Java의 Singleton

Singleton 패턴은 Class의 인스턴스를 여러 번 생성하는 것이 아닌 하나의 클래스당 하나의 인스턴스를 가지게 만들어 불 필요한 메모리 낭비를 최소화하는 디자인 패턴입니다.

Java에서 Singleton 패턴을 구현하는 방법은 여러 가지가 있고 하나씩 소개하도록 하겠습니다.

Eager Initialization

public class A {
   private A instance = new A();

   private A() {}

   public static A getInstance() {
         return instance;
   }
}

가장 기본적으로 singleton으로 구현한 형태입니다. 기본 생성자를 private로 선언하여 외부에서 생성자의 호출을 막고 오직 getInstance함수로 인해 클래스 객체에 접근할 수 있습니다. 클래스를 최초로 접근하는 시점에 instance 변수에 객체가 할당이 되기 때문에 Thread-safe한 방법입니다. 하지만 생성할 때 어떤 값이 필요하다면 위 방법을 사용할 수 없습니다.

 

Lazy Initialization

public class ShardPreferenceManager {
    private ShardPreferenceManager instance = null;
    private SharedPreferences preferences;
    private final String PREFERENCES_NAME = "preference";

    private ShardPreferenceManager() {}

    private SharedPreferenceManager(Context context) {
        preferences = context.getSharedPreferences(PREFERENCES_NAME, Context.MODE_PRIVATE);
       }

    public static ShardPreferenceManager getInstance(Context context) {
       if ( instance == null) instace = new ShardPreferenceManager(context);
       return instance;
      }

    public void setString(String key, String value) {
        SharedPreferences.Editor editor = preferences.edit();
        editor.putString(key, value);
        editor.apply();
    }
}

android에서 Singleton으로 가장 많이 구현하는 SharedPreference 클래스입니다. 객체를 생성할 때 context 객체가 필요합니다. 초기의 클래스에서는 instace가 null로 초기화가 되어 있고 getInstace를 호출하는 시점에서 null 일 경우 객체를 할당합니다.

 

코드 상으로는 한 번만 할당하는 것으로 보이지만 멀티 쓰레드 환경에서는 보장해주지 못합니다. 다중 스레드가 null인 상태의 instance 변수에 동시에 접근할 경우 둘 다 새로운 객체를 생성하기 때문입니다.

 

Thread-Safe Singleton

 public class ShardPreferenceManager {
    private ShardPreferenceManager instance = null;
    private SharedPreferences preferences;
    private final String PREFERENCES_NAME = "preference";

    private ShardPreferenceManager() {}

    private SharedPreferenceManager(Context context) {
        preferences = context.getSharedPreferences(PREFERENCES_NAME, Context.MODE_PRIVATE);
       }

    public static synchronized ShardPreferenceManager getInstance(Context context) {
       if ( instance == null) instace = new ShardPreferenceManager(context);
       return instance;
      }

    public void setString(String key, String value) {
        SharedPreferences.Editor editor = preferences.edit();
        editor.putString(key, value);
        editor.apply();
    }
}

위 방법은 synchronized키워드를 사용하여 getInstace에 접근하는 스레드의 수를 하나로 고정하는 것입니다.
하나의 스레드가 해당 함수에 접근 중이라면 lock이 걸려 나머지 스레드는 wait 상태가 됩니다. 결과적으로 동시에

 

여러 스레드가 접근하지 못하는 것으로 Singleton 패턴을 보장합니다. 하지만 단점이 존재합니다.

멀티 쓰레드 환경에서 getInstace의 호출이 빈번하다면 그만큼 wait 시간이 길어지게 되므로 시스템의 성능 부하가 올 수 있습니다.

 

Double Checked Locking

public class ShardPreferenceManager {
    private volatile ShardPreferenceManager instance = null;
    private SharedPreferences preferences;
    private final String PREFERENCES_NAME = "preference";

    private ShardPreferenceManager() {}

    private SharedPreferenceManager(Context context) {
        preferences = context.getSharedPreferences(PREFERENCES_NAME,      Context.MODE_PRIVATE);
       }

    public static ShardPreferenceManager getInstance(Context context) {
       if ( instance == null) {
               synchronized (ShardPreference.class) {
                   if (instance == null) {
                       instance = new ShardPreferenceManager(context);
                     }
                 }
           }
           return instance;
      }

    public void setString(String key, String value) {
        SharedPreferences.Editor editor = preferences.edit();
        editor.putString(key, value);
        editor.apply();
    }
}

synchronized를 instace가 null일 경우에만 lock을 거는 것으로 시스템의 성능 부하를 완하 시킬 수 있습니다.


참고

• 디자인 패턴 - Singleton 패턴
• all about singleton
• Java volatile