오랜만에 디자인 패턴 글을 포스팅한다.

한동안 회사의 프로젝트 프로토타입을 만드는 것과 새로운 라이브러리를 사용법을 익히고 하느라 정신없이 하루하루 지나갔던것 같고 그에따라 포스팅이 늦어진 점을 되게 반성하게 된다.

오늘은 디자인 패턴의 구조패턴 중 Composite pattern 에 대해 공부한 내용을 정리한다.

컴포지트란?

OOP에서 컴포지트는 하나 이상의 유사한 객체를 구성으로 설계된 객체로 모두 유사한 기능을 나타낸다.
이를 통해 객체 그룹을 조작하는 것처럼, 단일 객체를 조작할 수 있다.

컴포지트 패턴은 무엇인가?

컴포지트 패턴은 클라이언트가 복합 객체(group of object)나 단일 객체를 동일하게 취급하는 것을 목적으로 한다.
여기서 컴포지트의 의도는 트리 구조로 작성하여, 전체-부분(whole-part) 관계를 표현하는 것이다.

트리 구조를 다룰 때, 프로그래머는 리프 노드와 브랜치를 구별해야한다.
여기서 코드는 많은 복잡성을 만들어 많은 에러를 초래한다.
이를 해결하기 위해서 복잡하고 원시적인 객체를 동일하게 취급하기 위한 인터페이스를 작성할 수 있다.

이러한 컴포지트 패턴은 인터페이스와 본연의 컴포지트 개념을 활용한다.

언제 사용하는가?

복합 객체와 단일 객체의 처리 방법이 다르지 않을 경우, 전체-부분 관계로 정의할 수 있다.
전체 - 부분 관계의 대표적 예는 directory - file 이 존재한다.

이러한 전체 - 부분 관계를 효율적으로 정의할 때 유용하다.

• 전체 - 부분 관계를 트리 구조로 표현하고 싶을 경우
• 전체 - 부분 관계를 클라이언트에서 부분, 관계 객체를 균일하게 처리하고 싶을 경우

예시

컴퓨터에 추가 장치 지원하기

• 컴퓨터 클래스 모델링
  • 키보드 : 데이터를 입력받는다.
  • 마우스 : 커서의 이동을 한다.
  • 모니터 : 처리 결과를 출력한다.
• 컴퓨터 클래스 - 합성 관계 - 구성 장치

부품들을 일반화 시킨 ComputerDevice 클래스 정의

• ComputerDevice 클래스는 구체적인 부품들의 공통적인 기능만 가지고 실제로 존재할 수 있는
  부품은 될 수 없어서 추상클래스로 정의한다.

• 구체적인 부품(키보드, 마우스, 모니터) 들은 ComputerDevice의 자식 클래스로 정의한다.

• Computer클래스는 여러개의 ComputerDevice객체를 갖는다.

• Computer클래스도 ComputerDevice 클래스의 일종이다.

  • 그러므로 >>> Computer클래스도 ComputerDevice의 일종
  • ComputerDevice 클래스를 이용하게 되면 Client 프로그램은 KeyBoard, Mouse 등과 마찬가지로 Computer를 상용할 수 있다.

아래는 클래스들에 대한 정의 이다.

ComputerDevice.java

   public abstract class ComputerDevice {
      public abstract int getPrice();
      public abstract int getPower();
}

KeyBoard.java

public class KeyBoard extends ComputerDevice{
    private final int price;
    private final int power;
	
    //생성자를 통한 값 할당
    public KeyBoard(int price, int power) {
        this.price = price;
        this.power = power;
    }

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

    @Override
    public int getPower() {
        return power;
    }
}

Monitor.java

public class Monitor extends ComputerDevice{
    private final int price;
    private final int power;

    public Monitor(int price, int power){
        this.price = price;
        this.power = power;
    }


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

    @Override
    public int getPower() {
        return power;
    }
}

Mouse.java

public class Mouse extends ComputerDevice{
    private final int price;
    private final int power;

    public Mouse(int price, int power){
        this.price = price;
        this.power = power;
    }

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

    @Override
    public int getPower() {
        return power;
    }
}

Computer.java

import java.util.ArrayList;
import java.util.List;

public class Computer extends ComputerDevice{

    private List<ComputerDevice> components = new ArrayList<ComputerDevice>();

    // ComputerDevice 객체를 Computer 클래스에 추가
    public void addComponent(ComputerDevice computerDevice){
        components.add(computerDevice);
    }

    // ComputerDevice 객체를 Computer 클래스에 제거
    public void removeComponent(ComputerDevice computerDevice){
        components.remove(computerDevice);
    }

    //전체 가격 포함하는 각 부품의 가격 합산
    @Override
    public int getPrice() {
        return components.stream().mapToInt(ComputerDevice::getPrice).sum();
    }

    //소비 전력량 합산
    @Override
    public int getPower() {
        return components.stream().mapToInt(ComputerDevice::getPower).sum();
    }
}

이 부분에서는 이해가 되기 쉽게 getPrice() 와 getPower() 는 for문으로 이해하기 쉽게 작성할 수 있지만, 저번에 배웠던 Java8의 stream을 이용하여 ComputerDevice객체를 담은 List를 Stream을 사용하여 각각의 getPower, getPrice를 구한후 IntStream으로 변형한 다음 그것의 합계를 구하는 방식으로 구현하였다.

Client.java

public class Client {
    public static void main(String[] args) {
        //컴퓨터 부품으로 keyboard, body, monitor 객체 생성
        KeyBoard keyBoard = new KeyBoard(5, 2); //가격 5, 전력 2
        Mouse mouse = new Mouse(3, 1); //가격 3, 전력 1
        Monitor monitor = new Monitor(30, 20); //가격30, 전력 20

        //Computer 객체를 생성하고 addComponent를 통해 부품 객체 설정
        Computer computer = new Computer();
        //아래의 구문을 실행할때는
        //private List<ComputerDevice> components = new ArrayList<ComputerDevice>();
        //가 이미 Computer클래스안에 객체로 만들어져 있기 때문에 addComponent를 하게 되면
        // 생성된 List객체에 값이 하나씩 담아지게 되는 것이다.
        computer.addComponent(keyBoard);
        computer.addComponent(mouse);
        computer.addComponent(monitor);

        //컴퓨터의 가격과 전력 소비량 구하기
        int computerPrice = computer.getPrice();
        int computerPower = computer.getPower();
        System.out.println("컴퓨터 가격 : " + computerPrice);
        System.out.println("컴퓨터 전력 : " + computerPower);
    }
}

결과는 위와 같이 나오게 된다.

• Computer 클래스
  • ComputerDevice의 하위 클래스면서 복수 개의 ComputerDevice를 가지도록 설계하였음.
  • addComponent() 메소드를 통해 KeyBoard, Mouse, Monitor 등을 Computer 클래스의 부품으로 설정하였다.
• Client
  • addComponent() 메소드를 통해 부품 종류에 관계 없이 동일한 메소드로 부품을 추가할 수 있다.

Computer 클래스는 개방-폐쇄 원칙을 준수하게 되고, 새로운 부품을 추가할 때에는 ComputerDevice의 자식 클래스로 구현하면 된다.

이상으로 컴포지트 패턴에 대해 알아보았다.