[CS 개념] 싱글톤 패턴(Singletone Pattern)

싱글톤 패턴(Singleton Pattern)

• 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 만드는 데 쓰인다.
• 보통 데이터베이스 연결 모듈에 많이 사용한다.
• 하나의 인스턴스를 만들어 놓고 해당 인스턴스를 다른 모듈들이 공유하기 때문에 인스턴스를 생성할 때 드는 비용이 줄어드는 장점이 있다.
• 하지만, 의존성이 높아진다는 단점이 있다.

싱글톤 패턴은 하나의 인스턴스를 만들어 놓고 해당 인스턴스를 다른 모듈들이 공유하는 방식이다. (ⓒRefactoring.Guru)

 

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 obj1 = {
    a: 27
}

const obj2 = {
    a: 27
}

console.log(obj1 == obj2)       // false

• obj1과 obj2는 다른 인스턴스를 가진다.
• 또한, new Object라는 클래스에서 나온 단 하나의 인스턴스이니 어느 정도 싱글톤 패턴이라 볼 수 있지만, 실제 싱글톤 패턴은 다음과 같은 코드로 구성된다.

class Singleton {
    constructor() {
        if (!Singleton.instance) {
            Singleton.instance = this    
        }

        return Singleton.instance
    }

    getInstance() {
        return this.instance
    }
}

const a = new Singleton()
const b = new Singleton()
console.log(a === b)       // true

• 위의 코드는 Singleton.instance라는 하나의 인스턴스를 가지는 **Singleton 클래스**를 구현한 것이다. 이것을 통해 a와 b는 하나의 인스턴스를 가진다.

 

자바의 싱글톤 패턴

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
*/

 

데이터베이스 연결 모듈

• 싱글톤 패턴은 데이터베이스 연결 모듈에 많이 쓰인다.

const URL = 'mongodb://localhost:27017/myapp'
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

• 이렇게 DB.instance라는 하나의 인스턴스를 기반으로 a, b를 생성하는 것을 볼 수 있다.
• 이 방법을 통해 데이터베이스 연결을 위한 인스턴스 생성 비용을 아낄 수 있다.

 

mongoose의 싱글톤 패턴

• 싱글톤 패턴은 Node.js에서 MongoDB 데이터베이스를 연결할 때 쓰는 mongoose 모듈에서 볼 수 있다.
• mongoose의 데이터베이스를 연결할 때 쓰는 connect()라는 함수는 싱글톤 인스턴스를 반환한다.

Mongoose.prototype.connect = function(uri, options, callback) {
    const _mongoose = this instanceof Mongoose ? this : mongoose;
    const conn = _mongoose.connection;

    return _mongoose._promiseOrCallback(callback, cb => {
        conn.openUri(uri, options, err => {
            if (err != null) {
                return cb(err);
            }
            return cb(null, _mongoose);
        });
    });
};

 

MySQL의 싱글톤 패턴

• Node.js에서 MySQL 데이터베이스를 연결할 때도 싱글톤 패턴이 쓰인다.
• 메인 모듈에서 데이터베이스 연결에 관한 인스턴스를 정의하고, 다른 모듈인 A 또는 B에서 해당 인스턴스를 기반으로 쿼리를 보내는 형식으로 쓰인다.

// 메인 모듈
const mysql = require('mysql');
const pool = mysql.createPool({
    connectionLimit: 10,
    host: 'example.org',
    user: 'myname',
    password: 'secret',
    database: 'myDB'
});
pool.connect();

// 모듈 A
pool.query(query, function (error, results, fields) {
    if (error) throw error;
    console.log('The solution is: ', results[0].solution);
});

// 모듈 B
pool.query(query, function (error, results, fields) {
    if (error) throw error;
    console.log('The solution is: ', results[0].solution);
});

 

싱글톤 패턴의 단점

• 싱글톤 패턴은 TDD(Test Driven Development)를 할 때 걸림돌이 된다.
• TDD를 할 때 단위 테스트를 주로 하는데, 단위 테스트는 테스트가 서로 독립적이어야 하며 테스트를 어떤 순서로든 실행할 수 있어야 한다.
• 하지만, 싱글톤 패턴은 미리 생성된 하나의 인스턴스를 기반으로 구현하는 패턴이므로, 각 테스트마다 ‘독립적인’ 인스턴스를 만들기가 어렵다.

 

의존성 주입(DI, Dependency Injection)

• 싱글톤 패턴은 사용하기가 쉽고 굉장히 실용적이지만, 모듈 간의 결합을 강하게 만들 수 있다는단점이 있다.
• 이때, 의존성 주입을 통해 모듈 간의 결합을 조금 더 느슨하게 만들어 해결할 수 있다.
• 의존성(Dependency)란, 종속성이라고도 하며, A가 B에 의존성이 있다는 것은 B의 변경 사항에 대해 A 또한 변해야 된다는 것을 의미한다.

 

의존성 주입

• 위의 그림처럼, 메인 모듈(Main Module)이 직접 다른 하위 모듈에 대한 의존성을 주는 것보다는(왼쪽), 중간에 의존성 주입자(Dependency Injector)가 이 부분을 가로채서 메인 모듈이 간접적으로 의존성을 주입하는 방식이다. (오른쪽)

 

의존성 주입의 장점

• 모듈들을 쉽게 교체할 수 있는 구조가 되어 테스팅하기 쉽고, 마이그레이션을 하기에도 수월하다.
• 구현할 때 추상화 레이어를 넣고, 이를 기반으로 구현체를 넣어 주기 때문에 애플리케이션 의존성 방향이 일관되고, 애플리케이션을 쉽게 추론할 수 있으며, 모듈 간의 관계들이 조금 더 명확해진다.

 

의존성 주입의 단점

• 모듈들이 더욱 더 분리되므로 클래스 수가 늘어나 복잡성이 증가될 수 있다.
• 약간의 런타임 패널티가 생기기도 한다.

 

의존성 주입 원칙

• 의존성 주입은 의존성 주입 원칙을 지켜주면서 만들어야 한다.

상위 모듈은 하위 모듈에서 어떠한 것도 가져오지 않아야 한다. 또한 둘 다 추상화에 의존해야 하며, 이때 추상화는 세부 사항에 의존 하지 말아야 한다.

 

참고 사이트

Singleton

싱글턴 패턴 - 위키백과, 우리 모두의 백과사전