[디자인 패턴] 싱글톤 패턴

이 글은 면접을 위한 CS 전공지식노트의 책을 읽고 학습 후 스터디 공유를 위한 글입니다.

디자인 패턴이란?

디자인 패턴은 프로그램을 설계할 때 발생했던 문제점들을 객체 간 상호 관계 등을 이용해 해결할 수 있는 하나의 “규약” 형태로 만들어 놓은 것.

즉, 프로그램 설계시 발생한 문제를 해결하기 위한 객체의 관계, 구조적 규약

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싱글톤 패턴(Singleton Pattern)

싱글톤 패턴이란?

싱글톤 패턴은 하나의 클래스에 오직 하나의 인스턴스만 가지는 패턴(새로 인스턴스를 생성하더라도 같은 인스턴스를 가리킵니다.)

구현 코드

class Singleton {

	constructor(){
		**if(!Singleton.instance) Singleton.instance = this;
		
		return Singleton.instance;**
	}

	getInstance(){
		return this.instance;
	}
}

두 인스턴스가 같은 인스턴스를 가리키는 것을 알 수 있다.

싱글톤 패턴을 주로 어디에 사용하는가?

데이터 베이스 연결 모듈

Mongoose의 싱글톤 패턴

실제 싱글톤 패턴은 Node.js에서 MongoDB 데이터베이스를 연결할 때 스는 mongoose 모듈에서 확인 가능.

mongoose의 데이터베이스를 연결할 때 쓰는 connect()라는 함수는 싱글톤 인스턴스를 반환한다.

// Mongoose의 프로토타입을 확장하여 connect 메서드를 수정합니다.
Mongoose.prototype.connect = function (uri, options, callback) {
  // 'this'가 Mongoose의 인스턴스를 가리키는지 확인하고, 아닐 경우 Mongoose 생성자를 사용합니다.
  **const _mongoose = this instanceof Mongoose ? this : Mongoose;**
  // Mongoose에서 커넥션 객체를 가져옵니다.
  const conn = _mongoose.connection;

  // 제공된 콜백 함수에 따라 프로미스 또는 콜백을 반환합니다.
  return _mongoose._promiseOrCallback(callback, cb => {
    // 지정된 URI와 옵션으로 연결을 시도합니다.
    conn.openUri(uri, options, err => { 
      // 연결 과정에서 오류가 발생하면 해당 오류를 콜백에 전달합니다.
      if (err != null) {
        return cb(err);
      }
      // 연결이 성공하면 오류를 'null'로 설정하고 Mongoose 객체를 반환합니다.
      return cb(null, _mongoose);
    })
  })
}

현재 인스턴스가 Mongoose의 인스턴스인지 확인하고, 그렇지 않은 경우 Mongoose 생성자를 사용하여 _mongoose 변수에 할당합니다. 이를 통해 코드는 항상 동일한 Mongoose 인스턴스를 사용하도록 보장한다.

싱글톤 패턴의 장점

• 자원 관리: 단일 인스턴스를 유지하기 때문에 메모리 자원을 효율적으로 관리할 수 있습니다.
• 전역적인 접근: 여러 부분에서 같은 인스턴스에 접근할 수 있어, 데이터 공유 및 변경이 용이합니다.
• 인스턴스 제어: 한 번의 인스턴스 생성을 보장하므로 객체의 상태 및 동작을 전역적으로 조절할 수 있습니다.

싱글톤 패턴의 단점

• 의존성 증가: 전역적으로 접근 가능한 단일 인스턴스는 의존성을 증가시킬 수 있습니다. → 이를 해결하는 방법으로 의존성 주입 패턴이 있다. 면접시 이 부분까지 언급이 된다면 좋을 것 같다.
  • 의존성 주입이란?: 메인 모듈에서 하위 모듈에서 직접 의존성을 주기 보다는 중간의 의존성 주입자가 이 부분을 가로채 메인 모듈이 간접적으로 의존성을 주입하는 방식이다. 이를 통해 상위 모듈은 하위모듈에 대해 의존성이 떨어지게 된다(디커플링 된다.).
  • 의존성 주입 장점
    • 모듈을 쉽게 교체가 가능해 테스팅, 마이그레이션 용이
    • 구현시 추상화 레이어를 넣고 이를 기반으로 구현체를 넣어 주기 때문에 의존성의 방향이 일관 → 관계가 명확해지고 쉽게 추론 가능
  • 의존성 주입 단점
    • 모듈이 분리되어 클래스 수가 늘어나 복잡성 증가 → 약간의 런타임 페널티가 생기기도 함
  • 의존성 주입 원칙
    • 상위 모듈은 하위 모듈에서 어떠한 것도 가져오지 않아야한다.
    • 둘 다 추상화에 의존해야하며 추상화는 세부사항에 의존하지 말아야한다.
• TDD(Test Driven Development)를 할 때 걸림돌이 된다.
  • TDD의 경우 단위테스트를 주로 한다.
  • 단위 테스트는 **테스트가 서로 독립적이어야 한다**. 그리고 **테스트를 어떤 순서로든 실행할 수 있어야한다**.
  • 싱글톤 패턴을 사용할 경우 각 테스트마다 독립적인 인스턴스를 만들기 어렵다. 즉, 모의(mock) 객체를 생성하는 데 어려움을 줄 수 있다.
• 코드 복잡성: 다른 부분에서 동일한 인스턴스에 접근할 수 있으므로 코드의 복잡성이 증가할 수 있습니다.
• 멀티 스레드 환경에서 여러 인스턴스가 생성되는 것을 방지하기 위한 동기화 처리를 해야하며 이는 많은 양의 코드를 작성을 요구함

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더 공부해 보면 좋을 내용

• IIFE 패턴과 클로저를 이용한 싱글톤 패턴 구현
• JS 프로토타입을 이용한 클래스 구현
• static을 이용한 구현체의 장,단점 비교…!