GoF의 디자인 패턴 (Summary) - 4. 단일체(Singleton)

의도

오직 한 개의 클래스 인스턴스만을 갖도록 보장하고, 이에 대한 전역적인 접근점을 제공합니다.

활용성

단일체 패턴은 다음 상황에서 사용합니다.

클래스의 인스턴스가 오직 하나여야 함을 보장하고, 잘 정의된 접근점으로 모든 사용자가 접근할 수 있도록 해야 할 때
유일한 인스턴스가 서브클래싱으로 확장되어야 하며, 사용자는 코드의 수정 없이 확장된 서브클래스의 인스턴스를 사용할 수 있어야 할 때

구조

Singleton

결과

단일체 패턴이 갖는 장점들을 보면 다음과 같습니다.

유일하게 존재하는 인스턴스로의 접근을 통제합니다.

Singleton 클래스 자체가 인스턴스를 캡슐화하기 때문에, 이 클래스에서 사용자가 언제, 어떻게 이 인스턴스에 접근할 수 있는지 제어할 수 있습니다.

이름 공간(name space)을 좁힙니다.

단일체 패턴은 전역 변수보다 더 좋습니다. 전역 변수를 사용해서 이름 공간을 망치는 일을 없애주기 때문입니다. 즉, 전역 변수를 정의하여 발생하는 디버깅의 어려움 등 문제를 없앱니다.

연산 및 표현의 정제를 허용합니다.

Singleton클래스는 상속될 수 있기 때문에, 이 상속된 서브클래스를 통해서 새로운 인스턴스를 마들 수 잇습니다. 또한 이 패턴을 사용하면, 런타임에 필요한 클래스의 인스턴스를 써서 응용프로그램을 구성할 수도 있습니다.

인스턴스의 개수를 변경하기가 자유롭습니다.

Singleton 클래스의 인스턴스에 접근할 수 있는 허용 범위를 결정하는 연산만 변경하면 됩니다.

클래스 연산을 사용하는 것보다 훨씬 유연한 방법입니다.

단일체 패턴과 동일한 기능을 발휘하는 방법이 클래스 연산을 사용하는 것입니다. (static method). 이러한 방법을 사용할 때에는 클래스의 인스턴스가 하나 이상 존재할 수 있도록 설계를 변경하는 것은 어렵습니다. 또한 static method는 서브클래스들이 이 연산을 오버라이드할 수 없습니다.

구현

단일체 패턴을 사용할 때의 고려 사항은 다음과 같습니다.

인스턴스가 유일해야 함을 보장합니다.

가장 일반적인 방법은 인스턴스를 생성하는 연산을 클래스 연산(static method)로 만드는 것입니다.

class Singleton {
public:
  static Singleton* Instance();
protected:
  Singleton();
private:
  static Singletone* _instance;
}

Singleton* Singleton::_instance = 0;
Singleton* Singleton::Instance () {
  if (_instance == 0) {
    _instance = new Singleton;
  }
  return _instance;
}

C++을 사용한 구현에서 한 가지 더 짚고 넘어갈 것은, 단일체를 전역 변수나 정적 객체로 정의하고 이를 자동 초기화하는 것만으로는 충분하지 않다는 것입니다. 그 이유는 다음과 같습니다.

정적 객체의 유일한 인스턴스만 선언되리라는 보장을 할 수 없습니다. 즉, 정적 객체에서 인스턴스를 얻는 선언문이 프로그램 다른 부분에 존재하더라도 이를 확인하고 방지할 방법이 없다는 것입니다.
정적 초기화 시점에 모든 단일체를 인스턴스화하기 위해 필요한 모든 정보가 없을 수도 있습니다.
C++에서는 전역 객체에 대한 생성자를 언제 호출하는지에 대한 명확한 순서를 정의하지 않습니다. 이 말은 단일체 사이에는 어떠한 종속성도 없음을 의미합니다.

Singleton 클래스를 서브클래싱합니다.

서브클래스를 만드는 것이 중요한 게 아니라, 이 새로운 서브클래스의 유일한 인스턴스를 만들어 사용자가 이를 사용할 수 있도록 하는 것입니다. 이를 지원하는 방법으로는, Instance() 연산에서 어떤 단일체를 사용할지 결정하는 방법, Instance()연산의 구현을 서브클래스에서 하게 하는 방법, 좀 더 유연한 방법으로는 단일체에 대한 레지스트리를 사용하는 방법이 있습니다.

참고

에릭 감마, 리처드 헬름, 랄프 존슨, 존 블리시디스. GoF의 디자인 패턴. 프로텍미디어 2015

GoF의 디자인 패턴 (Summary) 시리즈입니다.