헤드퍼스트 디자인패턴 5. 싱글턴 패턴

싱글턴을 생성하는 여러 가지 방법

가장 기본적인 방법

public class BasicSingleton {
    private static BasicSingleton instance;

    private BasicSingleton() {
        // private constructor to prevent instantiation
    }

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

멀티 쓰레드 환경에서 문제가 발생할 수 있다. 여러 스레드가 동시에 getInstance()를 호출하면 여러 개의 인스턴스가 생성될 수 있다.

단순한 동기화

public class SynchronizedSingleton {
    private static SynchronizedSingleton instance;

    private SynchronizedSingleton() {
        // private constructor
    }

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

getInstance() 메서드에 동기화를 적용해 스레드 안전성을 보장하지만, 성능 저하 가능성이 존재한다.

Double-Checked Locking

public class DoubleCheckedSingleton {
    private static volatile DoubleCheckedSingleton instance;

    private DoubleCheckedSingleton() {
        // private constructor
    }

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

volatile 키워드를 사용해 인스턴스의 가시성을 보장하며, 두 번 체크를 통해 동기화의 성능 저하를 최소화한다.

자바 1.5 이전 버전에서는 volatile 키워드가 올바르게 동작하지 않아 컴파일러 최적화나 CPU 캐시로 인해 인스턴스 생성 시 잘못된 참조가 발생할 수 있었다. 이로 인해 Double-Checked Locking 패턴은 안전하지 않았다. 자바 1.5부터는 volatile의 메모리 가시성 문제와 재정렬 문제를 해결해 해당 패턴이 안전하게 동작하도록 수정되었다.

정적 변수로 들고 있기

public class StaticSingleton {
    private static final StaticSingleton INSTANCE = new StaticSingleton();

    private StaticSingleton() {
        // private constructor
    }

    public static StaticSingleton getInstance() {
        return INSTANCE;
    }
}

클래스 로딩 시점에 인스턴스를 생성하므로 스레드 안전하며, 간단한 구현이 가능하다. 다만 인스턴스가 필요하지 않아도 생성된다는 단점이 있다.

Enum 클래스를 싱글턴으로 활용

public enum EnumSingleton {
    INSTANCE;

    public void doSomething() {
        System.out.println("Enum Singleton");
    }
}

Enum을 사용하면 싱글턴을 구현하기 가장 안전한 방법으로, 리플렉션과 직렬화/역직렬화에도 안전하다. 단, Enum 사용이 다소 제한적일 수 있다.

Initialization-on-demand holder idiom

public class HolderSingleton {
    private HolderSingleton() {
        // private constructor
    }

    private static class SingletonHolder {
        private static final HolderSingleton INSTANCE = new HolderSingleton();
    }

    public static HolderSingleton getInstance() {
        return SingletonHolder.INSTANCE;
    }
}

클래스가 로드될 때 내부 SingletonHolder 클래스의 인스턴스가 생성되므로 스레드 안전하며, 게으른 초기화(lazy initialization)를 보장한다.