디자인 패턴 :: 자주 쓰이는 설계 방법을 정리한 디자인 패턴

[현행 시스템 파악 - 3]

디자인 패턴 문제는 매년 1~2문제가 반드시 나옴. 영어도 함께 알아두기!

디자인 패턴

소프트웨어 공학의 소프트웨어 설계에서 공통으로 발생하는 문제에 대해 자주 쓰이는 설계 방법을 정리한 패턴

• GoF(Gang of Four)라고 불리는 사람들이 체계화했다.
• SDLC 중, 설계 단계에 해당

1. 디자인 패턴 구성요소 6가지

(1) 패턴의 이름
(2) 문제 및 배경: 사용되는 분야 또는 배경, 해결하는 문제
(3) 솔루션: 디자인 패턴을 이루는 요소들, 관계, 협동 과정
(4) 사례: 적용 사례
(5) 결과: 사용하면 얻게 되는 이점이나 영향
(6) 샘플 코드: 디자인 패턴이 적용된 원시 코드

'범위'에 따른 디자인 패턴 유형

1) 클래스

• 클래스 간 관련성(상속 관계를 다루는 패턴)
• 컴파일 타임에 정적으로 결정
  (Compile Time: 소스 코드를 작성하고 컴파일이라는 과정을 통해 기계어 코드로 변환되어, 실행 가능한 프로그램이 되는 과정이다. 정적 메모리 할당 수행)

2) 객체

• 객체 간 관련성을 다루는 패턴
• 런타임에 동적으로 결정
  (Run Time: 파일 컴파일 과정을 마친 프로그램은 사용자에 의해 실행되며, 이러한 응용 프로그램이 동작되는 과정이다. 동적 메모리 할당)

2. '목적'에 따른 디자인 패턴 유형🌟🌟🌟

1) 생성

• 객체 인스턴스 생성에 관여, 클래스 정의와 객체 생성 방식을 구조화, 캡슐화를 수행하는 패턴
• 🌟 빌더 / 프로토타입 / 팩토리 메소드 / 앱스트랙트 팩토리 / 싱글톤

2) 구조

• 더 큰 구조 형성 목적으로 클래스나 객체의 조합을 다루는 패턴
• 🌟 브리지 / 데코레이터 / 퍼사이드 / 플라이 웨이트 / 프록시 / 컴포지트 / 어댑터

3) 행위

• 반복적으로 사용되는 객체들의 상호작용을 패턴화한 것으로, 클래스나 객체들이 상호작용하는 방법, 알고리즘 등과 관련된 패턴
• 🌟 미디에이터 / 인터프리터 / 이터레이터 / 템플릿 메소드 / 옵져버 / 스테이트 / 비지터 / 커맨드 / 스트레티지 / 메멘토 / 체인 오브 리스판서빌리티

1) 생성 패턴

(1) Builder 패턴

• 복잡한 인스턴스를 조립하여 만드는 구조로, 복합 객체를 생성할 때 객체를 생성하는 방법(과정)과 객체를 구현(표현)하는 방법을 분리함으로써 동일한 생성 절차에서 서로 다른 표현 결과를 만들 수 있는 디자인 패턴

• 생성과 표기를 분리해서 복잡한 객체를 생성한다.

(2) Prototype 패턴

• 처음부터 일반적인 원형을 만들어놓고, clone 함수를 사용하여 복사한 후 필요한 부분만 수정하여 사용하는 패턴

• 생성할 객체의 원형을 제공하는 인스턴스에서 생성할 객체들의 타입이 결정되도록 설정하며 객체를 생성할 때 갖추어야 할 기본 형태가 있을 때 사용된다.

• 기존 객체를 복제함으로써 객체를 생성한다.

(3) Factory Method 패턴🌟

• 상위 클래스에서 객체를 생성하는 인터페이스를 정의하고, 하위 클래스에서 인스턴스를 생성하도록 하는 방식

• 상위 클래스에서는 인터페이스만 정의하고 실제 생성은 서브 클래스가 담당한다.

• 상위 클래스에서는 인스턴스를 만드는 방법(인터페이스)만 결정하고, 하위 클래스에서 그 데이터의 생성을 책임지고 조작하는 함수들을 오버라이딩하여 인터페이스와 실제 객체를 생성하는 클래스를 분리한다.

• 생성할 객체의 클래스를 국한하지 않고 객체를 생성한다.

(4) Abstract Factory 패턴

(abstract: 추상)

• 구체적인 클래스에 의존하지 않고, 서로 연관되거나 의존적인 객체들의 조합을 만드는 인터페이스를 제공하는 패턴

• 이 패턴을 통해 생성된 클래스에서는 사용자에게 인터페이스(API)를 제공하고, 구체적인 표현은 Concrete Product 클래스에서 이루어진다.
  (Concrete: 단단하게 하다, 구체화하다)

• 동일한 주제의 다른 팩토리를 묶는다.

(5) Singleton 패턴

• 전역 변수를 사용하지 않고 객체를 하나만 생성하도록 하며, 생성된 객체를 어디에서든지 참조할 수 있도록 하는 디자인 패턴

• 한 클래스에 한 객체만 존재하도록 제한한다.

2) 구조 패턴

(1) Bridge 패턴

• 기능의 클래스 계층과 구현의 클래스 계층을 연결하고, 구현부에서 추상 계층을 분리하여 추상화된 부분과 실제 구현 부분을 독립적으로 확장할 수 있는 디자인 패턴

• 구현뿐만 아니라, 추상화된 부분까지 변경해야 하는 경우 활용한다.

(2) Decorator 패턴

• 기존에 구현되어 있는 클래스에 필요한 기능을 추가해 나가는 설계 패턴

• 기능 확장이 필요할 때 객체 간의 결합을 통해 기능을 동적으로 유연하게 확장할 수 있게 해주어 상속의 대안으로 사용하는 디자인 패턴

• 객체의 결합을 통해 기능을 동적으로 유연하게 확장

(3) Facade 패턴

퍼사이드 패턴, Facade = 건물의 정면

• 복잡한 시스템에 대하여 단순한 인터페이스를 제공함으로써 사용자와 시스템 간 또는 여타 시스템과의 결합도를 낮추어 시스템 구조에 대한 파악을 쉽게 하는 패턴

• 오류에 대해서 단위별로 확인할 수 있다.

• 사용자의 측면에서 단순한 인터페이스 제공을 통해 접근성을 높일 수 있다.

• 통합된 인터페이스를 제공한다.

  외부에서는 퍼사이드 클래스에만 접근을 하고, 퍼사이드 안의 객체에 접근할 때에는 퍼사이드 패턴이 각 객체에 알아서 접근하게 해준다.
  밖에서 봤을 때는 퍼사이드만 호출하면 되기 때문에 인터페이스가 단순해진다.

(4) Flyweight 패턴

Flyweight = 가볍다

• 다수의 객체로 생성될 경우, 모두가 갖는 본질적인 요소를 클래스화하여 공유함으로써 메모리를 절약하고, 클래스의 경량화를 목적으로 하는 디자인 패턴
• 여러 개의 가상 인스턴스를 제공하여 메모리를 절감한다.

  new를 최소화하기 위해 생성되어 있을 경우 공유해서 사용한다. 👉🏻 메모리 절감

(5) Proxy 패턴

Proxy = 대리인

• 실체 객체에 대한 대리 객체로, 실체 객체에 대한 접근 이전에 필요한 행동을 취할 수 있게 만들며, 이 점을 이용해서 미리 할당하지 않아도 상관 없는 것들을 실제로 이용할 때 할당하게 하여 메모리 용량을 아낄 수 있으며, 실체 객체를 드러나지 않게 하여 정보 은닉의 역할도 수행하는 디자인 패턴

• 특정 객체로의 접근을 제어하기 위한 용도로 사용한다.

(6) Composite 패턴

composite = 합성물

• 객체들의 관계를 트리 구조로 구성하여 부분-전체 계층을 표현하는 패턴으로, 사용자가 단일 객체와 복합 객체 모두 동일하게 다루도록 하는 패턴

(7) Adapter 패턴

Adapter = 개조

• 기존에 생성된 클래스를 재사용할 수 있도록 중간에서 맞춰주는 역할을 하는 인터페이스를 만드는 패턴

• 상속을 이용하는 클래스 패턴과 위임을 이용하는 인스턴스 패턴의 두 가지 형태로 사용되는 디자인 패턴

• 인터페이스가 호환되지 않는 클래스들을 함께 이용할 수 있도록 타 클래스의 인터페이스를 기존 인터페이스에 덧씌운다.

3) 행위 패턴 : Behavioral Pattern 🌟

(1) Mediator 패턴

• 객체지향 설계에서 객체의 수가 너무 많아지면 서로 간 통신을 위해 복잡해져서 객체지향에서 가장 중요한 느슨한 결합의 특성을 해칠 수 있기 때문에 이를 해결하는 방법

• 중간에 이를 통제하고 지시할 수 있는 역할을 하는 중재자를 두고, 중재자에게 모든 것을 요구하여 통신의 빈도수를 줄여 객체지향의 목표를 달성하게 해준다.

• 상호작용의 유연한 변경을 지원한다.

(2) Interpreter 패턴

Interpreter = 통역, 해석

• 언어의 다양한 해석, 구체적으로 구문을 나누고 그 분리된 구문의 해석을 맡는 클래스를 각각 작성하여 여러 형태의 언어 구문을 해석할 수 있게 만드는 디자인 패턴

• 문법 자체를 캡슐화하여 사용한다.

(3) Iterator 패턴

Iterator = 반복자

• 컬렉션 구현 방법을 노출시키지 않으면서도 그 집합체 안에 들어있는 모든 항목에 접근할 방법을 제공하는 디자인 패턴

• 내부 구조를 노출하지 않고, 복잡 객체의 원소를 순차적으로 접근 가능하게 해주는 행위 패턴

(4) Template Method 패턴

• 어떤 작업을 처리하는 일부분을 서브 클래스로 캡슐화해 전체 일을 수행하는 구조는 바꾸지 않으면서 특정 단계에서 수행하는 내역을 바꾸는 패턴

• 일반적으로 상위 클래스(추상 클래스)에는 추상 메서드를 통해 기능의 골격을 제공하고, 하위 클래스(구체 클래스)의 메서드에는 세부 처리를 구체화하는 방식으로 사용하며 코드 양을 줄이고 유지보수를 용이하게 만든다.

• 상위 작업의 구조를 바꾸지 않으면서 서브 클래스로 작업의 일부분을 수행한다.

(5) Observer 패턴 🌟

Observer = 관찰자

• 한 객체의 상태가 바뀌면 그 객체에 의존하는 다른 객체들에 연락이 가고, 자동으로 내용이 갱신되는 방법

• 일대다의 의존성을 가지며 상호작용하는 객체 사이에서는 가능하면 느슨하게 결합한다.

• 객체의 상태 변화에 따라 다른 객체의 상태도 연동, 일대다 의존

(6) State 패턴

State = 상태

• 객체 상태를 캡슐화하여 클래스화함으로써 그것을 참조하게 하는 방식

• 상태에 따라 다르게 처리할 수 있도록 행위 내용을 변경하여, 변경 시 원시 코드의 수정을 최소화할 수 있고, 유지보수의 편의성도 갖는다.

• 객체의 상태에 따라 행위 내용을 변경한다.

(7) Visitor 패턴

• 각 클래스 데이터 구조로부터 처리 기능을 분리하여 별도의 클래스를 만들어 놓고 해당 클래스의 메서드가 각 클래스를 돌아다니며 특정 작업을 수행하도록 만드는 패턴

• 객체의 구조는 변경하지 않으면서 기능만 따로 추가하거나 확장할 때 사용한다.

• 특정 구조를 이루는 복합 객체의 원소 특성에 따라 동작을 수행할 수 있도록 지원한다.

(8) Command 패턴

Command = 명령

• 실행될 기능을 캡슐화함으로써 주어진 여러 기능을 실행할 수 있는 재사용성이 높은 클래스를 설계하는 패턴

• 하나의 추상 클래스에 메서드를 만들어 각 명령이 들어오면 그에 맞는 서브 클래스가 선택되어 실행된다.

• 요구사항을 객체로 캡슐화한다.

(9) Strategy 패턴

• 알고리즘 군을 정의하고(추상 클래스) 같은 알고리즘을 각각 하나의 클래스로 캡슐화한 다음, 필요할 때 서로 교환해서 사용할 수 있게 하는 패턴

• 행위를 클래스로 캡슐화해 동적으로 행위를 자유롭게 바꿀 수 있게 해준다.

• 행위 객체를 클래스로 캡슐화해 동적으로 행위를 자유롭게 변환한다.

(10) Memento 패턴

Memento = 기념품, 기억하기 위한 것

• 클래스 설계 관점에서 객체의 정보를 저장할 필요가 있을 때 적용하는 디자인 패턴

• Undo 기능을 개발할 때 사용한다.

• 객체를 이전 상태로 복구시켜야 하는 경우 '작업 취소(Undo)' 요청이 가능하다.

(11) Chain of Responsibility 패턴

• 정적으로 어떤 기능에 대한 처리의 연결이 하드코딩 되어 있을 때, 기능 처리의 연결 변경이 불가능한데, 이를 동적으로 연결되어 있는 경우에 따라 다르게 처리될 수 있도록 연결한 디자인 패턴

• 한 요청을 2개 이상의 객체에서 처리