[Design Pattern] Singleton 패턴 / Factory 패턴

디자인 패턴이란?

• 일반적인 설계 문제를 해결하기 위하여 짜여진 상호 협력하는 객체들과 클래스들에 대한 기술 (GoF)
• 자주 발생하는 설계상의 문제를 해결하기 위한 반복적인 해법 (Smalltalk Companion)
• 반복되는 구조를 설계할 때 설계를 재활용하는데 초점을 두는데 비하여 프레임워크는 세부 설계와 구현에 초점을 두고 있다. (Coplien & Schmidt)

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생성 패턴

• Singleton pattern
• Factory pattern
  • Simple factory pattern
  • Factory method pattern
  • Abstract factory pattern
• Builder pattern
• Prototype pattern
• Object pool pattern

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Singleton pattern

• 매우 간단하고 매우 자주 사용됨
• 클래스에 오직 하나의 객체만이 생성됨을 보장
• 오직 하나의 인스턴스만을 생성하여 이를 접근하는 메소드를 제공
• 특정 객체를 인스턴스로 만드는데 사용되는 방법
  • 객체가 인스턴스로 이미 생성되었는지 체크하여
  • 그렇다면, 이미 만들어진 객체의 레퍼런스를 리턴
  • 그렇지 않다면, 객체를 만들고 그 객체의 레퍼런스를 리턴
  • 생성자는 protect 또는 private 으로 선언

/* Singleton pattern */
public class Singleton {

    // 생성자 호출되지 않도록 private으로 
    private static Singleton instance;

    private Singleton() {
        System.out.println("객체 생성됨");
    }
    // new Singleton().getInstance() -> Singleton 객체 반환 
    public static Singleton getInstance() {
        if (instance == null)
            instance = new Singleton();
        return instance;
    }

    // 객체.doSomething()
    public void doSomething() {
        System.out.println("Something is Done.");
    }
}

public class Client {

    public static void main(String[] args) {

        // Singleton s1 = new Singleton();
        Singleton s1 = Singleton.getInstance();
        Singleton s2 = Singleton.getInstance();

        if (s1 == s2)
            System.out.println("동일함");
        else 
            System.out.println("다름");

        s1.doSomething();
    }

}

• 이전 경우 싱글 쓰레딩에서는 문제 없지만 멀티쓰레딩인 경우 문제가 발생할 수 있다.

public static synchronized Singleton getInstance() {
        if (instance == null)
            instance = new Singleton();
        return instance;
    }

• 위의 경우 불필요하게 delay가 발생

• Synchronized singleton with double-checked locking mechanism

  • instance null check 가 2번 되어야함.

    // double check
    public static Singleton getInstance() {
      if (instance == null) {
          synchronized (Singleton.class) {
              if (instance == null)
                  instance = new Singleton();
          }
      }
      return instance;
    }

• Lock(Block)을 임의로 처리하지 않고도 해결할 수 있을까?

  • java static은 Class Load가 딱 한번만 일어남을 보장

• Lock-free thread-safe singleton

• java에 한해서는 static을 사용할 수 있다.

  public class Singleton {
  
    // TODO
    private static Singleton instance = new Singleton();
  
    private Singleton() {
        System.out.println("객체 생성됨");
    }
  
    public static Singleton getInstance() {
        return instance;
    }
  
    public void doSomething() {
        System.out.println("Something is Done.");
    }
  }

• Early and lazy loading

• lazy loading: getInstance 호출 시 Instance 생성. 즉 필요시 생성하여 메모리 효율화

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Factory Pattern

Vehicle bike = new Bike();
Vehicle car = new Car();

• 위와 같이 객체를 생성한다면 어떤 문제가 있을까?

  • the open/closed principle 위반
  • 신규 class(Bike, Van)가 추가될 때마다 main code 수정 필요
  • the single responsibility principle 위반

• 생성 책임을 별도로 분리

• Simple factory pattern

  • SimpleFactory 클래스가 제품1과 제품2 instance를 생성하는 책임을 진다.
  • Client가 객체 필요시, createProduct()를 호출한다.

public class VehicleFactory {

    // TODO
    public enum VehicleType {
        Bike, Car, Truck
    }

    public static Vehicle create(VehicleType type) {
        if (type.equals(VehicleType.Bike))
            return new Bike();
        else if (type.equals(VehicleType.Car)) 
            return new Car();
        else if (type.equals(VehicleType.Truck))
            return new Truck();
        else 
            return null;
    }

}

public class Client {

    public static void main(String[] args) {

        // TODO
        Vehicle bike = VehicleFactory.create(VehicleType.Bike);
        bike.doSomething();

        Vehicle car = VehicleFactory.create(VehicleType.Car);
        car.doSomething();
    }

}

• Factory pattern - Factory method pattern

  • Simple Factory를 개선

    • factory class를 추상화로 만들고
    • factory class를 구상화한 subclass에서 상세 제품 instance 생성 코드 작성

  • 객체 생성을 서브 클래스에 위임

  • 자동차 종류 특색에 맞는 Factory 필요. 하지만 모든 자동차 공장마다 생산 공정시 품질을 일정하게 유지하기 위해 공통적인 공정은 본사에서 지정

  • 예

    • 자동차를 주문하면 Sport Car와 SedanCar 공장에서 특징에 맞게 자동차를 생산
    • 본사 규정에 따라 모두 테스트와 도색은 본사 규정대로 실시
    • 이후 고객에게 생산된 자동차를 전달

• Anonymous concreate factory

  • 구상 객체를 별도 만들지 않고, Client Code에 Anonymous class를 이용하여 생성

• Factory method pattern : 조건에 따른 객체 생성을 팩토리 클래스로 위임하여, 팩토리 클래스에서 객체를 생성하는 패턴

• Abstract factory pattern

  • 서로 관련이 있는 객체들을 통째로 묶어서 팩토리 클래스로 만들고, 이를 팩토리를 조건에 따라 생성하도록 다시 팩토리를 만들어서 객체를 생성하는 패턴

• Factory pattern

  • Simple factory: 객체 생성을 별도로 위임
  • Factory method : 객체 생성을 서브 클래스에 위임
  • Abstract factory : 의존 객체의 패밀리를 생성하기 위함