싱글톤 패턴

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✅ 싱글톤(Singleton) 패턴이란?

어떤 객체는 시스템 전역에서 오직 하나만 존재해야 할 때가 있습니다. 예를 들어:

설정 정보 관리 객체
데이터베이스 커넥션 풀
로깅 시스템

이러한 요구는 객체의 생명주기를 명확히 통제하고, 동일한 자원 접근을 일관성 있게 유지해야 하는 필요에서 출발합니다. 이를 실현하는 대표적인 디자인 패턴이 싱글톤 패턴입니다.

✅ 싱글톤의 정의

오직 하나의 인스턴스만 생성
전역(Global)하게 접근 가능
객체 생성과 접근 과정 모두에서 스레드 안전(Thread-safe) 확보가 중요

✅ 싱글톤 구현 방식 비교

방식	특징	장점	단점
Lazy Initialization (기본)	필요 시 생성	메모리 절약	멀티 스레드 환경에서 다중 생성 위험
Synchronized Method	메서드에 synchronized	스레드 안전	호출마다 락, 성능 저하
Eager Initialization	클래스 로딩 시 인스턴스 생성	단순, 빠름	항상 생성 → 리소스 낭비 가능성
Double-Checked Locking	두 번 null 검사 + synchronized	성능 + 스레드 안전	volatile 필수
정적 내부 클래스 (Lazy Holder)	내부 클래스 로딩 시 생성	JVM 보장으로 완전한 스레드 안전, 성능 최적화	자바 전용 기법

✅ 대표 코드 예시

1. Lazy Initialization (비추천)

public class Singleton {
    private static Singleton instance;

    private Singleton() {}

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

➡ 문제점: 멀티 스레드 환경에서 인스턴스가 중복 생성될 수 있음

2. Synchronized Method (스레드 안전, 하지만 성능 저하)

public class Singleton {
    private static Singleton instance;

    private Singleton() {}

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

3. Eager Initialization (자주 쓰임)

public class Singleton {
    private static final Singleton instance = new Singleton();

    private Singleton() {}

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

4. Double-Checked Locking (성능과 안정성의 균형)

public class Singleton {
    private static volatile Singleton instance;

    private Singleton() {}

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

5. 정적 내부 클래스 방식 (최고 권장 방식)

public class Singleton {
    private Singleton() {}

    private static class Holder {
        private static final Singleton INSTANCE = new Singleton();
    }

    public static Singleton getInstance() {
        return Holder.INSTANCE;
    }
}

➡ 클래스 초기화는 JVM이 한 번만, thread-safe하게 수행하므로 별도 synchronized 불필요
➡ 클래스 또는 인터페이스는 해당 타입이 처음으로 액세스될 때, 딱 한 번만 초기화 됨
➡ 그리고 이 초기화는 JVM 내부에서 동기화(synchronized) 되어 수행됨(= 소스 영역이 아님)

✅ 실무 구현 시 고려사항

1. 스레드 안전성

멀티 스레드 환경이라면 반드시 synchronized, volatile, 또는 JVM 초기화 로직 활용 필요
정적 내부 클래스 방식 또는 Double-Checked Locking 방식이 권장됨

2. 리플렉션 공격 방지

public class Singleton { 
    private static final Singleton instance = new Singleton(); 
    private Singleton() { 
        if (instance != null) { 
            throw new RuntimeException("이미 존재하는 인스턴스입니다!"); 
        } 
    } 
    public static Singleton getInstance() { 
        return instance; 
    } 
}

➡ 하지만 리플렉션은 여전히 강제로 접근 가능하므로 보안 목적의 완전 방지는 어려움

3. 직렬화 대응

public class Singleton implements Serializable { 
    private static final Singleton instance = new Singleton(); 
    private Singleton() {} 
    public static Singleton getInstance() { 
        return instance; 
    } 
    protected Object readResolve() { // 역직렬화 시 기존 객체 반환 
        return instance; 
    } 
}

➡ readResolve()를 오버라이드하지 않으면 deserialize() 시 새로운 인스턴스가 생길 수 있음

✅ 요약

싱글톤은 인스턴스를 하나로 제한하고 전역 접근이 필요한 객체에 적합
정적 내부 클래스 방식이 자바에서는 가장 안전하고 성능도 뛰어난 방식
스레드 안정성과 직렬화, 리플렉션 같은 보안 요소도 함께 고려해야 실무에 적합한 설계가 가능