Python - 싱글턴(Singleton) 패턴, 3가지 방법

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파이썬에서 사용하는 3가지 유형의 싱글턴 패턴을 정리하였습니다.

1. 클래스의 __new__()를 이용한 방법

클래스 생성 시, __new__()가 호출되는데, 이 때 instance가 생성되지 않았으면 생성하고, 생성되어있으면 생성된 객체를 리턴하도록 하여 싱글턴을 구현할 수 있습니다.

아래 예제를 보면, SingletonClass()처럼 객체를 생성할 수 있지만, 객체의 주소 값을 보면 모두 같은 객체가 리턴됩니다. 또한, 어떤 객체에 설정한 값이 다른 객체에도 공유되는 것을 볼 수 있습니다.

class SingletonClass(object):
    def __new__(cls):
        if not hasattr(cls, 'instance'):
            cls.instance = super(SingletonClass, cls).__new__(cls)
        return cls.instance


singleton1 = SingletonClass()
singleton1.my_variable = "my variable"
print(singleton1)
print(singleton1.my_variable)

singleton2 = SingletonClass()
print(singleton2)
print(singleton2.my_variable)

Output:

<__main__.SingletonClass object at 0x7f3de899bca0>
my variable
<__main__.SingletonClass object at 0x7f3de899bca0>
my variable

2. 클래스의 메소드를 이용한 방법

클래스 생성자로 객체 생성 시, __init__()에서 생성을 못하도록 막고, SingletonClass.instance()와 같은 함수로만 객체를 생성하도록 만들 수 있습니다.

instance() 함수에서 이전에 객체가 생성되지 않았으면 객체를 생성하고, 생성되었으면 생성된 객체를 리턴하도록 하여 싱글턴을 구현할 수 있습니다.

아래 코드의 실행 결과를 보시면, 모두 같은 객체가 리턴되어 주소 값이 모두 같습니다.

class SingletonClass(object):
    _instance = None

    def __init__(self):
        raise RuntimeError('Call instance() instead')

    @classmethod
    def instance(cls):
        if cls._instance is None:
            print('Creating new instance')
            cls._instance = cls.__new__(cls)
        return cls._instance


singleton1 = SingletonClass.instance()
singleton1.my_variable = "my variable"
print(singleton1)
print(singleton1.my_variable)

singleton2 = SingletonClass.instance()
print(singleton2)
print(singleton2.my_variable)

Output:

Creating new instance
<__main__.SingletonClass object at 0x7f630cd08ca0>
my variable
<__main__.SingletonClass object at 0x7f630cd08ca0>
my variable

만약 아래와 같이 생성자로 직접 객체를 생성하려고 시도하면, 아래와 같은 에러가 발생합니다.

singleton1 = SingletonClass()

Output:

Traceback (most recent call last):
  File "/home/js/IdeaProjects/python-ex/ex2.py", line 15, in <module>
    singleton1 = SingletonClass()
  File "/home/js/IdeaProjects/python-ex/ex2.py", line 5, in __init__
    raise RuntimeError('Call instance() instead')
RuntimeError: Call instance() instead

3. 모토스테이트 싱글턴(Borg Singleton)

보그 싱글턴은 모토스테이트 싱글턴으로, 클래스의 객체가 1개만 생성되도록 관리하는 패턴은 아닙니다. 대신, 1개 이상의 객체가 모두 같은 데이터를 공유합니다.

싱글턴을 사용하는 목적이 state를 공유이기 때문에, state만 공유되면 객체의 개수가 중요하지 않다는 개념으로 만들어진 패턴입니다.

아래 코드는 일반 클래스처럼 생성자를 호출할 때마다 다른 객체를 생성합니다. 클래스는 클래스의 속성 정보를 저장하는 __dict__ 변수가 있는데, 여기에 클래스 변수인 shared_state를 설정하여 모든 클래스가 같은 속성 정보를 공유하도록 만들었습니다.

아래와 같이 객체를 생성하고 속성을 추가하면, 다른 객체에서도 같은 변수와 값을 공유할 수 있습니다.

class BorgSingleton(object):
    shared_state = {}

    def __init__(self):
        self.__dict__ = self.shared_state


singleton1 = BorgSingleton()
singleton1.my_var = 2
singleton1.my_str = "aaa"

print(singleton1)
print(singleton1.my_var)
print(singleton1.my_str)

singleton2 = BorgSingleton()
print(singleton2)
print(singleton2.my_var)
print(singleton2.my_str)

Output:

<__main__.BorgSingleton object at 0x7f87c5a30e50>
2
aaa
<__main__.BorgSingleton object at 0x7f87c5a30fd0>
2
aaa
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