게임 프로그래밍 패턴 - 싱글톤 패턴(Singleton Pattern)
in Study / Design Patterns on Programming, Game development, Design patterns
이미지 출처: https://www.ionos.com/digitalguide/websites/web-development/singleton-design-pattern
🕹️ 싱글톤 패턴(Singleton Pattern)이란?
클래스의 인스턴스를 하나만 생성하도록 제한하고, 그 인스턴스에 전역적인 접근을 제공하는 디자인 패턴.
싱글톤 패턴은 전역 상태를 관리하거나 공통된 자원을 하나의 객체로 처리해야 할 때 주로 사용된다.
🕹️ 싱글톤 패턴의 구조
| 구성 요소 | 설명 |
|---|---|
| Singleton (싱글톤) | 유일한 인스턴스를 생성하고 접근할 수 있는 메서드를 제공하며, 생성자를 private으로 선언하여 외부에서의 직접 생성을 방지. |
🕹️ 싱글톤 패턴 예제 코드 (C++ 예시)
#include <cstdio>
// 싱글톤 클래스
class Singleton
{
private:
Singleton()
{
printf("Singleton 인스턴스 생성\n");
}
//복사 생성자와 대입 연산자를 삭제하여 복사 방지
Singleton(const Singleton&) = delete;
Singleton& operator=(const Singleton&) = delete;
public:
//인스턴스를 반환하는 정적 메서드
static Singleton& getInstance()
{
static Singleton instance;
return instance;
}
//예시 메서드
void showMessage()
{
printf("싱글톤 인스턴스의 메서드 호출\n");
}
};
int main()
{
//싱글톤 인스턴스 획득 및 메서드 호출
Singleton& s1 = Singleton::getInstance();
s1.showMessage();
//또 다른 참조 획득
Singleton& s2 = Singleton::getInstance();
s2.showMessage();
//두 참조가 동일한지 확인
if (&s1 == &s2)
printf("s1과 s2는 동일한 인스턴스를 참조합니다.\n");
else
printf("s1과 s2는 다른 인스턴스를 참조합니다.\n");
return 0;
}
출력 결과:
Singleton 인스턴스 생성
싱글톤 인스턴스의 메서드 호출
싱글톤 인스턴스의 메서드 호출
s1과 s2는 동일한 인스턴스를 참조합니다.
설명:
Singleton클래스의 생성자는private으로 선언되어 외부에서 직접 인스턴스를 생성할 수 없다.getInstance()메서드는 클래스의 유일한 인스턴스를 반환하며, 이 메서드를 통해서만 인스턴스에 접근 가능하다.main()함수에서 두 번의getInstance()호출을 통해 얻은s1과s2는 동일한 인스턴스를 참조한다.
🕹️ 싱글톤 패턴의 문제점 및 사용하지 말아야 할 이유
- 글로벌 상태로 인한 예측 불가능성:
- 싱글톤은 전역 상태를 가지므로 프로그램의 다양한 부분에서 상태가 변경될 수 있다. 이는 디버깅과 테스트를 어렵게 만들고, 예측하지 못한 버그를 발생시킬 수 있다.
- 테스트의 어려움:
- 싱글톤은 의존성 주입을 어렵게 만들어 단위 테스트를 방해한다. 모의 객체(Mock Object)를 사용하여 테스트하기 어려워진다.
- 병렬 처리에서의 문제:
- 멀티스레드 환경에서 싱글톤 인스턴스 생성 시 동기화 문제가 발생할 수 있다. 이를 적절히 처리하지 않으면 데드락이나 레이스 컨디션과 같은 동시성 문제가 발생할 수 있다.
- SRP(Single Responsibility Principle) 위반:
- 싱글톤 클래스는 인스턴스 생성과 비즈니스 로직을 모두 관리하게 되어 단일 책임 원칙을 위반할 수 있다.
- 의존성 숨김:
- 클래스가 싱글톤에 의존하고 있음을 명시적으로 드러내지 않으므로, 코드의 가독성과 유지보수성이 저하된다.
- 유연성 부족:
- 싱글톤은 상속이나 다형성을 제한하여 코드의 확장성과 유연성을 저하시킬 수 있다.
🕹️ 싱글톤 패턴을 대체하는 방법
- 의존성 주입(Dependency Injection): 필요한 객체를 외부에서 주입받아 사용함으로써 테스트 용이성과 유연성을 확보할 수 있다.
- 로컬 인스턴스: 필요한 범위(scope) 내에서 객체를 생성하여 사용하고, 더 이상 필요하지 않으면 소멸시킨다.
- 팩토리 패턴(Factory Pattern): 객체 생성 로직을 별도의 팩토리 클래스로 분리하여 유연한 객체 생성을 가능하게 한다.
🕹️ 최종 정리
싱글톤 패턴은 전역적인 접근이 필요한 객체를 하나만 생성하도록 보장하는 패턴이지만, 테스트의 어려움, 글로벌 상태로 인한 예측 불가능성, 멀티스레드 환경에서의 문제 등 여러 단점이 존재한다.
이러한 이유로 현대의 소프트웨어 개발에서는 싱글톤 패턴의 사용을 지양하고, 의존성 주입이나 팩토리 패턴 등의 대체 방안을 활용하는 것이 권장된다.
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