12장 창발성
창발적 설계로 깔끔한 코드를 구현하자
켄트 벡이 제시한 단순한 설계 규칙 네 가지는 소프트웨어 설계 품질을 높이는 데 큰 도움이 된다. 이 네 가지 규칙은 중요도 순서대로 다음과 같다
- 모든 테스트를 실행한다.
- 중복을 없앤다.
- 프로그래머 의도를 표현한다.
- 클래스와 메서드 수를 최소로 줄인다.
단순한 설계 규칙 1: 모든 테스트를 실행하라
모든 테스트를 통과하는 시스템은 '테스트 가능한 시스템'이다. 테스트 가능한 시스템은 검증 가능한 시스템이며, 검증이 불가능한 시스템은 출시해서는 안 된다. 모든 테스트를 철저히 수행하면 설계 품질이 높아진다. SRP(Single Responsibility Principle)를 준수하는 클래스는 테스트가 용이하며, DIP(Dependency Inversion Principle)와 같은 원칙을 적용해 결합도를 낮추면 더욱 좋은 설계가 가능하다.
단순한 설계 규칙 2~4: 리팩터링
테스트 케이스를 모두 작성했다면 코드를 정리하고 리팩터링을 진행한다. 리팩터링 과정에서는 중복 제거, 의도 표현, 클래스와 메서드 수 최소화 등의 기법을 적용한다.
중복을 없애라
중복은 추가 작업, 위험, 복잡도를 의미하므로 제거해야 한다. 구현 중복도 중복의 한 형태이며, 코드 중복을 제거하면 클래스와 메서드의 크기가 줄어들고 SRP를 더 잘 준수할 수 있다.
프로그래머 의도를 표현하라
유지보수성을 높이기 위해 코드가 개발자의 의도를 분명히 표현해야 한다. 좋은 이름을 선택하고, 작은 함수와 클래스를 사용하며, 표준 명칭을 사용한다. 또한, 단위 테스트 케이스를 꼼꼼히 작성해 코드의 기능을 한눈에 파악할 수 있도록 한다.
클래스와 메서드 수를 최소로 줄여라
클래스와 메서드 수를 최소화하면서도 시스템의 크기도 작게 유지해야 한다. 하지만 이 규칙은 다른 규칙들보다 우선순위가 낮다. 즉, 테스트 케이스 작성, 중복 제거, 의도 표현이 더 중요하다.
결론
단순한 설계 규칙을 따르면 우수한 설계와 원칙을 단번에 활용할 수 있다. 이는 개발자들이 오랜 경험을 통해 익힌 기법과 원칙을 쉽게 적용할 수 있도록 돕는다.
13장 동시성
객체와 스레드의 추상화
객체는 처리의 추상화이며, 스레드는 일정의 추상화. 동시성과 깔끔한 코드는 양립하기 어려우며, 특히 다중 스레드 코드는 겉보기에는 멀쩡해 보이지만 시스템이 부하를 받을 때 문제가 발생할 수 있다.
동시성이 필요한 이유
동시성은 결합(coupling)을 없애는 전략으로, "무엇"과 "언제"를 분리한다. 스레드가 하나인 프로그램은 무엇과 언제가 밀접하게 연결되어 있어, 호출 스택을 통해 프로그램 상태를 쉽게 파악할 수 있다. 그러나 무엇과 언제를 분리하면 애플리케이션 구조와 효율이 극적으로 개선된다.
예를 들어, 웹 애플리케이션의 서블릿(Servlet) 모델을 보면, 웹 서버는 비동기식으로 서블릿을 실행하여 각 서블릿 스레드는 다른 서블릿 스레드와 무관하게 작동한다. 이는 구조적인 이점을 제공한다. 하지만 동시성 구현은 서블릿 프로그래머가 주의 깊게 다루어야 할 부분이다.
동시성의 필요성 예시
- 정보 수집기: 여러 웹사이트에서 정보를 가져오는 수집기가 단일 스레드라면 시간이 오래 걸리지만, 다중 스레드 알고리즘을 사용하면 성능이 향상된다.
- 다중 사용자 시스템: 단일 스레드는 많은 사용자가 있을 때 응답 시간이 길어지지만, 다중 스레드를 사용하면 성능이 개선된다.
- 대량 정보 분석 시스템: 정보를 여러 컴퓨터에서 병렬로 처리하면 효율적이다.
미신과 오해
- 동시성은 항상 성능을 높여준다 → 대기 시간이 길거나 독립적인 계산이 많은 경우에만 성능이 높아짐
- 동시성을 구현해도 설계는 변하지 않는다 → 단일 스레드 시스템과 다중 스레드 시스템의 설계는 다릅니다.
- 컨테이너를 사용하면 동시성을 이해할 필요가 없다 → 컨테이너 동작과 동시 수정, 데드락 등을 이해해야 한다.
동시성 방어 원칙
- 단일 책임 원칙(SRP): 동시성 관련 코드는 다른 코드와 분리해야 한다.
- 자료 범위 제한: 공유 자료를 최대한 줄이고 캡슐화해야 한다.
- 자료 사본 사용: 공유 객체를 피하기 위해 객체를 복사해 읽기 전용으로 사용하는 방법이 있다.
- 스레드 독립성: 각 스레드가 독립적으로 동작하도록 구현한다.
- 라이브러리 활용: 자바에서는
java.util.concurrent,java.util.concurrent.atomic,java.util.concurrent.locks를 이용하여 동시성 문제를 해결할 수 있다.
기본 실행 모델
- 생산자-소비자 모델: 생산자 스레드가 정보를 생성해 대기열에 넣고 소비자 스레드가 이를 소비한다.
- 읽기-쓰기 모델: 읽기 스레드와 쓰기 스레드가 공유 자원을 이용하며, 이들 사이의 균형을 맞춰야 한다.
- 식사하는 철학자 문제: 여러 스레드가 자원을 공유할 때 발생하는 데드락, 라이브락 등의 문제를 해결해야 한다.
동기화의 이해
동기화하는 메서드 사이의 의존성을 이해하고 공유 객체 하나에는 메서드 하나만 사용하는 것이 좋다. 공유 객체에 여러 메서드가 필요한 경우, 클라이언트에서 잠금(lock)을 사용하여 관리한다.
