[CS 전공지식 노트] 1장 디자인 패턴과 프로그래밍 패러다임 - 1.1 디자인 패턴 1.1.1 싱글톤 패턴

1.1 디자인 패턴

디자인 패턴이란?

프로그램을 설계할 때 발생했던 문제점들을 객체 간의 상호 관계 등을 이용하여 해결할 수 있도록 하나의 '규약' 형태로 만들어 놓은 것

1.1.1 싱글톤 패턴

싱글톤 패턴(Singleton pattern)이란?

하나의 클래스에 오직 하나의 인스턴스만 가지는 패턴
하나의 클래스를 기반으로 여러 개의 개별적 인스턴스를 만들 수 있지만 그렇게 하지 않고 하나의 클래스를 기반으로 단 하나의 인스턴스를 만들어 이를 기반으로 로직을 만드는데 쓰림. 보통 데이터베이스 연결 모듈에 많이 사용.

• 장점 : 하나의 인스턴스를 만들어 놓고 해당 인스턴스를 다른 모듈들이 공유하여 사용하기 때문에 인스턴스를 생성할 때 드는 비용이 줄어듦.
• 단점 : 의존성이 높아짐.

JavaScript

const obj = {
    a: 27
}
const obj2 = {
    a: 27
}
console.log(obj === obj2)

실행 결과

obj와 obj2는 다른 인스턴스를 가짐.
이 또한 new Object라는 클래스에서 나온 단 하나의 인스턴스니 어느 정도 싱글톤 패턴이라 볼 수 있지만, 실제 싱글톤 패턴은 보통 다음과 같은 코드로 구성됨.

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)

실행 결과

Singleton.instance라는 하나의 인스턴스를 가지는 Singleton 클래스를 구현한 모습. 이를 통해 a와 b는 하나의 인스턴스를 가짐.

 

 

데이터베이스 연결 모듈

 

javaScript

const URL = 'mongodb://localhost:27017/mj'
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)

실행결과

이렇게 DB.instance라는 하나의 인스턴스를 기반으로 a, b를 생성하는 것을 볼 수 있음.
이를 통해 데이터베이스 연결에 관한 인스턴스 생성 비용을 아낄 수 있음.

 

 

자바에서의 싱글톤 패턴

 

Java

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);
        }
    }
}

실행결과

757108857
757108857
true

 

mongoose의 싱글톤 패턴
실제로 싱글톤 패턴은 Node.js에서 MongoDB 데이터베이스를 연결할 때 쓰는 mongoose 모듈에서 볼 수 있음.
mongoose의 데이터베이스를 연결할 때 쓰는 connect()라는 함수는 싱글톤 인스턴스를 반환함.

connect() 함수를 구현할 때 쓰인 코드 - javascript

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 쓰임

 

JavaScript

const mysql = require('mysql');
const pool = mysql.createPool({
  connectionLimit: 10,
  host: 'example.org',
  user: 'mj',
  password: 'pass',
  database: 'mjdb'
});

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 쓰임

 

싱글톤 패턴의 단점

 

TDD(Test Driven Development)를 할 때 걸림돌이 됨.
TDD를 할 때 단위 테스트를 주로 하는데, 단위 테스트는 테스트가 서로 독립적이어야 하며, 테스트를 어떤 순서로든 실행할 수 있어야 함.
싱글톤 패턴은 미리 생성된 하나의 인스턴스를 기반으로 구현하는 패턴이므로 각 테스트마다 '독립적인' 인스턴스를 만들기 어려움.

의존성 주입

사용하기 쉽고 실용적이지만 __모듈 간의 결합을 강하게__ 만듦.
이 때 의존성 주입(DI, Dependency Injection)을 통해 모듈 간의 결합을 조금 더 느슨하게 만들어 해결 가능.

• 의존성이란?
  종속성이라고도 함. A가 B에 의존성이 있다는 것은 B의 변경 사항에 대해 A 또한 변해야 된다는 것을 의미.
• 의존성 주입의 장점
  모듈들을 쉽게 교체할 수 있는 구조가 되어
    -> 테스팅 쉬움
    -> 마이그레이션 하기 수월
  구현할 때 추상화 레이어를 넣고 이를 기반으로 구현체를 넣어 주기 때문에
    -> 애플리케이션 의존성 방향이 일관됨
    -> 애플리케이션을 쉽게 추론할 수 있음.
    -> 모듈 간 관계들이 조금 더 명확해짐
• 의존성 주입의 단점
  모듈들이 더욱더 분리되므로 클래스 수가 늘어나 복잡성이 증가될 수 있으며 약간의 런타임 패널티가 생기기도 함.
• 의존성 주입 원칙
  상위 모듈은 하위 모듈에서 어떠한 것도 가져오지 않아야 한다. 또한, 둘 다 추상화에 의존해야 한다.
  이 때 추상화는 세부 사항에 의존하지 말아야 한다.