23. 디자인 패턴

디자인 패턴(Design Pattern)의 개요

• 디자인 패턴은 각 모듈의 세분화된 역할이나 모듈들 간의 인터페이스와 같은 코드를 작성하는 수준의 세부적인 구현 방안을 설계할 때 참조할 수 있는 전형적인 해결 방식 또는 예제를 의미한다.
• 디자인 패턴은 문제 및 배경. 실제 적용된 사례, 재사용이 가능한 샘플 코드 등으로 구성되어 있다.
• '바퀴를 다시 발명하지 마라(Don't reinvent the wheel)"라는 말과 같이, 개발 과정 중에 문제가 발생하면 새로 해결책을 구상하는 것보다 문제에 해당하는 디자인 패턴을 참고하여 적용하는 것이 더 효율적이다.
• 디자인 패턴은 한 패턴에 변형을 가하거나 특정 요구사항을 반영하면 유사한 형태의 다른 패턴으로 변화되는 특징이 있다.
• 디자인 패턴은 1995년 GoF(Gang of Four)라고 불리는 에릭 감마(Erich Gamma), 리차드 헬름(Richard Helm), 랄프 존슨(Ralph Johnson), 존 블리시디스(John Vlisides)가 처음으로 구체화 및 체계화하였다.
• GoF의 디자인 패턴은 수많은 디자인 패턴들 중 가장 일반적인 사례에 적용될 수 있는 패턴들을 분류하여 정리함으로써, 지금까지도 소프트웨어 공학이나 현업에서 가장 많이 사용되는 자인 패턴이다.
• GoF의 디자인 패턴은 유형에 따라 생성 패턴 5개, 구조 패턴 7개, 행위 패턴 11개 총 23개의 패턴으로 구성된다.

• 아키텍처 패턴 vs 디자인 패턴

  • 아키텍처 패턴과 디자인 패턴은 모두 소프트웨어 설계를 위한 참조 모델이지만 다음과 같은 차이가 있습니다.
  • 아키텍처 패턴은 디자인 패턴보다 상위 수준의 설계에 사용됩니다.
  • 아키텍처 패턴이 전체 시스템의 구조를 설계하기 위한 참조 모델이라면, 디자인 패턴은 서브시스템에 속하는 컴포넌트들과 그 관계를 설계하기 위한 참조 모델입니다.
  • 몇몇 디자인 패턴은 특정 아키텍처 패턴을 구현하는데 유용하게 사용됩니다.

디자인 패턴 사용의 장·단점

• 범용적인 코딩 스타일로 인해 구조 파악이 용이하다.
• 객체지향설계 및 구현의 생산성을 높이는 데 적합하다.
• 검증된 구조의 재사용을 통해 개발 시간과 비용이 절약된다
• 초기 투자 비용이 부담될 수 있다.
• 개발자 간의 원활한 의사소통이 가능하다.
• 설계 변경 요청에 대한 유연한 대처가 가능하다.
• 객체지향을 기반으로 한 설계와 구현을 다루므로 다른 기반의 애플리케이션 개발에는 적합하지 않다.

생성 패턴(Creational Pattern)

• 생성 패턴은 객체의 생성과 참조 과정을 캡슐화 하여 객체가 생성되거나 변경되어도 프로그램의 구조에 영향을 크게 받지 않도록 하여 프로그램에 유연성을 더해준다.

추상 팩토리(Abstract Factory)	- 구체적인 글래스에 의존하지 않고, 인터페이스를 통해 서로 연관 의존하는 객체들의 그룹으로 생성하여 추상적으로 표현한다. - 연관된 서브 클래스를 묶어 한번에 교체하는 것이 가능하다.
빌더(Builder)	- 작게 분리된 인스턴스를 건축하듯이 조합하여 객체를 생성한다. - 객체의 생성 과정과 표현 방법을 분리하고 있어 동일한 객체 생성에서도 서로 다른 결과를 만들어 낼 수 있다.
팩토리 메소드(Factory Method)	- 객체 생성을 서브 클래스에서 처리하도록 분리하여 캡슐화한 패턴이다. - 상위 클래스에서 인터페이스만 정의하고 실제 생성은 서브 클래스가 담당한다. - 가상 생성자(Virtual Constructor) 패턴이라고도 한다.
프로토타입(Prototype)	- 원본 객체를 복제하는 방법으로 객체를 생성하는 패턴이다. - 일반적인 방법으로 객체를 생성하며, 비용이 큰 경우 주로 이용한다.
싱글톤(Singleton)	- 하나의 객체를 생성하면 생성된 객체를 어디서든 참조할 수 있지만, 여러 프로세스가 동시에 참조할수는 없다. - 클래스 내에서 인스턴스가 하나뿐임을 보장하며, 불필요한 메모리 낭비를 최소화 할 수 있다.

구조 패턴(Structural Pattern)

• 구조 패턴은 클래스나 객체들을 조합하여 더 큰 구조로 만들 수 있게 해주는 패턴으로 총 7개의 패턴이 있다.
• 구조 패턴은 구조가 복잡한 시스템을 개발하기 쉽게 도와준다.

어댑터(Adapter)	- 호환성이 없는 클래스들의 인터페이스를 다른 클래스가 이용할 수 있도록 변환해주는 패턴이다. - 기존의 클래스를 이용하고 싶지만 인터페이스가 일치하지 않을 때 이용한다.
브리지(Bridge)	- 구현부에서 추상층을 분리하여 서로가 독립적으로 확장할 수 있도록 구성한 패턴이다. - 기능과 구현을 두 개의 별도 클래스로 구현한다.
컴포지트(Composite)	- 여러 객체를 가진 복합 객체와 단일 객체를 구분 없이 다루고자 할 때 사용하는 패턴이다. - 객체들을 트리 구조로 구성하여 디렉터리 안에 디렉터리가 있듯이 복합 객체 안에 복합 객체가 포함되는 구조를 구현할 수 있다.
데코레이터(Decorator)	- 객체간의 결합을 통해 능동적으로 기능들을 확장할 수 있는 패턴이다. - 임의의 객체에 부가적인 기능을 추가하기 위해 다른 객체들을 덧붙이는 방식으로 구현한다.
퍼싸드(Facade)	- 복잡한 서브 클래스들을 피해 더 상위에 인터페이스를 구성함으로써 서브 클래스들의 기능을 간편하게 사용할 수 있도록 하는 패턴이다. - 서브 클래스들 사이의 통합 인터페이스를 제공하는 Wrapper 객체가 필요하다.
플라이웨이트 (Flyweight)	- 인스턴스가 필요할 때마다 매번 생성하는 것이 아니고 가능한 한 공유해서 사용함으로써 메모리를 절약하는 패턴이다. - 다수의 유사 객체를 생성하거나 조직할 때 유용하게 사용할 수 있다.
프록시(Proxy)	- 접근이 어려운 객체와 여기에 연결하려는 객체 사이에서 인터페이스 역할을 수 행하는 패턴이다. - 네트워크 연결, 메모리의 대용량 객체로의 접근 등에 주로 이용한다.

행위 패턴(Behavioral Pattern)

• 행위 패턴은 클래스나 객체들이 서로 상호작용하는 방법이나 책임 분배 방법을 정의하는 패턴으로 총 11개의 패턴이 있다.
• 행위 패턴은 하나의 객체로 수행할 수 없는 작업을 여러 객체로 분배하면서 결합도를 최소화 할 수 있도록 도와준다.

책임 연쇄(Chain of Responsibility)	•요청을 처리할 수 있는 객체가 둘 이상 존재하여 한 객체가 처리하지 못하면 다음 객체로 넘어가는 형태의 패턴이다. - 요청을 처리할 수 있는 각 객체들이 고리(Chain)로 묶여 있어 요청이 해결될 때까지 고리를 따라 책임이 넘어간다.
커맨드(Command)	- 요청을 객체의 형태로 캡슐화하여 재이용하거나 취소할 수 있도록 요청에 필요한 정보를 저장하거나 로그에 남기는 패턴이다. - 요청에 사용되는 각종 명령어들을 추상 클래스와 구체 클래스로 분리하여 단순화한다.
인터프리터(Interpreter)	- 언어에 문법 표현을 정의하는 패턴이다. - SQL이나 통신 프로토콜과 같은 것을 개발할 때 사용한다.
반복자(Herator)	- 자료구조와 같이 접근이 잦은 객체에 대해 동일한 인터페이스를 사용하도록 하는 패턴이다. - 내부 표현 방법의 노출 없이 순차적인 접근이 가능하다.
중재자(Mediator)	- 수많은 객체들 간의 복잡한 상호작용(Interface)을 캡슐화하여 객체로 정의하는 패턴이다. - 객체 사이의 의존성을 줄여 결합도를 감소시킬 수 있다. - 중재자는 객체 간의 통제와 지시의 역할을 수행한다.
메멘토(Memento)	- 특정 시점에서의 객체 내부 상태를 객체화함으로써 이후 요청에 따라 객체를 해당 시점의 상태로 돌릴 수 있는 기능을 제공하는 패턴이다. - [ctrl + Z]와 같은 되돌리기 기능을 개발할 때 주로 이용한다.
옵서버(Observer)	- 한 객체의 상태가 변화하면 객체에 상속되어 있는 다른 객체들에게 변화된 상태를 전달하는 패턴이다. - 주로 분산된 시스템 간에 이벤트를 생성·발행(Publish)하고 이를 수신(Subscribe)해야 할 때 이용한다.
상태(State)	- 객체의 상태에 따라 동일한 동작을 다르게 처리해야 할 때 사용하는 패턴이다. - 객체 상태를 캡슐화하고 이를 참조하는 방식으로 처리한다.
전략(Strategy)	- 동일한 계열의 알고리즘들을 개별적으로 캡슐화하여 상호 교환할 수 있게 정의하는 패턴이다. - 클라이언트는 독립적으로 원하는 알고리즘을 선택하여 사용할 수 있으며, 클라이언트에 영향 없이 알고리즘의 변경이 가능하다.
템플릿 메소드(Template Method)	- 상위 클래스에서 골격을 정의하고, 하위 클래스에서 세부 처리를 구체화하는 구조의 패턴이다. - 유사한 서브 클래스를 묶어 공통된 내용을 상위 클래스에서 정의함으로써 코드의 양을 줄이고 유지보수를 용이하게 해준다.
방문자(Visitor)	- 각 클래스들의 데이터 구조에서 처리 기능을 분리하여 별도의 클래스로 구성하는 패턴이다. - 분리된 처리 기능은 각 클래스를 방문(Visit)하여 수행한다.

출처: 2024 시나공 정보처리기사 필기 기본서