[아이템 3] private 생성자나 열거 타입으로 싱글턴임을 보증하라

싱글턴은 오직 한 번만 인스턴스화 할 수 있는 클래스를 의미합니다. 함수나 시스템 컴포넌트와 같이 설계상 유일하게 존재해야 하는 경우에 사용됩니다. 그러나 이러한 싱글턴 클래스는 테스트하기 어렵다는 단점이 있습니다. 인터페이스를 정의하고 이를 구현하는 방식으로 싱글턴을 사용하면, 싱글턴 인스턴스를 가짜로 대체하는 것이 불가능해집니다.

싱글턴을 만드는 방식은 보통 둘 중 하나입니다. 두 방식 모두 생성자는 private으로 감춰두고, 유일한 인스턴스에 접근할 수 있는 수단ㅇ으로 public static 멤버를 하나 마련해둡니다.

public class Elvis {
    public static final Elvis INSTANCE = new Elvis();
    private Elvis() { ... }
    
    public void leaveTheBuilding() { ... }
}

private 생성자는 public static final 필드인 Elvis.Instance를 초기화할 때 한 번만 호출됩니다. public이나 protected 생성자가 없기 때문에 Elvis 클래스의 인스턴스는 시스템 전체에서 딱 하나만 존재함이 보장됩니다. 그렇기 때문에 클라이언트가 이를 수정하는 것은 불가능합니다. 예외적으로, 특정 권한을 가진 클라이언트는 리플렉션 API(아이템65)인 AccessibleObject.setAccessible을 통해 private 생성자를 호출할 수 있습니다. 이런 경우를 방어하기 위해 생성자에서 두 번째 객체 생성을 시도할 때 예외를 발생시키는 방법이 있습니다.

싱글턴을 만드는 두 번째 방법에서는 정적 팩토리 메서드를 public static 멤버로 제공합니다.

public class Elvis {
    private static final Elvis INSTANCE = new Elvis();
    private Elvis() { ... }
    public static Elvis getInstance() { return INSTANCE }
    
    public void leaveTheBuilding() { ... }
}

Elvis.getInstance 메서드는 항상 동일한 객체 참조를 반환하므로, 두 번째 Elvis 인스턴스는 절대 생성되지 않습니다(단, 리플렉션을 통한 예외는 존재합니다).

첫 번째 코드의 장점

1. public 필드 방식을 사용하면 클래스가 싱글턴임이 API에 분명히 나타납니다.
2. public static 필드는 final이기 때문에 다른 객체를 참조할 수 없습니다.
3. 이 방식은 간결합니다.

두 번째 코드의 장점

1. 싱글턴이 아닌 상태로 변경하고 싶다면 API를 변경하지 않아도 됩니다. 팩토리 메서드는 호출하는 스레드에 따라 다른 인스턴스를 반환할 수 있습니다.
2. 정적 팩토리를 제네릭 싱글턴 팩토리로 만들 수 있습니다.
3. 정적 팩토리의 메서드 참조를 공급자(Supplier)로 사용할 수 있습니다. 예를 들어, Elvis::getInstance를 Supplier<Elvis>로 사용할 수 있습니다.

만약 이러한 장점들이 필요하지 않다면, public 필드 방식이 더 간편합니다.

싱글턴 클래스를 직렬화하려면 Serializable을 구현하고 모든 인스턴스 필드를 transient로 선언하며, readResolve 메서드를 제공해야 합니다. 이를 생략하면, 직렬화된 인스턴스를 역직렬화할 때마다 새로운 인스턴스가 생성되므로, 가짜 Elvis 인스턴스가 생성될 수 있습니다. 이런 문제를 방지하기 위해 readResolve 메서드를 추가해야 합니다.

// 싱글턴임을 보장해주는 readResolve 메서드
private Object readResolve() {
    // 진짜 'Elvis를 반환하고, 가짜 Elvis는 가비지 컬렉터에 맡긴다.
    return INSTANCE;
}

싱글턴을 만드는 세 번째 방법은 원소가 하나인 열거 타입을 선언하는 것입니다.

public enum Elvis {
    INSTANCE
    
    public void leaveTheBuilding() { ... }
}

public 필드 방식과 비슷하지만 더 간결한 방법은, 원소가 하나뿐인 열거 타입(enum)을 사용하는 것입니다. 이 방법은 추가적인 노력 없이 객체를 직렬화할 수 있으며, 복잡한 직렬화 상황이나 리플렉션 공격에도 불구하고 두 번째 인스턴스 생성을 완벽히 막아줍니다. 조금 부자연스럽게 느껴질 수도 있지만, 대체로 이 방법이 싱글턴을 만드는 가장 좋은 방법입니다. 그러나 이 방법의 단점은, 만들고자 하는 싱글턴이 Enum 외의 다른 클래스를 상속해야 하는 경우에는 사용할 수 없다는 것입니다. 하지만 열거 타입은 다른 인터페이스를 구현하는 것은 가능합니다.