Singleton 패턴

디자인 패턴

Singleton 패턴

Keisa 2024. 6. 26. 14:21

의도

싱글턴은 클래스에 인스턴스가 하나만 있도록 하면서 이 인스턴스에 대한 전역 접근(액세스) 지점을 제공하는 생성 디자인 패턴입니다.

문제

싱글턴 패턴은 한 번에 두 가지의 문제를 동시에 해결함으로써 단일 책임 원칙을 위반합니다.

클래스에 인스턴스가 하나만 있도록 합니다. 사람들은 클래스에 있는 인스턴스 수를 제어하려는 가장 일반적인 이유는 일부 공유 리소스(예: 데이터베이스 또는 파일)에 대한 접근을 제어하기 위함입니다.물론 생성자 호출은 특성상 반드시 새 객체를 반환해야 하므로 위 행동은 일반 생성자로 구현할 수 없습니다.
예를 들어 객체를 생성했지만 잠시 후 새 객체를 생성하기로 했다고 가정해 봅시다. 그러면 새 객체를 생성하는 대신 이미 만든 객체를 받게 됩니다.

클라이언트들은 항상 같은 객체와 작업하고 있다는 사실을 인식조차 못 할 수 있습니다.

해당 인스턴스에 대한 전역 접근 지점을 제공합니다. 필수 객체들을 저장하기 위해 전역 변수들을 정의했다고 가정해 봅시다. 이 변수들을 사용하면 매우 편리할지는 몰라도, 모든 코드가 잠재적으로 해당 변수의 내용을 덮어쓸 수 있고 그로 인해 앱에 오류가 발생해 충돌할 수 있으므로 그리 안전한 방법은 아닙니다.이 문제에는 또 다른 측면이 있습니다. 당신은 첫 번째 문제를 해결하는 코드가 프로그램 전체에 흩어져 있는 것을 원하지 않을 것입니다. 특히 코드의 나머지 부분이 이미 첫 번째 문제를 해결하는 코드에 의존하고 있다면, 이 코드를 한 클래스 내에 두는 것이 훨씬 좋습니다.
전역 변수와 마찬가지로 싱글턴 패턴을 사용하면 프로그램의 모든 곳에서부터 일부 객체에 접근할 수 있습니다. 그러나 이 패턴은 다른 코드가 해당 인스턴스를 덮어쓰지 못하도록 보호하기도 합니다.

최근에는 싱글턴 패턴이 워낙 대중화되어 패턴이 나열된 문제 중 한 가지만 해결하더라도 그것을 싱글턴이라고 부를 수 있습니다.

해결책

싱글턴의 모든 구현은 공통적으로 다음의 두 단계를 갖습니다.

다른 객체들이 싱글턴 클래스와 함께 new 연산자를 사용하지 못하도록 디폴트 생성자를 비공개로 설정하세요.
생성자 역할을 하는 정적 생성 메서드를 만드세요. 내부적으로 이 메서드는 객체를 만들기 위하여 비공개 생성자를 호출한 후 객체를 정적 필드에 저장합니다. 이 메서드에 대한 그다음 호출들은 모두 캐시된 객체를 반환합니다.

당신의 코드가 싱글턴 클래스에 접근할 수 있는 경우, 이 코드는 싱글턴의 정적 메서드를 호출할 수 있습니다. 따라서 해당 메서드가 호출될 때마다 항상 같은 객체가 반환됩니다.

실제상황 적용

정부는 싱글턴 패턴의 훌륭한 예입니다. 국가는 하나의 공식 정부만 가질 수 있습니다. 그리고 'X의 정부'라는 명칭은 정부를 구성하는 개인들의 신원과 관계없이 정부 책임자들의 그룹을 식별하는 글로벌 접근 지점입니다.

/**
 * The Singleton class defines the `GetInstance` method that serves as an
 * alternative to constructor and lets clients access the same instance of this
 * class over and over.
 */
class Singleton
{

    /**
     * The Singleton's constructor should always be private to prevent direct
     * construction calls with the `new` operator.
     */

protected:
    Singleton(const std::string value): value_(value)
    {
    }

    static Singleton* singleton_;

    std::string value_;

public:

    /**
     * Singletons should not be cloneable.
     */
    Singleton(Singleton &other) = delete;
    /**
     * Singletons should not be assignable.
     */
    void operator=(const Singleton &) = delete;
    /**
     * This is the static method that controls the access to the singleton
     * instance. On the first run, it creates a singleton object and places it
     * into the static field. On subsequent runs, it returns the client existing
     * object stored in the static field.
     */

    static Singleton *GetInstance(const std::string& value);
    /**
     * Finally, any singleton should define some business logic, which can be
     * executed on its instance.
     */
    void SomeBusinessLogic()
    {
        // ...
    }

    std::string value() const{
        return value_;
    } 
};

Singleton* Singleton::singleton_= nullptr;;

/**
 * Static methods should be defined outside the class.
 */
Singleton *Singleton::GetInstance(const std::string& value)
{
    /**
     * This is a safer way to create an instance. instance = new Singleton is
     * dangeruous in case two instance threads wants to access at the same time
     */
    if(singleton_==nullptr){
        singleton_ = new Singleton(value);
    }
    return singleton_;
}

void ThreadFoo(){
    // Following code emulates slow initialization.
    std::this_thread::sleep_for(std::chrono::milliseconds(1000));
    Singleton* singleton = Singleton::GetInstance("FOO");
    std::cout << singleton->value() << "\n";
}

void ThreadBar(){
    // Following code emulates slow initialization.
    std::this_thread::sleep_for(std::chrono::milliseconds(1000));
    Singleton* singleton = Singleton::GetInstance("BAR");
    std::cout << singleton->value() << "\n";
}


int main()
{
    std::cout <<"If you see the same value, then singleton was reused (yay!\n" <<
                "If you see different values, then 2 singletons were created (booo!!)\n\n" <<
                "RESULT:\n";   
    std::thread t1(ThreadFoo);
    std::thread t2(ThreadBar);
    t1.join();
    t2.join();

    return 0;
}