파이썬 디자인 패턴 - 02

2019-03-17

싱글톤 패턴

개요

싱글톤 패턴은 글로벌하게 접근 가능한 단 한개의 객체만을 허용하는 패턴이다. 로깅, 디비 접근등 앱에서 동일한 리소스에 대한 동시 요청의 충돌을 막기 위해 한 개의 인스턴스만 필요한 경우에 주로 쓰인다.

싱글톤 패턴의 목적은 다음과 같다.

클래스에 대한 단일 객체 생성
전역 객체 제공
공유된 리소스에 대한 동시 접근 제어

생성자(Constructor)를 private로 선언하고 객체를 초기화하는 static 함수를 만들면 간단하게 싱글톤을 구현할 수 있다.

파이썬에서 생성자를 private 선언할 수 없기 때문에 다른 방법으로 구현해야 한다.

구현

한 개의 싱글톤 클래스 인스턴스를 생성한다.
이미 생성된 인스턴스가 있다면 재사용한다.

class Singleton(object):
  def __new__(cls):
    if not hasattr(cls, 'instance'):
      cls.instance = super(Singleton, cls).__new__(cls)
      return cls.instance

s = Singleton()
print('Object created s', s)

s1 = Singleton()
print('Object created s1', s1)


# result
# Object created s <__Main__.Singleton object at 0x123123>
# Object created s1 <__Main__.Singleton object at 0x123123>

new 함수 (파이썬 전용 특수 생성자) 를 오버라이드해 객체를 생성한다. 그리고 new 함수는 s 객체가 존재하는지 확인하고 hasattr 함수 (속성을 가지고 있는지 확인하는 함수) 를 통해 cls 객체가 instance 속성을 가지고 있는지 확인한다.

s1 객체를 요청하면 hasattr()은 이미 객체가 생성됐음을 확인하고 해당 인스턴스를 반환한다.

게으른 초기화

게으른 초기화는 인스턴스가 꼭 필요할 때 생성한다. 즉 모듈을 임포트할 때 아직 필요하지 않은 시점에 객체를 미리 생성해 두지 않는다.

사용할 수 있는 리소스가 제한적인 상황일때 객체가 꼭 필요한 시점에 생성하는 방법이다.

class Singleton:
  __instance__ = None
  def __init__(self):
    if not Singleton.__instance:
      print('__init__ method called')
    else :
      print('Instance already created', self.getInstace())

  @classmethod
  def getInstace(cls):
    if not cls.__instance:
      cls.__instance = Singleton()
    return cls.__instance


# 클래스를 초기화했지만 객체는 생성하지 않음
s = Singleton()

# 객체 생성
print('Object created ', Singleton.getInstace())

# 위 라인에서 이미 객체는 생성됨
s1 = Singleton()

모듈 싱글톤

파이썬의 임포트 방식 때문에 모든 모듈은 기본적으로 싱글톤이다.

파이썬의 작동 방식
1. 파이썬 모듈이 임포트됐는지 확인한다.
2. 임포트됐다면 해당 객체를 반환하고 안 됐다면 임포트하고 인스턴스화 한다.
3. 모듈은 임포트와 동시에 초기화된다. 하지만 같은 모듈을 다시 임포트하면 초기화하지 않는다.

모노스테이트 싱글톤 패턴

모노스테이트 싱글톤 패턴은 모든 객체가 같은 상태를 공유하는 패턴이다.

class Borg:
  __shared_state = {'a':'1'}
  def __init__(self):
    self.x = 1
    self.__dict__ = self.__shared_state
    pass


b = Borg()
b1 = Borg()
b.x = 4

print('b ', b)
print('b1 ', b)
print('b state', b.__dict__)
print('b1 state', b1.__dict__)

# result

# b, b1 주소값이 다름
# b <__main__.borg object at 0x123123>
# b1 <__main__.borg object at 0x123124>

# b state {'x':4 , 'a':'1'}
# b1 state {'x':4 , 'a':'1'}

싱글톤 패턴의 단점

전역 변수의 값이 실수로 변경된 것을 모르고 앱에서 사용될 수 있다.
같은 객체애 대한 여러 참조자가 생길 수 있다.
- 싱글톤은 한 개의 객체만을 만들기 때문에 같은 객체에 대한 여러 개의 참조자가 생긴다
전역 변수에 종속적인 모든 클래스 간 상호관계까 복잡해진다.
- 전역 변수 수정이 의도치 않게 다른 클래스에도 영향을 줄 수 있다.

요약

개발할 때 스레드 풀과 캐시, 레지스트리 설정 등 한객체만 필요한 경우에 사용한다.
싱글톤은 글로벌 액세스 지점을 제공하는, 단점이 거의 없는 검증된 패턴이다.
단점은 전역 변수가 의도치 않게 다른 클래스에게 영향을 줄 수 있으며 리소스를 많이 사용하는 구조가 될 수 있다.

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