[Swift] Singleton Pattern (싱글톤 패턴)

오랜만에 포스팅을 하는 것 같네요, 이런 저런 신경쓸 일들이 많았던 것 같아요 😂

바빠도 하루에 간단한 포스팅이라도 하나는 하자고 목표를 세웠는데, 쉽지 않더군요 😭

거두절미하고 오늘은 싱글톤 패턴에 대해서 알아볼게요!!

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Design Pattern

싱글톤 패턴은 Design Pattern 중 생성과 관련된 디자인 패턴이에요. 그럼.. Design Pattern은 뭘까요?

개발에서 디자인패턴이란, 다양한 개발환경에서도 비슷한 문제들이 발생할 수 있는데, 이 비슷한 문제들을 해결하는 정형화(?)된 템플릿이나 개발패턴 같은, 마치 "해결책" 같은거에요. 이런 어떤 패턴을 적용하면, 그만큼 "정형화"된 해결책 같은 맥락이니 코드의 가독성, 효율성, 디버깅, 협업 등이 쉬워지겠죠?

 

Swift에서 가장 보편적으로 접할 수 있는 디자인 패턴은

• 생성 패턴 : Singleton
• 구조 패턴 : MVC, MVVM, Facade
• 행동 패턴 : Delegate, Observer 

등등이 있어요. 그중에 이번 포스팅에서는 Singleton Pattern에 대해 살펴보려고 해요.

 

 

Singleton Pattern (싱글톤 패턴)

싱글톤 패턴이란, 특정 용도로 객체를 하나만 생성해서 공용으로 사용하고 싶을때 사용하는 생성 디자인 패턴이에요.

주로 환경설정, 로그인정보 등의 특정 용도로 생성해두고, 앱의 여러 곳에서 접근 가능하도록 만들어서 데이터를 사용하게끔 만들 때 사용되요. 무엇보다 예시를 보는게 제일 좋겠죠~?

class Person {
    static let shared = Person()
    private var name: String = "KT"
    private var nickName: String = "Nury"
    private var age: Int = 50
}

이렇게 static property로 shared라는 객체를 클래스 내에서 만들어 주는 생성 패턴이에요.

이렇게 해두면 앱의 어디서든 Person.shared 객체로 클래스의 데이터에 접근 할 수 있겠죠?

 

음.. 좋아!

근데 특정 용도로 사용할 객체를 "하나"만 생성해서 쓰는거라며? 다른데서 let person = Person() 하면 되는거 아니야?

네, 맞습니다! 그래서 클래스 외부에서 새로운 객체를 생성할 수 없도록, 생성자(init)을 private로 명시적으로 지정해줍니다.

class Person {
    static let shared = Person()
    private var name: String = "KT"
    private var nickName: String = "Nury"
    private var age: Int = 50
    
    private init() { }
}

이렇게요! 그러면 우리가 원하는대로 특정 목적(사용자 정보)로 앱에서 사용할 유일한 객체가 됐네요~!

조아써 끝~~~!!!

 

이 아니라! 여기서 꼭 주의할 점이 있어요. 바로 thread-safe하게 구성을 해줘야 한다는 점인데요!

응? thread-safe가 뭐야~~~??

 

Class는 Reference 타입이기 때문에, 어디서든 이 싱글톤 객체에 접근을 하게 되면 힙메모리 영역에 있는 객체의 "원본데이터"에 접근하게 되요. 즉 그말은, 앱의 어떤곳에서는 닉네임을 바꾸려고 시도하고, 앱의 어떤 곳에서는 닉네임을 가져와서 보여주기만 할 수도 있겠죠. 그럼.. 둘중 하나에서는 잘못된 동작을 할거에요! 😂

 

즉, 우리는 싱글톤 객체를 사용하고 있고, 이 객체에 대한 데이터에 대해 여러 thread에서 동시에 접근을 할 수도 있을거에요. 이렇게 되면 데이터가 꼬여서, 제대로 동작하지 않겠죠? 바로 이렇게 여러 thread에서 동시에 공유자원을 접근할때, 참조타입의 경우 데이터가 꼬일 수 있는데 이런 상태를 "thread-unsafe하다" 라고 해요.

그리고, 싱글톤 패턴에서는 Readers-Writers 문제라고도 해요. (읽는 사람과 쓰는 사람의 문제! ㅋㅋ😂)

 

그러니까 우리는 싱글톤 패턴을 사용할때, 반드시 thread-safe하도록 설계를 해줘야해요.

이것도 예를 들어 볼게요!

class Person {
    ...

    func changeNickname() {
        self.nickName = "changed Nury"
    }

    func getNickname() -> String {
        return self.nickName
    }
}

앱의 어딘가에서 닉네임을 수정하거나, 읽어오는 부분이 다른 스레드에서 동시에 수행된다고 가정해볼게요.

그러면 나는 닉네임을 "changed Nury"로 변경했는데, 화면에 보이는 닉네임은 변경되기 전의 그냥 "Nury" 일 수 있다는 뜻이에요.

이런 현상이 발생하는 근본적인 이유는, 다른 스레드에서 "동시에" 수행되기 때문일거에요.

 

음.. 오케이. 싱글톤 객체는 공유자원을 동시에 접근할 경우에 thread-unsafety 할 수 있구나.

그럼 이걸 thread-safe 하도록 어떻게 설계해줘야 할까요? 바로바로... Concurrent Queue를 활용하는 방법이에요!

이것도 예를 들어 볼게요!

class Person {
    ...
    private let nicknameQueue = DispatchQueue(label: "nickname queue", attributes: .concurrent)

    func changeNickname() {
        nicknameQueue.async(flags: .barrier) {
            self.nickName = "changed Nury"
        }
    }

    func getNickname() -> String {
        nicknameQueue.sync {
            return self.nickName
        }
    }
}

nicknameQueue라는 Concurrent Queue를 만들어줬어요.

좀전에 이런 상황이 발생하는 근본적인 이유는 "동시에" 다른 스레드에서 공유자원을 접근하기 때문이라고 했었죠?

이걸 방지하기 위해, 전체적으로는 "동시에" 접근하는 것을 허용하지만 이렇게 Readers-Writers 상황에 봉착할 수 있는 작업은 따로 serial(순차적으로) 진행될 수 있게끔 묶어주는 방법으로 이 문제를 해결하는 거에요.

 

음.. nicknameQueue를 정의해줄때 concurrent로 선언해줬으니, 동시에 접근을 허용한다는거 아냐?

순차적으로는 어떻게 진행하게끔 할건데? 이때 바로 queue의 flag에 barrier를 사용해주는 거에요.

barrier는 말 그대로 "방어막" 그런거죠~? 즉, barrier로 감싸진 작업은 concurrent 큐 안에서도 Serial(순차적으로) 진행될 수 있게끔 만들어주는 flag에요.

 

결론적으로 이렇게 설계를 해놓으면,

"응~ 닉네임 변경에 대한 요청이 오면 그냥 변경해줘! 단, 닉네임을 가져와서 보여줄때는 만약 닉네임을 변경하는 작업이 진행중이면, 그 작업이 완료되고 수행해줘~!!!" 가 되는 거에요.

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실제로 iOS에서 기본적으로 싱글톤 패턴에 대한 기능을 지원하고 있는데요~!

let screen = UIScreen.main
let userDefault = UserDefaults.standard
let application = UIApplication.shared
let fileManager = FileManager.default
let notification = NotificationCenter.default

어디서 많이 본 기능들이고 사용하고 계시죠~? 이런게 모두 싱글톤이랍니다~!! 

 

 

간단한 예시를 통해서 디자인 패턴중 하나인 싱글톤 패턴에 대해서 알아보았어요!

어떻게 사용해야 하는지 느낌 좀 오시나요~~? 😎

 

오늘도 누군가에게 도움이 되었길 바래요 🙏