싱글톤 패턴은 디자인 패턴의 종류 중 하나로, 싱글턴 패턴을 따르는 클래스는 생성자가 여러 차례 호출되더라도 실제로 생성되는 객체는 하나이다. 최초로 하나의 객체가 생성된 이후 호출된 생성자는 기존에 생성되었던 객체를 반환한다.
- 클래스를 사용할 때마다 객체를 생성하여 메모리를 할당받지 않고, 최초로 하나의 객체를 생성할 때 할당받는 메모리를 활용하여 메모리를 절약할 수 있다.
- 최초로 생성된 객체를 전역적으로 사용하면서 데이터를 쉽게 공유할 수 있다.
- 전역적으로 데이터를 공유하면 동시성 문제가 발생할 수 있다. 이는 여러 스레드가 동시에 객체에 접근할 때 Race Condition이 발생하여 타이밍, 순서 등의 결과값에 영향을 받을 수 있다. 이러한 멀티 스레딩 환경에서 발생할 수 있는 문제를 방지하려면 적절한 동기화가 필요하다.
- 데이터를 공유하고 있기 때문에 독립적인 테스트 환경이 갖춰지지 않는다. 각 테스트가 독립적으로 수행되기 위해서 매번 인스턴스의 상태를 초기화 시켜야 한다. 만약 하나의 테스트가 끝나고 인스턴스의 상태를 초기화 시켜주지 않으면 다른 테스트의 결과에 영향을 미칠 수 있다.
- 의존성을 구현 클래스가 아닌 인터페이스에 두면, 실제 구현 클래스의 구현이 변경돼도 클라이언트의 코드는 큰 영향을 받지 않는다. 하지만 싱글톤은 인터페이스가 아닌 구현 클래스의 내부에서 직접 객체를 생성하기 때문에 클라이언트가 구현 클래스에 의존한다. 따라서 SOLID 원칙 중 DIP를 위반할 수 있다.
- 3번의 문제점으로 싱글톤을 사용하는 클라이언트와 싱글톤 클래스 간의 결합도가 높아진다. 이는 싱글톤 클래스의 구현이 변경되면 클라이언트의 코드도 마찬가지로 변경할 가능성이 높다는 것을 의미한다. 따라서 SOLID 원칙 중 OCP를 위반할 수 있다.
C, Java 언어에서는 전역 변수와 정적 변수(static)는 컴파일 타임에 초기화되서, 만약 프로그램의 실행 ~ 종료까지 싱글톤 객체에 접근하지 않는다면 메모리 공간이 낭비됐다. 하지만 Swift에서 전역 변수와 정적 변수를 lazy하게 초기화된다. 아래는 공식 문서인 Global and Local Variables의 내용이다.
Global constants and variables are always computed lazily, in a similar manner to Lazy Stored Properties. Unlike lazy stored properties, global constants and variables don’t need to be marked with the lazy modifier. Local constants and variables are never computed lazily.
그리고 Objective-C에서 싱글톤 객체를 구현하려면 dispatch_once를 사용했다. 이는 여러 스레드에서 접근할 수 있는 싱글톤 객체의 무결성(atomic)을 보장하기 위해 사용했는데, Swift3 부터는 싱글톤 객체를 구현할 때 dispatch_once를 사용하지 않아도 된다. 아래는 공식 문서인 Migrating to Swift3의 내용이다.
The free function dispatch_once is no longer available in Swift. In Swift, you can use lazily initialized globals or static properties and get the same thread-safety and called-once guarantees as dispatch_once provided.
하지만 static 키워드를 붙여 정적 변수로 사용한다고 해도 thread-safe를 보장할 수 없다. 왜냐하면 동시에 두 개의 스레드가 접근했을 때, 먼저 임계구역에 들어간 스레드가 값을 변경했다면 이후에 접근한 스레드는 이전에 들어간 스레드가 값을 변경했기 때문에 예상과 다른 결과가 나타날 수 있기 때문이다. 따라서 무결성(atomic)과 불변성(immutable)을 모두 가져야 thread-safe 할 수 있다.
class Singleton {
static let shared = Singleton()
private init() {}
}Swift에서는 static let으로 싱글톤 객체를 thread-safe한 환경에서 사용할 수 있다.