Effective Java - item 3

private 생성자나 열거 타입으로 싱글턴임을 보증하라

싱글턴(Singleton)이란?

인스턴스를 오직 하나만 생성할 수 있는 클래스를 말한다. 하지만 클래스를 싱글턴으로 만들면 이를 사용하는 클라이언트는 테스트하기 어려워질 수도 있다. 타입을 인터페이스로 정의한 다음 그 인터페이스를 구현해서 만든 싱글턴이 아니라면싱글턴 인스턴스가 가짜(Mock) 구현으로 대체할 수 없기 떄문이다.

싱글턴을 만드는 방식

1. public static 멤버가 final 필드인 방식

package effectivejava.chapter2.item3.field;

// Singleton with public final field  (Page 17)
public class Elvis {
    public static final Elvis INSTANCE = new Elvis();

    private Elvis() { }

    public void leaveTheBuilding() {
        System.out.println("Whoa baby, I'm outta here!");
    }

    // This code would normally appear outside the class!
    public static void main(String[] args) {
        Elvis elvis = Elvis.INSTANCE;
        elvis.leaveTheBuilding();
    }
}

private 생성자는 public static final 필드인 Elvis.INSTANCE를 초기화할 떄 딱 한 번만 호출된다. 따라서 인스턴스가 전체 시스템에서 하나뿐임이 보장되지만 리플렉션 API를 통해 private 생성자를 호출할 수 있다. 이러한 공격을 방어하기 위해 두번째 객체가 생성되려 할때 예외를 던지면 된다. 이 방법은 해당 클래스가 싱글턴임이 API에서 명백하게 들어난다는 점과 간결하게 작성할 수 있다는 장점이 있다.

Reflection API란?

원문 (출처: Java Docs - AccessibleObject)

The AccessibleObject class is the base class for Field, Method and Constructor objects.
It provides the ability to flag a reflected object as suppressing default Java language access control checks when it is used.
The access checks–for public, default (package) access, protected, and private members–are performed when Fields, Methods or Constructors are used to set or get fields, to invoke methods, or to create and initialize new instances of classes, respectively.
Setting the accessible flag in a reflected object permits sophisticated applications with sufficient privilege, such as Java Object Serialization or other persistence mechanisms, to manipulate objects in a manner that would normally be prohibited.

By default, a reflected object is not accessible.

해석

AccessibleObject 클래스는 Field, Method, Constructor 객체의 기반 클래스다.
이 클래스는 리플렉션으로 얻은 객체를 사용할 때, 기본적인 자바 언어의 접근 제어 검사(public, 기본(패키지), protected, private)를 생략하도록 플래그를 설정할 수 있는 기능을 제공한다.
이러한 접근 검사는 각각 필드를 읽거나 쓰거나, 메서드를 호출하거나, 클래스의 새 인스턴스를 생성·초기화할 때 수행된다.

리플렉션 객체에 accessible 플래그를 설정하면 Java 객체 직렬화와 같이 충분한 권한을 가진 고급 애플리케이션이나 다른 영속화 메커니즘이 원래는 허용되지 않는 방식으로 객체를 조작할 수 있게 된다.

기본적으로 리플렉션으로 얻은 객체는 접근 가능하지 않다.

2. 정적 팩터리 메서드 방식의 싱글턴

package effectivejava.chapter2.item3.staticfactory;

// Singleton with static factory (Page 17)
public class Elvis {
    private static final Elvis INSTANCE = new Elvis();
    private Elvis() { }
    public static Elvis getInstance() { return INSTANCE; }

    public void leaveTheBuilding() {
        System.out.println("Whoa baby, I'm outta here!");
    }

    // This code would normally appear outside the class!
    public static void main(String[] args) {
        Elvis elvis = Elvis.getInstance();
        elvis.leaveTheBuilding();
    }

이 방법 역시 두 번째 인스턴스는 생성되지 않지만 리플렉션의 예외는 똑같이 적용된다. 이 방법의 장점은 API를 바꾸지 않고도 싱글턴이 아니게 변경할 수 있다는 점이다. 또한 정적 팩터리를 제네릭 싱글턴 팩터리로 만들 수 있고 정적 팩터리의 메서드 참조를 타입 캐스팅 하여 다양한 인스턴스의 공급자(supplier)로 사용할 수 있다는 점이다.

하지만 두 가지 방법 모두 직렬화하려면 readResolve()를 통해 가짜 인스턴스가 생성되는 것을 막아야한다. 이러한 한계를 극복한 방식이 Enum 타입 방식이다.

3. 열거(Enum) 타입 방식의 싱글턴

package effectivejava.chapter2.item3.enumtype;

// Enum singleton - the preferred approach (Page 18)
public enum Elvis {
    INSTANCE;

    public void leaveTheBuilding() {
        System.out.println("Whoa baby, I'm outta here!");
    }

    // This code would normally appear outside the class!
    public static void main(String[] args) {
        Elvis elvis = Elvis.INSTANCE;
        elvis.leaveTheBuilding();
    }
}

Enum 타입의 싱글턴 방식으로 데이터베이스를 연결하는 DatabaseManager 클래스를 작성해보면 다음과 같다.

// 데이터베이스 연결 관리자 예시
public enum DatabaseManager {
    INSTANCE;
    
    private Connection connection;
    
    DatabaseManager() {
        // 데이터베이스 연결 초기화
        this.connection = createConnection();
    }
    
    public Connection getConnection() {
        return connection;
    }
    
    private Connection createConnection() {
        // 실제 DB 연결 로직
        return DriverManager.getConnection("jdbc:...");
    }
}

// 사용
DatabaseManager.INSTANCE.getConnection();

이렇게 사용하면 생성 비용이 큰 작업을 전역적으로 하나만 관리해야 할 때 매우 유용하게 성능을 높일 수 있다.