조가 되어 테스팅하기 쉽고 마이그레이션하기도 수월
  • 구현시 추상화 레이어를 넣고 이를 기반으로 구현체를 넣어 주기 때문에 애플리케이션 의존성 방향이 일관되고, 애플리케이션을 쉽게 추론할 수 있으며, 모듈 간의 관계들이 조금 더 명확해진다.
• 단점
  • 모듈들이 더욱더 분리되므로 클래스 수가 늘어나 복장성이 증가될 수 있다
  • 약간의 런타임 패널티가 생기기도 한다.
• 의존성 주입 원칙
  • 상위 모듈은 하위 모듈에서 어떠한 것도 가져오지 않아야한다.
  • 둘 다 추상화에 의존해야 하며, 이때 추상화는 세부 사항에 의존하지 말아야한다.