[정보처리기사 필기] 애플리케이션 설계 - 023. 디자인 패턴

1. 디자인 패턴 Design Pattern의 개요

각 모듈의 세분화된 역할이나 모듈들 간의 인터페이스와 같은 코드를 작성하는 수준의 세부적인 구현 방안을 설계할 때 참조할 수 있는 전형적인 해결 방식 또는 예제를 의미

• 디자인 패턴 구성 : 문제 및 배경, 실제 적용된 사례, 재사용이 가능한 샘플 코드 등
• 개발 과정 중에 문제가 발생하면 새로 해결책을 구상하는 것보다 문제에 해당하는 디자인 패턴을 참고하여 적용하는 것이 더 효율적
• 한 패턴에 변형을 가하거나 특정 요구사항을 반영하면 유사한 형태의 다른 패턴으로 변화되는 특징이 있음
• GoF의 디자인 패턴
  • 수많은 디자인 패턴들 중 가장 일반적인 사례에 적용될 수 있는 패턴들을 분류하여 정리
  • 유형에 따라 생성 패턴 5개, 구조 패턴 7개, 행위 패턴 11개로 구성

2. 디자인 패턴 사용의 장단점

• 장점
  • 범용적인 코딩 스타일로 인해 구조 파악이 용이
  • 객체지향 설계 및 구현의 생산성을 높이는데 적합
  • 검증된 구조의 재사용을 통해 개발 시간과 비용이 절약
  • 개발자 간의 원활한 의사소통이 가능
  • 설계 변경 요청에 대한 유연한 대처가 가능
• 단점
  • 초기 투자 비용의 부담
  • 객체지향을 기반으로 한 설계와 구현을 다루므로 다른 기반의 애플리케이션 개발에는 적합하지 않음

3. 생성 패턴 Creational Pattern

• 객체의 생성과 관련된 패턴
• 객체의 생성과 참조 과정을 캡슐화하여 객체가 생성되거나 변경되어도 프로그램의 구조에 영향을 크게 받지 않도록 하여 프로그램에 유연성을 더함
• 생성 패턴의 종류
  • 추상 팩토리 Abstract Factory
    • 구체적인 클래스에 의존하지 않고, 인터페이스를 통해 서로 연관, 의존하는 객체들의 그룹으로 생성하여 추상적으로 표현
    • 연관된 서브 클래스를 묶어 한 번에 교체하는 것이 가능
  • 빌더 Builder
    • 작게 분리된 인스턴스를 건축하듯 조합하여 객체를 생성
    • 객체의 생성 과정과 표현 방법을 분리하고 있어, 동일한 객체 생성에서도 서로 다른 결과를 만들어 낼 수 있음
  • 팩토리 메소드 Factory Method
    • 객체 생성을 서브 클래스에서 처리하도록 분리하여 캡슐화한 패턴
    • 상위 클래스에서 인터페이스만 정의하고 실제 생성은 서브 클래스가 담당
    • 가상 생성자 패턴
  • 프로토타입 Prototype
    • 원본 객체를 복제하는 방법
    • 객체를 생성하는 패턴
    • 일반적인 방법으로 객체를 생성, 비용이 큰 경우 주로 이용
  • 싱글톤 Singleton
    • 하나의 객체를 생성하면 생성된 객체를 어디서든 참조할 수 있지만, 여러 프로세스가 동시에 참조할 수 없음
    • 클래스 내에서 인스턴스가 하나뿐임을 보장, 불필요한 메모리 낭비를 최소화할 수 있음

4. 구조 패턴 Structural Pattern

• 클래스나 객체들을 조합하여 더 큰 구조로 만들 수 있게 해주는 패턴
• 구조가 복잡한 시스템을 개발하기 쉽게 도움
• 구조 패턴의 종류
  • 어댑터 Adapter
    • 호환성이 없는 클래스의 인터페이스를 다른 클래스가 이용할 수 있도록 변환해주는 패턴
    • 기존의 클래스를 이용하고 싶지만 인터페이스가 일치하지 않을 때 이용
  • 브리지 Bridge
    • 구현부에서 추상층을 분리, 서로가 독립적으로 확장할 수 있도록 구성한 패턴
    • 기능과 구현을 두 개의 별도 클래스로 구현
  • 컴포지트 Composite
    • 여러 객체를 가진 복합 객체와 단일 객체를 구분없이 다루고자 할 때 사용하는 패턴
    • 객체들을 트리 구조로 구성하여 디렉터리 안에 디렉터리가 있듯이 복합 객체 안에 복합 객체가 포함되는 구조를 구현할 수 있음
  • 데코레이터 Decorator
    • 객체 간의 결합을 통해 능동적으로 기능을 확장할 수 있는 패턴
    • 임의의 객체에 부가적인 기능을 추가하기 위해 다른 객체들을 덧붙이는 방식으로 구현
  • 퍼싸드 Facade
    • 복잡한 서브 클래스들을 피해 더 상위에 인터페이스를 구성, 서브 클래스들의 기능을 간편하게 사용할 수 있도록 하는 패턴
    • 서브 클래스들 사이의 통합 인터페이스를 제공하는 Wrapper 객체가 필요
  • 플라이웨이트 Flyweight
    • 인스턴스가 필요할 때마다 매번 생성하는 것이 아닌, 가능한 공유해서 사용함으로써 메모리를 절약하는 패턴
    • 다수의 유사 객체를 생성하거나 조작할 때 유용
  • 프록시 Proxy
    • 접근이 어려운 객체와 여기에 연결하려는 객체 사이에서 인터페이스 역할을 수행하는 패턴
    • 네트워크 연결, 메모리의 대용량 객체로의 접근 등에 주로 이용

5. 행위 패턴 Behavaioral Pattern

• 클래스나 객체들이 서로 상호작용하는 방법이나 책임 분배 방법을 정의하는 패턴
• 하나의 객체로 수행할 수 없는 작업을 여러 객체로 분배하면서 결합도를 최소화 할 수 있도록 도와줌
• 행위 패턴의 종류
  • 책임 연쇄 Chain of Responsibility
    • 요청을 처리할 수 있는 객체가 둘 이상 존재하여 한 객체가 처리하지 못하면 다음 객체로 넘어가는 형태의 패턴
    • 요청을 처리할 수 있는 각 객체들이 고리 Chain로 묶여 요청이 해결될 대까지 고리를 따라 책임이 넘어감
  • 커맨드 Command
    • 요청을 객체의 형태로 캡슐화하여 재이용하거나 취소할 수 있도록 요청에 필요한 정보를 저장하거나 로그에 남기는 패턴
    • 요청에 사용되는 각종 명령어들을 추상 클래스와 구체 클래스로 분리하여 단순화
      • 추상 클래스 : 구체 클래스에서 구현하려는 기능들의 공통점만을 모아 추상화한 클래스, 인스턴스 생성이 불가능, 구체 클래스가 추상 클래스를 상속받아 구체화한 후 구체 클래스의 인스턴스를 생성하는 방식으로 사용
      • 구체 클래스 : 인스턴스 생성이 가능한 일반적인 클래스, 구현 클래스, 구상 클래스
  • 인터프리터 Interpreter
    • 언어에 문법 표현을 정의하는 패턴
    • SQL이나 통신 프로토콜과 같은 것을 개발할 때 사용
  • 반복자 Iterator
    • 자료 구조와 같이 접근이 잦은 객체에 대해 동일한 인터페이스를 사용하도록 하는 패턴
    • 내부의 표현 방법의 노출 없이 순차적인 접근이 가능
  • 중재자 Mediator
    • 수많은 객체들 간의 복잡한 상호작용Interface을 캡슐화하여 객체로 정의하는 패턴
    • 객체 사이의 의존성을 줄여 결합도 감소 가능
    • 객체 간의 통제와 지시의 역할을 수행
  • 메멘토 Memento
    • 특정 시점에서의 객체 내부 상태를 객체화함으로써 이후 요청에 따라 객체를 해당 시점의 상태로 돌릴 수 있는 기능을 제공하는 패턴
    • Ctrl + Z 와 같은 되돌리기 기능을 개발할 때 주로 이용
  • 옵서버 Observer
    • 한 객체의 상태가 변화하면 객체에 상속되어 있는 다른 객체들에게 변화된 상태를 전달하는 패턴
    • 주로 분산된 시스템 간에 이벤트를 생성, 발행하고 이를 수신해야할 때 이용
  • 상태 State
    • 객체의 상태에 따라 동일한 동작을 다르게 처리해야 할 때 사용하는 패턴
    • 객체 상태를 캡슐화하고 이를 참조하는 방식으로 처리
  • 전략 Strategy
    • 동일한 계열의 알고리즘을 개별적으로 캡슐화하여 상호교환할 수 있게 정의하는 패턴
    • 클라이언트는 독립적으로 원하는 알고리즘을 선택하여 사용할 수 있으며, 클라이언트에 영향 없이 알고리즘의 변경 가능
  • 템플릿 메소드 Template Method
    • 상위 클래스에서 골격을 정의, 하위 클래스에서 세부 처리를 구체화하는 구조의 패턴
    • 유사한 서브 클래스를 묶어 공통된 내용을 상위 클래스에서 정의함으로써 코드의 양을 줄이고 유지보수를 용이하게 해줌
  • 방문자 Visitor
    • 각 클래스들의 데이터 구조에서 처리 기능을 분리하여 별도의 클래스로 구성하는 패턴
    • 분리된 처리 기능은 각 클래스를 방문하여 수행