[C#/Unity][디자인패턴] 싱글톤 패턴(Singleton Pattern)

1. 싱글톤 패턴이란?

- 런타임 동안 "단 하나의 인스턴스만을 생성"하는 패턴

- 싱글톤 패턴이 적용된 객체는 하나의 인스턴스만 생성할 수 있고, 다른 객체에서 싱글톤 객체의 인스턴스를 생성하려 할 경우, 기존에 생성된 인스턴스가 있다면 해당 인스턴스를 반환하는 형태로 사용됨.

- 모든 데이터를 전역으로 관리하여 쉽게 접근할 수 있게 하는 것

- 객체의 메모리를 정적으로 할당하여 하나의 객체에만 접근하는 방법

 

2. 싱글톤 패턴을 사용하는 경우

1) 공통된 객체를 여러개 생성해서 사용해야 하는 경우

2) 인스턴스가 절대적으로 한 개만 존재해야 한다는 것을 명시하고 싶은 경우

 

3. 싱글톤 패턴의 장점

1) 편리성 : 최초로 생성된 객체 하나에만 접근하게 되므로 데이터를 접근하고 수정하는데 용이함.

2) 중복방지 : 생성자를 다른 곳에서 새롭게 선언을 하더라도 이미 정적으로 선언된 객체가 반환되기 때문에 중복되어 생성되는 것을 방지할 수 있음.

3) 빠른접근 : 초기 객체 생성시 정적 메모리에 올라가 이후 호출할 때 아주 빠르게 접근할 수 있음.

4) 메모리절약 : 많은 클래스에서 동일한 객체의 인스턴스를 생성해야하는 경우. 싱글톤 패턴을 사용하여 매번 인스턴스를 생성하지 않고 불러서 쓰는 형태로 사용할 수 있어 메모리 절약이 가능하다.

 

4. 싱글톤 패턴의 단점

1) 성능저하 : 정적 메모리에 할당할 수 있는 메모리 크기가 제한적이기 때문에, 정적 메모리에 할당된 객체로 너무 큰 메모리가 쌓이게 되면 프로그램 성능이 현저하게 낮아질 수 있음.

2) 높은결합도 : 프로그램이 복잡해지면서 싱글톤 인스턴스가 혼자 너무 많은 일을 하거나 많은 데이터를 공유하게 되면 다른 클래스들 간의 결합도가 높아지게 된다. 이는 OOP 설계원칙 중 개방-폐쇄 원칙에 위배되고, 디버깅 등의 협업에 어려움이 생겨 유지보수가 어려워질 수 있다.

3) 메모리접근 : 하나의 정적 메모리를 사용하기 때문에 병렬처리나 동기화와 같이 여러방법으로 메모리에 접근하는데 문제가 생길 수 있음. (병렬처리나 동기화를 위한 방법이 따로 존재함)

 

5. 코드 구현

1) 일반 싱글톤

public class Singleton
{
    private static Singeton _instance;
    
    public static Singleton Instance
    {
    	get
        {
            // 생성된 인스턴스가 없는 경우 -> 새로 생성
            if(_instance == null)
            {
            	_instance = new Singleton();
            }
            return _instance;
        }
    }
    
    public Singleton() {}    	
}

 

2) Lazy 싱클톤

- 인스턴스의 생성시기를 선언 즉시 생성하는 것이 아닌, 인스턴스 내의 값에 접근하려 할 때 생성하는 방법

- 생성된 인스턴스에 접근을 위한 thread-safety를 고려하지 않아도 됨

- Lazy 싱글톤을 이용한 thread-safety는 인스턴스 생성에 대한  thread-safety를 보장하는 것임

public class LazySingleton<T> where T : LazySingleton<T>, new()
{
    private static Lazy<T> lazyInstance = null;
    
    public static T Instance
    {
    	get
        {
            // 인스턴스가 존재하지 않는 경우에 새로 생성
            // 존재하는 경우에는 기존의 것을 사용
            if(Exists() == false)
            {	
            	var instance = new T();
                lazyInstance = new Lazy<T>(() => instance);
            }
            return lazyInstance.Value;
        }
    }  
    
    // 인스턴스가 존재하는지 확인
    public static bool Exists()
    {
    	return lazyInstance != null && lazyInstance.IsValueCreated;
    }
    
    // 인스턴스를 초기화시킴
    public static void ClearInstance()
    {
    	lazyInstance = null;
    }
}

 

3) Unity 싱글톤(MonoBehaviour)

public class Singleton : MonoBehaviour
{
    private static Singleton _instance;
    
    public static Singleton Instance
    {
    	get
        {
            // 인스턴스가 생성되지 않은 경우 -> 새로 생성
            // 이미 생성된 경우 -> 기존에 생성된 것을 사용
            if(_instance == null)
            {
            	_instance = (Singleton)FindObjectOfType(typeof(Singleton));
            }
            return _instance;
        }
    }
}

 

4) thread-safety 싱글톤

public sealed class Singleton
{
    private static volatile Singleton _instance;
    private static object syncRoot = new object();
    
    private Singleton() {}
    
    public static Singleton Instance
    {
    	get
        {
        	if(_instance == null)
            {
            	lock(syncRoot)
                {
                	if(_instance == null)
                    {
                    	_instance = new Singleton();
                   	}
                }
            }
            return _instance;
        }
    }
}

---

 <참고 사이트>

싱글톤 패턴(Singleton pattern) | 👨🏻‍💻 Tech Interview

C# - 디자인 패턴 - 싱글톤 패턴 (Singleton Pattern)

 

[C#] 싱글톤 패턴 (Singleton Pattern)

 

싱글톤 패턴(Singleton pattern)을 쓰는 이유와 문제점