Chater01. 디자인 패턴과 프로그래밍 패러다임 - 디자인 패턴(1)

라이브러리 vs 프레임워크

라이브러리

공통으로 사용될 수 있는 특정한 기능들을 모듈화한 것을 의미한다. 폴더명, 파일명 등에 대한 규칙이 없고 프레임워크에 비해 자유롭다. 예를 들어 무언가를 자를 때 '도구'인 '가위'를 사용해서 '내가' 직접 컨트롤하여 자르는데, 라이브러리는 이와 비슷하다.

프레임워크

공통으로 사용될 수 있는 특정한 기능들을 모듈화한 것을 의미한다. 폴더명, 파일명 등에 대한 규칙이 있으며 라이브러리에 비해 좀 더 엄격하다. 다른 곳으로 이동할 때, '도구' 인 비행기를 타고 이동하지만 '비행기'가 컨트롤하고 나는 가만히 앚아 있는다 프레임워크는 이와 비슷하다.

 

1.1 디자인 패턴

디자인 패턴이란 프로그램을 설계할 때 발생했던 문제점들을 객체 간의 상호 관계 등을 이용하여 해결할 수 있도로고 하나의 '규약' 형태로 만들어 놓은 것을 의미한다.

 

1.1.1 싱글톤 패턴

싱글톤 패턴은 하나의 클래스에 오직 하나의 인스턴스만 가지는 패턴이다. 하나의 클래스를 기반으로 여러 개의 개별적인 인스턴스를 만들 수 있지만, 그렇게 하지 않고 하나의 클래스를 기반으로 단 하나의 인스턴스를 만들어 이를 기반으로 로직을 만드는데 쓰이며, 보통 데이터베이스 연결 모듈에 많이 사용한다.

하나의 인스턴스를 만들어 놓고 해당 인스턴스를 다른 모듈들이 공유하며 사용하기 때문에 인스턴스를 생성할 때 드는 비용이 줄어드는 장점이 있다. 하지만 의존성이 높아진다는 단점이 있다.

싱글톤 패턴의 단점

싱글톤 패턴은 TDD(Test Driven Development)를 할 때, 걸림돌이 된다. TDD를 할 때 단위 테스트를 주로 하는데, 단위 테스트는 테스트가 서로 독립적이어야 하며 테스트를 어떤 순서로든 실행할 수 있어야 한다.

하지만 싱글톤 패턴은 미리 생성된 하나의 인스턴스를 기반으로 구현하는 패턴이므로 각 테스트마다 '독립적인' 인스턴스를 만들기가 어렵다.

의존성 주입

싱글톤 패턴은 사용하기가 쉽고 굉장히 실용적이지만 모듈 간의 결합을 강하게 만들 수 있다는 단점이 있다. 이 때, 의존성 주입(DI)을 통해 모듈 간의 결합을 조금 더 느슨하게 만들어 해결할 수 있다.

참고로 의존성이란 종속성이라고도 하며 A가 B에 의존성이 있다는 것은 B의 변경 사항에 대해 A 또한 변해야 된다는 것을 의미한다.

메인 모듈이 직접 다른 하위 모듈에 대한 의존성을 주기보다는 중간에 의존성 주입자가 이 부분을 가로채 메인 모듈이 간접적으로 의존성을 주입하는 방식이다. 이를 통해 메인 모듈은 하위 모듈에 대한 의존성이 떨어지게 된다.

의존성 주입의 장점

모듈들을 쉽게 교체할 수 있는 구조가 되어 테스팅하기 쉽고 마이그레이션하기도 수월하다. 또한, 구현할 때, 추상화 레이어를 넣고 이를 기반으로 구현체를 넣어 주기 때문에 애플리케이션 의존성 방향이 일관되고, 애플리케이션을 쉽게 추론할 수 있으며, 모듈 간의 관계들이 조금 더 명확해진다.

의존성 주입의 단점

모듈들이 더욱더 분리되므로 클래스 수가 늘어나 복잡성이 증가될 수 있으며 약간의 런타임 패널티가 생기기도 함.

의존성 주입 원칙

"상위 모듈은 하위 모듈에서 어떠한 것도 가져오지 않아야 한다. 또, 둘 다 추상화에 의존해야 하며, 이때 추상화는 세부 사항에 의존하지 말아야 한다."

 

1.1.2 팩토리 패턴

팩토리 패턴은 객체를 사용하는 코드에서 객체 생성 부분을 떼어내 추상화한 패턴이자 상속 관계에 있는 두 클래스에서 상위 클래스가 중요한 뼈대를 결정하고, 하위 클래스에서 객체 생성에 관한 구체적인 내용을 결정하는 패턴이다.

상위 클래스와 하위 클래스가 분리되기 때문에 느슨한 결합을 가지며 상위 크래스에서는 인스턴스 생성 방식에 대해 전혀 알 필요가 없기 때문에 더 많은 유연성을 갖게 된다. 그리고 객체 생성 로직이 따로 떼어져 있기 때문에 코드를 리팩토링하더라도 한 곳만 고칠 수 있게 되니 유지 보수성이 증가된다.

package ch1;

public class FactoryPattern {
    abstract class Coffee{
        public abstract int getPrice();

        @Override
        public String toString(){
            return "Hi this coffee is " + this.getPrice();
        }
    }
    class CoffeeFactory {
        public Coffee getCoffee(String type, int price) {
            if("Latte".equalsIgnoreCase(type))
                return new Latte(price);
            else if("Americano".equalsIgnoreCase(type))
                return  new Americano(price);
            else
                return new DefaultCoffee();
        }
    }
    class DefaultCoffee extends Coffee {
        private int price;

        public DefaultCoffee(){
            this.price = -1;
        }

        @Override
        public int getPrice() {
            return this.price;
        }
    }

    class Latte extends Coffee {
        private int price;

        public Latte(int price){
            this.price = price;
        }

        @Override
        public int getPrice() {
            return this.price;
        }

    }

    class Americano extends Coffee {
        private int price;

        public Americano(int price){
            this.price = price;
        }

        @Override
        public int getPrice() {
            return this.price;
        }
    }
    /**
     * CoffeeFactory라는 상위 클래스가 중요한 뼈대를 결정하고 하위 클래스인 LatteFactory가 구체적인 내용을 결정하고 있다.
     * 참고로 이는 의존성 주입이라고도 볼 수 있다.
     * CoffeeFactory에서 LatteFactory의 인스턴스를 생성하는 것이 아닌 LatteFactory에서 생성한 인스턴스를 CoffeeFactory에 주입하고 있기 때문이다.
     * 또한, CoffeeFactory 클래스를 보면 static 키워드를 통해 createCoffee() 메서드를 정적 메서드로 선언한 것을 볼 수 있는데,
     * 이렇게 정적 메서드로 정으;히면 클래스를 기반으로 객체를 만들지 않고 호출이 가능하며,
     * 해당 메서드에 대한 메모리 할당을 한 번만 할 수 있다는 장점이 있다.
     */
}

 

1.1.3 전략 패턴

전략 패턴은 정책 패턴이라고도 하며, 객체의 행위를 바꾸고 싶은 경우 '직접' 수정하지 않고, 전략이라고 부르는 '캡슐화한 알고리즘'을 컨텐스트 안에서 바꿔주면서 상호 교체가 가능하게 만드는 패턴이다.

 

1.1.4 옵저버 패턴

옵저버 패턴은 주체가 어떤 객체의 상태 변화를 관찰하다가 상태 변화가 있을 때마다 메서드 등을 통해 옵저버 목록에 있는 옵저버들에게 변화를 알려주는 디자인 패턴이다. 

여기서 주체란 객체의 상태 변화를 보고 있는 관찰자이며, 옵저버들이란 이 객체의 상태 변화에 따라 전달되는 메서드 등을 기반으로 '추가 변화 사항'이 생기는 객체들을 의미한다.

또한, 주체와 객체를 따로 두지 않고 상태가 변경되는 객체를 기반으로 구축하기도 한다.

ex) 내가 어떤 사람인 주체를 팔로우했다면 주체가 포스팅을 올리게 되면 알림이 팔로워에게 감

또한, 옵저버 패턴은 주로 이벤트 기반 시스템에 사용하며 MVC(Model-View-Controller) 패턴에도 사용한다.

예를 들어 주체라고 볼 수 있는 모델에서 변경 사항이 생겨 update() 메서드로 옵저버인 뷰에 알려주고 이를 기반으로 컨트롤러(controller) 등이 작동하는 것이다.

public class ObserverPattern {
    interface Subject {
        public void register(Observer obj);
        public void unregister(Observer obj);
        public void notifyObserver();
        public Object getUpdate(Observer obj);
    }

    interface Observer {
        public void update();
    }

    class Topic implements Subject {
        private List<Observer> observers;
        private String message;

        public Topic(){
            this.observers = new ArrayList<>();
            this.message = "";
        }

        @Override
        public void register(Observer obj) {
            if(!observers.contains(obj)) observers.add(obj);
        }

        @Override
        public void unregister(Observer obj) {
            observers.remove(obj);
        }

        @Override
        public void notifyObserver() {
            this.observers.forEach(Observer::update);
        }

        @Override
        public Object getUpdate(Observer obj) {
            return this.message;
        }

        public void postMessage(String msg) {
            System.out.println("Message sended to Topic: " + msg);
            this.message = msg;
            notifyObserver();
        }
    }
    class TopicSubscriber implements Observer{
        private String name;
        private Subject topic;

        public TopicSubscriber(String name, Subject topic){
            this.name = name;
            this.topic = topic;
        }

        @Override
        public void update() {
            String msg = (String) topic.getUpdate(this);
            System.out.println(name + ":: got message >> " + msg);
        }
    }

    /**
     * topic을 기반으로 옵저버 패턴을 구현
     * 여기서 topic은 주체이자 객체
     * class Topic implements Subject를 통해 Subject interface 를 구현했고 Observer a = new TopicSubscriber("a", topic);으로
     * 옵저버를 선언할 때 해당 이름과 어떠한 토픽의 옵저버가 될 것인지 정했다.
     */
}

자바 : 상속과 구현

상속

상속(extends)은 자식 클래스가 부모 클래스의 메서드 등을 상속받아 사용하며 자식 클래스에서 추가 및 확장을 할 수 있는 것을 말한다. 이로 인해 재사용성, 중복성의 최소화가 이루어진다.

구현

구현(implements)은 부모 인터페이스(interface)를 자식 클래스에서 재정의하여 구현하는 것을 말하며, 상속과는 달리 반드시 부모 클래스의 메서드를 재정의하여 구현해야 한다.

상속과 구현의 차이

상속은 일반 클래스, abstract 클래슬ㄹ 기반으로 구현하며, 구현은 인터페이스를 기반으로 구현한다.

 

 

참고 자료 : 면접을 위한 CS 전공지식 노트(주홍철 지음)