[기본 지식] 3. 디자인 패턴 - 싱글톤 패턴(Singleton Pattern)

디자인 패턴

• 디자인 패턴이란 프로그램을 설계할 때 발생했던 문제점들을 객체 간의 상호 관계등을 이용하여 해결할 수 있도록 하나의 '규약'형태로 만들어 놓은 것을 의미.

싱글톤 패턴

• 싱글톤 패턴(singleton pattern)은 하나의 클래스에 오직 하나의 인스턴스만 가지는 패턴입니다. 
• 보통 데이터베이스 연결 모듈에 많이 사용합니다. 
• 하나의 인스턴스를 만들어 놓고 해당 인스턴스를 다른 모듈들이 공유하며 사용하기 때문에 인스턴스를 생성할 때 드는 비용이 줄어드는 장점이 있습니다.
• 하지만 의존성이 높아진다는 단점이 있습니다. 

자바스크립트의 싱글톤 패턴

• Javascript에서는 리터럴 {} 또는 new Object로 객체를 생성하게 되면 다른 어떤 객체와도 같지 않기 때문에 이 자체만으로 싱글톤 패턴을 구현할 수 있습니다. 

  //javascript
  const obj = {
  	a: 27;
  }
  const obj2 = {
  	a: 27;
  }
  console.log(obj === obj2);
  // false

• 앞의 코드에서 볼 수 있듯이 obj와 obj2는 다른 인스턴스를 가집니다. 

  //javascript
  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

• 앞의 코드는 Singleton.instance라는 하나의 인스턴스를 가지는 Singleton 클래스를 구현한 모습입니다. 이를 통해 a와 b는 하나의 인스턴스를 가집니다. 

데이터베이스 연결 모듈

• 싱글톤 패턴은 데이터베이스 연결 모듈에 많이 쓰입니다. 

  //javascript
  const URL = 'mongodb://localhost:27017/kundolapp'
  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.insance라는 하나의 인스턴스를 기반으로 a, b를 생성하는 것을 볼 수 있습니다. 이를 통해 데이터베이스 연결에 관한 인스턴스 생성 비용 을 아낄 수 있습니다. 

자바에서의 싱글톤 패턴

• 자바로는 다음과 같이 할 수 있습니다. 

  class Singleton {
  	private static class singleInstanceHolder {
  		private static final Singleton INSTANCE = new Singleton();
  	}
  	public static synchronized 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
  */

mongoose의 싱글톤 패턴

• 실제로 싱글톤 패턴은 Node.js에서 MongoDB 데이터베이스를 연결할 때 쓰는 mongoose 모듈에서 볼 수 있습니다. 
• mongoose의 데이터베이스를 연결할 때 쓰는 connect()라는 함수는 싱글톤 인스턴스를 반환합니다.
• 다음은 connect() 함수를 구현할 때 쓰인 실제 코드입니다. 

  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 쓰입니다. 

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

• 앞의 코드처럼 메인 모듈에서 데이터베이스 연결에 관한 인스턴스를 정의하고 다른 모듈인 A 또는 B에서 해당 인스턴스를 기반으로 쿼리를 보내는 형식으로 쓰입니다. 

싱글톤 패턴의 단점

• 싱글톤 패턴은 TDD(Test Driven Development)를 할 때 걸림돌이 됩니다.
• TDD를 할 때 단위 테스트를 주로 하는데, 단위 테스트는 테스트가 서로 독립적이어야 하며 테스트를 어떤 순서로든 실행 할 수 있어야 합니다.
• 하지만 싱글톤 패턴은 미리 생성된 하나의 인스턴스를 기반으로 구현하는 패턴이므로 각 테스트마다 '독립적인' 인스턴스를 만들기가 어렵습니다. 

 

 

 

참고자료

•  면접을 위한 CS 전공지식 노트 - 주홍철