👨‍💻 [Go] Go 에서 Singleton 디자인 패턴은 어떻게 설계할 수 있나요?

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👨‍💻 안녕하세요, 윌리 프로젝트의 윌리 입니다.

Go 에서 Singleton 디자인 패턴은 어떻게 설계할 수 있는지 간략히 알아보았습니다.

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질문 >

Go 에서 Singleton 디자인 패턴은 어떻게 설계할 수 있나요?

답변 >

Singleton 디자인 패턴은 애플리케이션에서 단일 인스턴스만 존재하도록 보장하며, 해당 인스턴스에 대한 글로벌 접근점을 제공합니다. Go 언어는 동시성을 지원하므로 Singleton 설계에서 스레드 안전성을 고려해야 합니다. Go에서 Singleton을 구현하는 다양한 방법을 소개합니다.

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1. 기본 Singleton (스레드 안전성 없음)

아래 코드는 Singleton의 기본적인 형태입니다. 하지만 여러 고루틴이 동시에 접근할 경우, 예상치 못한 동작이 발생할 수 있습니다.

package singleton

type Singleton struct {
    // 구조체 필드 정의
}

var instance *Singleton

// GetInstance는 Singleton 인스턴스를 반환합니다.
func GetInstance() *Singleton {
    if instance == nil {
        instance = &Singleton{}
    }
    return instance
}

문제점:

• 여러 고루틴이 GetInstance를 동시에 호출하면 경쟁 상태(race condition)가 발생할 수 있습니다.

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2. 스레드 안전한 Singleton (sync.Once 사용)

Go에서는 sync.Once를 사용해 스레드 안전한 Singleton을 간단히 구현할 수 있습니다. sync.Once는 초기화 코드가 정확히 한 번만 실행되도록 보장합니다.

package singleton

import "sync"

type Singleton struct {
    // 구조체 필드 정의
}

var (
    instance *Singleton
    once     sync.Once
)

// GetInstance는 Singleton의 인스턴스를 반환합니다.
func GetInstance() *Singleton {
    once.Do(func() {
        instance = &Singleton{}
    })
    return instance
}

장점:

• 스레드 안전성을 보장.
• 초기화가 필요할 때만 실행되는 지연 초기화(lazy initialization).

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3. 스레드 안전한 Singleton (Mutex 사용)

sync.Mutex를 사용하여 직접 스레드 안전성을 구현할 수도 있습니다.

package singleton

import "sync"

type Singleton struct {
    // 구조체 필드 정의
}

var (
    instance *Singleton
    mu       sync.Mutex
)

// GetInstance는 Singleton의 인스턴스를 반환합니다.
func GetInstance() *Singleton {
    mu.Lock()
    defer mu.Unlock()
    if instance == nil {
        instance = &Singleton{}
    }
    return instance
}

장점:

• 스레드 안전성을 보장.
• sync.Once보다 직접적인 컨트롤 가능.

단점:

• sync.Once를 사용할 때보다 코드가 다소 복잡.
• 성능 면에서 약간의 오버헤드 발생.

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4. 초기화 시 Singleton 생성 (Eager Initialization)

프로그램 시작 시 Singleton 인스턴스를 미리 생성하는 방식입니다.

package singleton

type Singleton struct {
    // 구조체 필드 정의
}

var instance = &Singleton{}

// GetInstance는 Singleton의 인스턴스를 반환합니다.
func GetInstance() *Singleton {
    return instance
}

장점:

• 구현이 간단하고 스레드 안전성 문제가 없음.
• 초기화 코드가 필요 없으므로 실행 속도가 빠름.

단점:

• Singleton이 필요하지 않은 경우에도 메모리를 사용.

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5. 예제: Singleton을 활용한 설정 관리

아래는 Singleton 패턴을 활용해 애플리케이션 설정을 관리하는 예제입니다.

설정 구조체

package config

import (
    "sync"
)

type Config struct {
    AppName string
    Port    int
}

var (
    instance *Config
    once     sync.Once
)

// GetConfig는 Config의 단일 인스턴스를 반환합니다.
func GetConfig() *Config {
    once.Do(func() {
        instance = &Config{
            AppName: "MyApp",
            Port:    8080,
        }
    })
    return instance
}

사용

package main

import (
    "fmt"
    "myproject/config"
)

func main() {
    cfg := config.GetConfig()
    fmt.Printf("App: %s, Port: %d\\n", cfg.AppName, cfg.Port)
}

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6. 선택 기준

방법	장점	단점
기본 Singleton	간단한 구현	스레드 안전성 없음
sync.Once 사용	간단하고 스레드 안전성 보장	약간의 초기화 오버헤드
sync.Mutex 사용	스레드 안전성 보장, 직접 컨트롤 가능	코드 복잡성 증가, 성능 약간 저하
초기화 시 Singleton 생성	구현이 간단하고 스레드 안전성 보장	메모리 사용 비효율적 (미사용 시 낭비)

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7. 결론

• 대부분의 경우, sync.Once를 사용하는 방식이 가장 권장됩니다. 이는 간단하고 안전하며 효율적입니다.
• 초기화 시 Singleton을 생성하는 방식은 단순하고 스레드 안전한 대안으로 사용할 수 있습니다.
• 애플리케이션의 요구 사항에 따라 적합한 방법을 선택하세요.

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