🔎 Singleton ? Static ? Class ? .. 차이점을 Instance 관점에서 알아보자

[Dart] Class 총 정리 (상속 / 재정의 / 추상화)
Singleton Pattern

이번 글에서는 Singleton? Static? Class? 의 차이점에 대해서 알아보도록 하겠다.

비슷해 보이지만 이 들의 차이점은 명확하게 다른 개념들이고, 정확하게 개념들을 이해하고 있어야 한다.

Class, Static은 Flutter 개발을 하지 않았더라도 자주 접하고 사용해본 개념들이다.
Singleton에 대해서는 낯선 개념일 수도 있지만 이미 Flutter 개발시 사용하는 기능들 중에 Singleton의 개념으로 개발된 기능들이 다수있어 사용해 본 적이 있을 것이다.

개념들을 차이점 위주로 비교해 보면서 알아보도록 하자.

Classes
Dart is an object-oriented language with classes and mixin-based inheritance. Every object is an instance of a class, and all classes except Null descend from Object. Mixin-based inheritance means that although every class (except for the top class, Object?) has exactly one superclass, a class body can be reused in multiple class hierarchies. Extension methods are a way to add functionality to a class without changing the class or creating a subclass. Class modifiers allow you to control how libraries can subtype a class.

Instance

먼저 이 들의 차이점을 알아보기에 앞서 Instance라는 개념에 대해서 알고 있어야 한다.

Instance란 무엇일까 ?

인스턴스라는 말은 자주 듣고 사용해 봤을 것이다.

인스턴스란 Class를 기반으로 생성되며, Class의 기능과 속성을 동일하게 가지고 있는 프로그래밍 상에서 사용되는 대상이다.

설명이 잘 이해되지 않을 수도 있다. 쉽게 개념을 설명하자면 Class가 생성되어 지고, 생성된 Class가 사용되어 지면서 메모리에 할당 되었을 때, 이를 Object(객체)라고 한다.
위 전반의 메모리에 할당되는 과정을 인스턴스화라고 정의한다.

이처럼 Instance라는 개념은 Class가 Object(객체)로 선언되고, 선언되어진 Object(객체)가 메모리에 할당 되어 실제 사용될 때가 바로 Instance(인스턴스)이다.
즉, Object(객체)를 실체화한 개념이다

Class

Class를 생성해 보도록 하자.

문자열의 name, 정수형 age 변수를 멤버변수로 추가한 Person 객체를 생성하였다.

class Person {
  final String name;
  final int age;
  
  const Person(this.name, this.age);
}

이제 Person 객체를 선언해보도록 하자.

Constructor(생성자)를 통해 Person 객체를 인스턴스 하였다. 이제 실제 메모리 공간에 Person 객체의 인스턴스가 생성된 것이다.

void main() {
  Person _person = Person("tyger", 100);
}

Static

Static은 정적. 즉, 고정 되었다는 의미다.

고정되었다는 것이 무슨 의미를 나타내는 걸까 ?

Static은 Static Method, Static Variable이 있다.

Static으로 선언되면 프로그래밍의 실행부터 종료까지의 라이프사이클 주기 동안 메모리가 고정 되었다는 것이다.

일반적인 Class가 생성되어질 때의 인스턴스 과정을 거치는 것과는 다르게 Static 구문은 프로그래밍이 실행되어 메모리 공간에 올려졌을 때 단 한번만 별도의 메모리 공간에 할당되어 진다.
이렇게 생성된 Static 구문은 메모리를 공유하기 때문에 정보 또한 공유된 다는 것을 기억해야 한다.

Static 구문은 GC(Garbage Collector)의 대상이 아니기 때문에 불필요한 구문을 Static으로 생성하게 되면 메모리 영역을 점유하게 되어 퍼포먼스면에서 좋지 않을 수 있기에, 이 점을 주의해야 한다.

GC(Garbage Collector)
메모리 영역을 시스템이 자동적으로 해제해 주고, 가용상태로 돌려주는 기능. 하지만, 실행 조건은 일정하지 않음.

문자열 name 변수를 Static Variable(정적변수)로 생성하였고, name을 출력하는 printName 메소드를 Static Method(정적메소드)로 생성해 주었다.

class Person {
  static final String name = "tyger";
  
  static void printName() {
    print(name);
  }
}

Static 구문으로 생성된 경우 별도의 인스턴스화 과정 없이 이미 프로그래밍이 실행될 때에 별도의 메모리 공간에 할당되어 졌기 때문에, 바로 사용이 가능하다.

void main() {
  Person.printName();
  String _name = Person.name;
}

Singleton

"In software engineering, the singleton pattern is a software design pattern that restricts the instantiation of a class to one “single” instance. This is useful when exactly one object is needed to coordinate actions across the system. The term comes from the mathematical concept of a singleton."

이번엔 Singleton에 대해서 알아보자.

Singleton은 생소하고 어려울 수 있지만 어려운 개념이 아니니 걱정하지 않으셔도 된다.

Singleton Pattern

Flutter를 사용해 개발을 해본 경우, shared_preferences, firebase 등의 패키지를 사용해본 경험이 있을 것이다.

해당 패키지는 모두 Singleton Pattern을 기반으로 개발되었다.

Singleton Pattern은 단 하나의 Instance만 생성하는 디자인 패턴 기법이다.

먼저 Singleton을 생성하는 방법에 대해서 알아보도록 하자.

Singleton으로 객체를 생성하는 가장 기본적인 방법이다.

_(언더바)를 사용한 private으로 Constructor(생성자)를 만들어 주었다.

class Person {
  static final Person instance = Person._internal();
  factory Person() => instance;
  Person._internal();
}

Singleton으로 생성된 객체의 Instance 방법은 Static 변수를 사용해도 되고, Class를 사용해 인스턴스화 할 수 있다.

void main() {
  Person _person1 = Person.instance;
  Person _person2 = Person();
}

이번에는 Named Constructor로 만들어보도록 하자.

class Person {
  static final Person instance = Person.init();
  factory Person() => instance;
  Person.init();
}

차이점

지금까지 Singleton, Static, Class에 대해서 Instance 관점에서 각각의 개념에 대해 살펴 보았다.

Class는 객체를 인스턴스화 할 때마다 Instance가 매번 생성이 된다고 했다. 반면 Singleton은 단 하나의 Instance만을 생성하도록 강제하는 패턴 기법이라고 했다.
Static은 Class, Singleton과는 다르게 인스턴스화 과정을 거치지 않고 프로그래밍 실행시 별도의 메모리 공간에 할당시키는 방법이다.

코드를 통해 각각의 차이점에 대해서 살펴보도록 해보자.

Person이라는 객체를 생성할 것인데, 변수로는 각각 name을 넣어서 생성해 줄 것이다.

Class

class PersonClass {
  final String name = "tyger";
}

Singleton

class PersonSingleton {
  static final PersonSingleton instance = PersonSingleton._internal();
  factory PersonSingleton() => instance;
  PersonSingleton._internal();
    
  final String name = "tyger";
}

이제 PersonClass를 사용해 3개의 인스턴스를 생성해 보도록 하자.

void main() {
  PersonClass _personClass1 = PersonClass();  
  PersonClass _personClass2 = PersonClass();  
  PersonClass _personClass3 = PersonClass();  
}

이제 객체를 식별할 정수형 고유 값인 hashCode를 출력해 각각의 인스턴스가 동일하지 않는지 확인해 보자.

hashCode 값이 각각 다르게 나오는 것을 알 수 있다. 이것이 뜻하는 의미는 각각의 객체가 서로 다른 Instance로 생성이 되었다는 것을 의미한다.

Person 클래스는 3개의 인스턴스화 과정을 거치면서 각각 메모리 영역을 할당 받게 된다.

void main() {
  print(_personClass1.hashCode);
  print(_personClass2.hashCode);
  print(_personClass3.hashCode);
  // 160990205
  // 519856303
  // 1035798228
}

이번엔 싱글톤으로 생성한 PersonSingleton 클래스를 3개의 객체로 선언해보자.

void main() {  
  PersonSingleton _personSingleton1 = PersonSingleton.instance;
  PersonSingleton _personSingleton2 = PersonSingleton.instance;
  PersonSingleton _personSingleton3 = PersonSingleton.instance;
}

이번에도 hashCode를 출력해 인스턴스가 한 개의 인스턴스만 생성 되었는지 확인해보자.

모두 동일한 hashCode 값이 출력되었다. 인스턴스가 단 하나만 생성이 된 것이다.

void main() {
  print(_personSingleton1.hashCode);
  print(_personSingleton2.hashCode);
  print(_personSingleton3.hashCode);
  // 1050882430
  // 1050882430
  // 1050882430

}

Static

마지막으로 Static 변수로 name을 생성해 주도록 하자.

Person 클래스는 인스턴스에서도 name에 접근할 수 있도록 해주기 위해 getter를 추가해 주었다.

changed() 메소드를 추가하여 static 변수의 값을 변경해 줄 수 있도록 하였다.

class Person {
  String get nameGetter => name;
  
  static String name = "tyger";
  
  void changed(String data){
    name = data;
  }
}

생성한 Person 클래스를 인스턴스한 후 getter를 사용해 name 값을 출력해 보도록 하자.

_person1, _person2는 동일한 Class를 인스턴스 하였지만, 인스턴스는 2개가 생성된 것이다.

각각의 인스턴스에 있는 name 값은 당연히 동일한 값을 출력해 주고 있다.

void main() {
  Person _person1 = Person();
  Person _person2 = Person();
  
  print(_person1.nameGetter);
  print(_person2.nameGetter);
  // tyger
  // tyger
}

자 이번엔 _person1 인스턴스에서만 name 값을 변경해주는 함수를 호출해 보자.

이렇게 되면 어떻게 될까 ?

_person1의 name 변수만 값이 변경되는 것이 아닌 서로 다른 인스턴스인 _person2 인스턴스도 값이 변경된 것을 알 수 있다.

Static의 메모리를 공유하기 때문에 당연히 해당 데이터도 공유하게 된다.

void main() {
  Person _person1 = Person();
  Person _person2 = Person();
  _person1.changed("alice");
  
  print(_person1.nameGetter);
  print(_person2.nameGetter);
  // alice
  // alice
}

마무리

Class, Singleton, Static을 인스턴스의 개념과 관점으로 바라본 차이점에 대해서 알아보았다.

불필요한 인스턴스가 많이 생성되는 것도 좋지 않지만, 앱의 실행 주기 과정에서 메모리 점유가 불필요하게 발생하여 퍼포먼스에 따른 성능 저하 부분도 고려해서 개발을 하면 좋을 것 같다.

해당 내용에 대해 궁금하신 부분이나 추가하면 좋을 내용 있으시면 댓글 남겨주세요 !