[디자인패턴] (Swift) Singleton Pattern (싱글톤 패턴 구현해보기)

 

코드는 아래 github에서 볼 수 있습니다!

https://github.com/deslog/awesome-swift

GitHub - deslog/awesome-swift: swift를 활용한 모든 공부를 모아두는 감자의 뚝딱뚝딱 요리실험실 🥔🍳

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👋 싱글턴 패턴 공부하기 전에 알아야 할 개념!

🔖 디자인패턴이란?

코드를 작성할 때 발생하는 문제들을 보다 좋은 방법으로 코드를 작성할 수 있도록 미리 형식을 정해놓는 것? 방법론? 이다! 미리 좋은 코드에 대해서 정의해두고, 문제가 생겼을 때 그 문제를 해결하는 방법을 방법론적으로 해결할 수 있는 것이 디자인패턴! 이라고 생각하면 된다 ~

🔖 디자인패턴의 분류?

생성, 구조, 행위 패턴 세가지로 나뉜다. 이번에 알아볼 싱글턴패턴은 객체를 생성할때 사용되는 디자인 패턴 이기 때문에 분류는 '생성'에 속한다.

🔖 클래스와 객체

클래스와 객체의 차이에 대해서 알아야한다. 클래스는 코드르 작성할때 미리 형태를 짜놓는 것을 말한다. 예시로 들면 빵틀!! 일정한 빵을 찍어내기 전에 만들어놓는 틀을 의미한다.

객체는, 클래스를 이용하여 생성된 object를 말한다. 위에서 정의한 클래스에 기반한 무언가를 만들면 객체! (코드에서 만들어졌다, 라는 것은 메모리에 올라갔다~ 하는 의미이다.) 주로 '인스턴스화'한다 라고 말하는데, 인스턴스화 해서 만들어진 놈이 바로 객체이다.

// Cat 클래스
class Cat {
	var 무늬: String
    var 몸무게: Int
}

// 미유라는 객체를 만들었다.
// 미유는 class Cat 으로부터 만들어진 객체이다.
// 치즈무늬와 4키로의 몸무게를 갖는다.
let meyou = Cat()
meyou.무늬 = "치즈"
meyou.몸무게 = 4

 

⚫️ 싱글턴 패턴의 간단한 정의

싱글턴 패턴은, 내가 어떤 객체를 만들어서 그 객체 하나만을 사용하는 패턴을 의미한다. 만약 자주 써야하는 객체일 경우, 객체를 만들어서 메모리에 올려놓겠지? 그럼 그 메모리에 올려놓은 객체를 지속적으로 데리고 다니면서 사용하고, 계속 참조해서 이용하는 패턴이다.

🔖 주로 언제 사용하나요?

API호출할 때 자주 사용한다. API를 호출하는 클래스(매니저)를 만들어놓고, 얘를 한번 객체로 생성해두면, 이 객체를 계속 사용하는 방식으로 자주 사용 된다.

 

⚫️ 싱글턴 패턴 xcode로 살펴보기

그래서 싱글턴패턴을 어떻게 사용하는건데? xcode로 아주아주 간단하게 구현해보자.

 

1️⃣ 우선, 싱글턴패턴을 사용하지 않았을때를 살펴보자.

🔖 singleton class 생성

xcode로 App 프로젝트를 하나 생성해주고, 하나의 swift 파일을 만들어서 class 를 만들어보자.
나는 MySingleton이라는 파일을 만들고, MySingleton이라는 class를 만들어주었다. 

// MySingleton

import Foundation

final class MySingleton: NSObject { }

🔖 view에서 인스턴스를 만들어보자.

싱글턴 패턴 class를 만들었다면 view에서 인스턴스를 만들어서 객체를 만들어보자.

// MySingletonViewController

class MySingletonViewController: UIViewController {

    override func viewDidLoad() {
        super.viewDidLoad()
        
        let firstObject = MySingleton()
        let secondObject = MySingleton()
    }

나는 이렇게 MySingletonViewController라는 뷰컨을 하나 만들고 그 내부에 인스턴스를 생성해주었다. 이제 어떻게 객체가 생성됐는지 살펴보자. 

🔖 디버깅을 통해서 객체의 메모리주소 살펴보기

앞에서, 코딩에서 객체가 만들어졋다 = 메모리에 올라갔다 의미임을 먼저 설명했다. 각 객체의 메모리 주소를 확인해보자.

먼저 이렇게 객체가 생성되는 바로 다음줄에 breakpoint를 찍어주고! run을 돌려보자.
그럼 이렇게 아래 콘솔창에서 LLDB 디버거를 사용할 수 있다. 여기에 아래 명령어를 입력해주면, 해당 객체가 어떤 메모리에 올라가있는지 확인이 가능하다!

po <객체이름>

확인해보니까, firstObject와 secondObject는 각각 다른 메모리 주소를 가졌다. 결론적으로, 이렇게 사용하는 것은 싱글턴이 아니다. 싱글턴은, 객체화 시켜놓고, 해당 객체를 동일한 메모리에서 지속적으로 사용하는 패턴이다. 자 이제 제대로 싱글톤 패턴을 만들어보자.

 

2️⃣ 싱글톤 패턴 만들기

🔖 싱글톤 class 를 만들어주자.

// MySingleton 

import Foundation

final class MySingleton: NSObject {

    static let shared = MySingleton()

    private override init() { }
}

MySingleton이라는 final class를 만들어주고, 안에 자기 자신을 바라보고있는 shared라는 변수를 만들어줬다. 그리고 init까지 완료.

🔖 이제 싱글톤 객체를 생성하고, 메모리 주소를 확인해보자

앞에서 사용했던 동일한 MySingletonViewController에다가 객체를 생성하고 메모리 주소값을 살펴보자. 마찬가지로 LLDB디버거를 통해서 메모리 주소값을 살펴볼 것이다.

class MySingletonViewController: UIViewController {

    override func viewDidLoad() {
        super.viewDidLoad()

        let firstObject = MySingleton.shared
        let secondObject = MySingleton.shared
    }
}

breakpoint를 걸어주고 디버깅을 해보면?

짜잔, 이렇게 두개의 메모리 주소값이 같다. 이미 fisrtObject에서 생성되어 올라가있는 MySingleton을 secondObjcect도 사용하고 잇다. 이렇게 이미 올라간 메모리에 있는 객체를 지속적으로 여러번 사용하게 하는 것이 바로 싱글톤 패턴이다.

 

⚫️ 싱글톤 패턴 쓰는 이유

🔖 장점

이렇게 하나의 메모리에 있는 객체를 지속적으로 사용함으로써 가지는 장점은, 메모리 누수를 방지할 수 있다는 것이다.
또한 싱글톤으로 구현한 인스턴스는 '전역'이므로, 다른 클래스의 인스턴스들이 데이터를 공유할 수 있다는 것이 장점이다.

🔖 주로 언제 쓰나여?

주로 공통된 객체를 여러개 생성해서 같이 써야하는 경우에 사용한다. 예를들어.,, 하나의 Manager를 만들어놓는다거나? 이런경우.. DB에서는 스레드풀, 로그기록 객체 등에서 사용한다. 

 

⚫️ 싱글톤 패턴의 단점

싱글톤 인스턴스가 혼자 너무 많은 일을 하거나, 많은 양의 데이터를 공유시키면 다른 클래스들의 결합도가 높아진다. 이렇게 되게 되면 객체 지향 설계 원칙 중에 '개방 폐쇄 원칙 (Open Closed Principle, OCP)'를 위반하게 된다. 

OCP란 기존의 코드를 변경하지 않으면서 기능을 추가할 수 있도록 설계해야한다는 원칙이다. 고로, 확장에 대해서는 개방적이고, 수정에 대해서는 폐쇄적이어야 한다. 코드 사이의 결합도가 높아지게 되면, 유지보수가 힘들어지고, 테스트도 원활하게 진행해주기 쉽지 않다.

또한 멀티 스레드 환경에서 동기화 처리를 해주지 않았을 때, 인스턴스가 두개 이상 생성되는 문제도 발생할 수 있다. 따라서 싱글톤 패턴은 반드시 사용해야하는 상황이 아니면, 지양하는것이 좋다고 한다. 

 

✅ Singleton Pattern을 많이 사용하면, 앱 퍼포먼스에 영향을 주는가?

애플 디벨로퍼 아카데미에서는 애플 직원들과 많은 대화를 나눌 수 있다. (내가 영어를 못해서 적극적인 소통을 못했다는게 정말,, 인생의 한이다. 애플 본사 개발자들이랑 이야기해볼 수 있는 좋은 기회가 많았는데!)

음,, 거기서 나왔던 주제중 하나가 바로 이주제였다. 아직 싱글톤으로 앱을 개발해본 경험이 많지 않기 때문에 명확하게 이해는 안가지만, 일단 지금까지 이해한 바로는,,,

• cpu관점에서 볼 때, 싱글톤 패턴을 반복적으로 조회하는 매우 빈번한 call-site가 없는 한, 싱글톤 패턴이 앱 퍼포먼스에 문제가 될 수 있다. 이런 것은 앱이 실행되는 시간과 관련이 있을 것이다.
• 메모리 사용의 관점에서 싱글톤 패턴은 영원이 존재할 수 밖에 없다. 근데, 이 싱글톤들이 점점 커지면 당연히 문제가 될 수 있다.
• 메모리 그래프 디버거를 통해서 앱이 실행하고 있는 메모리들과, 싱글톤과 관련된 전역변수들을 모니터링해보는 것도 앱의 퍼포먼스를 살펴보는 것에 도움이 될 것이다.

라는 답변인데,,, 되게 명쾌한 해답이라고들 하는데 나는 사실 아직 잘 공감이 안된다. 
그냥, 어쨌든 싱글턴 패턴이 커지면 당연히 문제가 되는 부분인거고, 앱을 개발하고 메모리적인 관점에서 싱글톤패턴을 없앨 수 있는 존재는 아니니, 잘 모니터링하고 앱에 최적화시켜서 개발해라? 이런뜻으로 받아들였다. 

더 공부하고 다시 해당 답변을 살펴봐야지...  (해당 답변은 제 해석대로 , 생각대로 재구성한 답변입니다. 실제로 영어로 답변해주셨고,,, 원본 답변은 애플 아카데미 내부자료로 유출이 불가합니다 🫠)

 

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이렇게 싱글톤 패턴에 대해서 살펴봤다. 사실 아직 앱개발에 대한 경험이 많지 않은 터라, 잘 공감은 되지 않는다. 특히, 싱글톤 패턴으로 구현해보는 것도 중요하지만, 마지막 질문처럼 '앱 퍼포먼스에 어떻게 영향을 주는가'와 같은 질문들에 대해서 깊게 고민해볼 필요가 있을 것 같다.