[item 3] private 생성자나 열거 타입으로 싱글턴임을 보증하라

✅ 싱글턴이란?

인스턴스를 오직 하나만 생성할 수 있는 클래스를 말한다. 전형적인 예로는 함수와 같은 무상태 객체나 설계상 유일해야 하는 시스템 컴포넌트가 있다.

 

✅ 싱글턴 만드는 방식

[ public static final 필드 방식의 싱글턴 ]

public class Elvis {
    public static final Elvis INSTANCE = new Elvis();
    private Elvis() { ... }
    
    public void leaveTheBuilding() { ... }
}

 private 생성자는 public static final 필드인 Elvis.INSTANCE를 초기화할 때 딱 한 번만 호출된다. 즉, public이나 protected 생성자가 없으므로 Elvis 클래스가 초기화될 때 만들어진 인스턴스가 전체 시스템에 하나뿐임이 보장된다.

 권한이 있는 클라이언트가 private생성자를 호출할 수 있지만, 두번째 객체가 생성되려 할 때 예외를 던져 방지할 수 있다.

 > 장점

• 해당 클래스가 싱글턴임이 API에 명백히 드러난다는 것.
• 간결함.

 

[ 정적 팩터리 방식의 싱글턴 ]

public class Elvis {
    private static final Elvis INSTANCE = new Elvis();
    private Elvis() { ... }
    public static final getInstance() { return INSTANCE; }
    
    public void leaveTheBuilding() { ... }
}

 Elvis.getInstacne는 항상 같은 객체의 참조를 반환하므로 두번째 Elvis 인스턴스는 만들어지지 않는다.

 

> 장점

• API를 바꾸지 않고도 싱글턴이 아니게 변결할 수 있다. 즉, 팩터리 메서드가 호출하는 스레드별로 다른 인스턴스를 넘겨주게 할 수 있다.
• 정적 팩터리를 제네릭 싱글턴 팩터리로 만들 수 있다.
• 정적 팩터리의 메서드 참조를 공급자로 사용할 수 있다. ( Elvis::getInstance -> Supplier<Elvis> )

 

이렇게 2가지 방식으로 만든 싱글턴 클래스를 직렬화(Serializable)하려면 모든 인스턴스 필드를 일시적이라고 선언하고 readResolve 메서드를 제공해야 한다.

private Object readResolve() {
    return INSTANCE;
}

 

[ 열거 타입 방식의 싱글턴 ]

public enum Elvis {
   INSTANCE;
   
   public void leaveTheBuilding() { ... }
}

 public 필드 방식과 비슷하지만, 간결함과 직렬화, 리플렉션 공격까지 막아준다. 대부분 상황에서는 원소가 하나뿐인 열거 타입이 싱글턴을 만드는 가장 좋은 방법이다. (단, 만들려는 싱글턴이 enum 외에 클래스를 상속해야 한다면 이 방법은 사용할 수 없다.)

 

[ LazyHolder를 사용하는 싱글턴 ]

public class Elvis {

    private Elvis() {}
    
    private static class LazyHolder() {
        private static final Elvis INSTANCE = new Elvis();
    }

    public static Elvis getInstance() {
        return LazyHolder.INSTANCE;
    }
    
}

Java 진영에서 가장 많이 사용되는 LazyHolder 를 사용하는 싱글턴이다. 이는 JVM의 클래스의 초기화 과정에서 원자성을 보장하는 원리를 이용하는 방식이다. getInstance가 호출되면 LazyHolder의 INSTANCE변수에 접근하고, 이때 LazyHolder가 static class이므로 클래스의 초기화 과정이 이루어진다.

 LazyHolder 클래스가 초기화 되면서 INSTANCE 객체의 생성도 이루어지며, JVM은 이러한 클래스 초기화 과정에서 원자성을 보장한다. 

 이러한 방법의 장점은 Synchronized(동기화)를 사용하지 않아도 JVM자체가 보장하는 원자성을 사용하여 Thread-Safe하게 싱글턴 패턴을 구현할 수 있는 것이다.

 

✅ Reference

https://injae-kim.github.io/dev/2020/08/06/singleton-pattern-usage.html