남들이 변수에 의존하지 않게 만들고 싶어서, 변수 타입이나 구현을 맘대로 바꾸고 싶어서 변수를 비공개(private)로 정의한다. 그렇다면 어째서 수많은 프로그래머가 조회(get)함수와 설정(set)함수를 당연하게 공개(public)해 비공개 변수를 외부에 노출할까?
자료 추상화
아래의 예제는 모두 2차원 점을 표현하는데, 6-1은 구현을 외부로 노출하고 6-2는 구현을 완전히 숨긴다.
//6-1/구체적인 Point 클래스
public class Point {
public double x;
public double y;
}
//6-2/추상적인 Point 클래스
public interface Point {
double getX();
double getY();
void setCartesian(double x, double y);
double getR();
double getTheta();
void setPolar(double r, double theta);
}위 예제를 보면 6-2는 점이 직교좌표계를 사용하는지 극좌표계를 사용하는지 알 길이 없다. 그럼에도 불고하고 인터페이스는 자료구조를 명백하게 표현한다. 반면 6-1은 확실히 직교좌표계를 사용한다. 또한 개별적으로 좌표값을 읽고 설정하게 강제한다. 변수를 private로 선언하더라도 각 값마다 조회함수와 설정함수를 제공한다면 구현을 외부로 노출하는 셈이다.
구현을 감추기 위해서는 추상화 가 필요하다.
그저 조회 함수와 설정 함수로 변수를 다룬다고 클래스가 되지는 않는다. 추상 인터페이스를 제공해 사용자가 구현을 모른채 자료의 핵심을 조작할 수 있어야 진정한 의미의 클래스다.
아래의 예제에서는 자동차 연료 상태를 알려준다.
6-3에서는 자동차 연료 상태를 구체적인 숫자 값으로 알려주며, 두 함수가 변수값을 읽어 반환할 뿐이라는 사실이 거의 확실하다.
그러나 6-4는 자동차 연료 상태를 백분율이라는 추상적인 개념으로 알려주며, 정보가 어디서 오는지 전혀 드러나지 않는다.
//6-3/구체적인 Vehicle 클래스
public interface Vehicle {
double getFuelTankCapacityInGallons();
double getGallonsOfGasoline();
}
//6-4/추상적인 Vehicle 클래스
public interface Vehicle {
double getPercentFuelRemaining();
}자료를 세세하게 공개하기보다는 추상적인 개념으로 표현하는 편이 좋다. 인터페이스나 조회/설정 함수만으로는 추상화가 이뤄지지 않는다.
개발자는 객체가 포함하는 자료를 표현할 가장 좋은 방법을 심각하게 고민해야 한다. 아무 생각 없이 조회/설정 함수를 추가하는 방법이 가장 나쁘다.
자료/객체 비대칭
- 객체 : 추상화 뒤로 자료를 숨긴 채 자료를 다루는 함수만 공개
- 자료구조 : 자료를 그대로 공개하며 별다른 함수는 제공하지 않음
위의 두 정의는 본질적으로 상반되며, 사소한 차이로 보일지 모르지만 그 차이가 미치는 영향은 굉장하다.
아래 6-5는 절차적인 도형 클래스이다. Geometry클래스는 세 가지 도형 클래스를 다루며, 각 도형 클래스는 간단한 자료 구조다. 즉, 아무 메서드도 제공하지 않는다. 도형이 동작하는 방식은 Geometry클래스에서 구현한다.
//6-5/절차적인 도형
public class Square {
public Point topLeft;
public double side;
}
public class Rectangle {
public Point topLeft;
public double height;
public double width;
}
public class Circle {
public Point center;
public double radius;
}
public class Geometry {
public final double PI = 3.141592653589793;
public double area(Object shape) throws NoSuchShapeException {
if (shape instanceof Square) {
Square s = (Square) shape;
return s.side * s.side;
}
else if (shape instanceof Rectangle) {
Rectangle r = (Rectangle) shape;
return r.height * r.width;
}
else if (shape instanceof Circle) {
Circle c = (Circle) shape;
return PI * c.radius * c.radius;
}
throw new NoSuchShapeException();
}
}위의 Geometry 클래스에 둘레 길이를 구하는 perimeter() 함수를 추가하고자 한다면 도형 클래스와 도형 클래스에 의존하는 다른 클래스는 아무 영향도 받지 않는다. 반대로 새 도형을 추가하고 싶다면 Geometry 클래스에 속한 함수를 모두 고쳐야 한다.
예제 6-6은 객체 지향적인 도형 클래스이다. 여기서 area()는 다형메서드다. Geometry 클래스는 필요 없다. 그러므로 새 도형을 추가해도 기존 함수에 아무런 영향을 미치지 않지만, 새 함수를 추가하고 싶다면 도형 클래스 전부를 고쳐야 한다.
이 경우 노련한 객체 지향 설계자는 VISITOR 혹은 Dual-Patch 등과 같이 잘 알려진 기법을 사용해 이 문제를 해결한다. 하지만 이들 기법 역시 대가가 따르며, 일반적으로 절차적인 프로그램에서 볼 수 있는 구조를 반환한다.
- VISITOR 패턴은 주로 상속 없이 클래스에 메서드를 효과적으로 추가하기 위해 사용한다. 하지만 합성 객체의 내부 구조가 VISITOR에 열리게 되므로 캡슐화를 위반한다는 문제점이 생긴다.
//6-6/다형적인 도형
public class Square implements Shape {
private Point topLeft;
private double side;
public double area() {
return side*side;
}
}
public class Rectangle implements Shape {
private Point topLeft;
private double height;
private double width;
private double area() {
return height * width;
}
}
public class Circle implements Shape {
private Point center;
private double radius;
public final double PI = 3.141592653589793;
public double area() {
return PI * radius * radius;
}
}예제 6-5와 6-6은 상호 보완적인 특질이 있다. 사실상 반대다. 그래서 객체와 자료 구조는 근본적으로 양분된다.
- (자료구조를 사용하는) 절차적인 코드는 기존 자료 구조를 변경하지 않으면서 새 함수를 추가하기 쉽다. 반면, 객체 지향 코드는 기존 함수를 변경하지 않으면서 새 클래스를 추가하기 쉽다.
- 절차적인 코드는 새로운 자료 구조를 추가하기 어렵다. 그러려면 모든 함수를 고쳐야 한다. 객체 지향 코드는 새로운 함수를 추가하기 어렵다. 그러려면 모든 클래스를 고쳐야 한다.
다시 말해, 객체 지향 코드에서 어려운 변경은 절차적인 코드에서 쉬우며, 절차적인 코드에서 어려운 변경은 객체 지향 코드에서 쉽다.
복잡한 시스템을 짜다 보면 새로운 함수가 아니라 새로운 자료 타입이 필요한 경우가 생긴다. 이때는 클래스와 객체 지향 기법이 가장 적합하다. 반면, 새로운 자료 타입이 아니라 새로운 함수가 필요한 경우도 생긴다. 이때는 절차적인 코드와 자료 구조가 좀 더 적합하다. 때로는 단순한 자료 구조와 절차적인 코드가 가장 적합한 상황도 있다.
디미터 법칙
- 디미터 법칙 : 잘 알려진 휴리스틱(heuristic)으로, 모듈은 자신이 조작하는 객체의 속사정을 몰라야 한다.
객체는 자료를 숨기고 함수를 공개한다. 즉, 객체는 조회 함수로 내부 구조를 공개하면 안 된다는 의미다. 그러면 내부구조를 숨기지 않고 노출하는 셈이기 때문이다. 좀 더 정확히 표현하자면, 디미터 법칙은 "클래스 C의 메서드 f는 다음과 같은 객체의 메서드만 호출해야 한다"고 주장한다.
- 클래스 C
- f가 생성한 객체
- f 인수로 넘어온 객체
- C 인스턴스 변수에 저장된 객체
하지만 위 객체에서 허용된 메서드가 반환하는 객체의 메서드는 호출하면 안된다.
다음 코드는 디미터 법칙을 어기는 듯이 보인다. getOptions() 함수가 반환하는 객체의 getScratchDir() 함수를 호출한 후 getScratchDir() 함수가 반환하는 객체의 getAbsolutePath() 함수를 호출하기 때문이다.
final String outputDir = ctxt.getOptions().getScratchDir().getAbsolutePath();
기차 충돌
흔히 위와 같은 코드를 기차 충돌이라 부른다. 여러 객차가 한 줄로 이어진 기차처럼 보이기 때문이다. 일반적으로 조잡하다 여겨지는 방식이므로 피하는 편이 좋다. 위 코드는 다음과 같이 나누는 편이 좋다.
Options opts = ctxt.getOptions();
File scratchDir = opts.getScratchDir();
final String outputDir = scratchDir.getAbsolutePath();위 코드 형태로 구현된 함수는 ctxt 객체가 Options을 포함하며, Options가 ScratchDir을 포함하며, ScratchDir이 AbsolutePath를 포함한다는 사실을 안다. 함수 하나가 아는 지식이 굉장히 많다. 위 코드를 사용하는 함수는 많은 객체를 탐색할 줄 안다는 말이다.
위 예제가 디미터 법칙을 위반하는지 여부는 ctxt, Options, ScratchDir이 객체인지 자료 구조인지에 달렸다. 객체인 경우 내부 구조를 숨겨야하므로 디미터 법칙을 위반하지만, 자료 구조라면 당연히 내부 구조를 노출하므로 디미터 법칙이 적용되지 않는다.
그러나 위 예제는 조회 함수를 사용하는 바람에 혼란을 일으킨다. 코드를 다음과 같이 구현했다면 디미터 법칙을 거론할 필요가 없어진다.
final String outputDir = ctxt.options.scratchDir.absolutePath;
자료 구조는 무조건 함수 없이 공개 변수만 포함하고 객체는 비공개 변수와 공개 함수를 포함한다면, 문제는 훨씬 간단해진다. 하지만 단순한 자료 구조에도 조회 함수와 설정 함수를 정의하라 요구하는 프레임워크와 표준이 존재한다.
잡종 구조
이런 혼란으로 말미암아 때때로 절반은 객체, 절반은 자료 구조인 잡종 구조가 나온다.
잡종 구조에는 아래와 같은 경우가 있다.
- 중요한 기능을 수행하는 함수
- 공개 변수
- 공개 조회/설정 함수 (비공개 변수를 그대로 노출)
이런 잡종 구조는 새로운 함수는 물론이고 새로운 자료 구조도 추가하기 어렵다. 양쪽 세상에서 단점만 모아놓은 구조이므로 이는 되도록 피하는 편이 좋다.
구조체 감추기
만약 ctxt, options, scratchDir이 진짜 객체라면 앞서 코드 예제처럼 줄줄이 사탕으로 엮어서는 안된다. 객체라면 내부 구조를 감춰야하기 때문이다. 이 경우 임시 디렉터리의 절대 경로는 어떻게 얻어야 좋을까?
ctxt.getAbsolutePathOfScratchDirectoryOption();
위 처럼 작성 시 ctxt 객체에 공개해야 하는 메서드가 너무 많아진다.ctxt.getScratchDirectoryOption().getAbsolutePath()
해당 방법은getScratchDirectoryOption()이 객체가 아니라 자료 구조를 반환한다고 가정한다.
위 방법들 모두 객체인 ctxt에게 속을 드러내라 말하는데, 객체에게 뭔가를 하라고 말해야한다. 같은 모듈의 하단으로 내려가면 임시 디렉터리의 절대 경로는 임시 파일을 생성하기 위해 필요함을 알 수 있다.
String outFile = outputDir + "/" + className.replace('.','/') + ".class";
FileOutputStream fout = new FileOutputStream(outFile);
BufferdOutputStream bos = new BufferdOutputStream(fout);이에 따라 다음처럼 ctxt객체에 임시 파일을 생성하라고 시키면 디미터 법칙을 위반하지 않는다.
BufferdOutputStream bos = ctxt.createScratchFileStream(classFileName);
위 코드는 내부 구조를 드러내지 않으며, 모듈에서 해당 함수는 자신이 몰라야하는 여러 객체를 탐색할 필요가 없다.
자료 전달 객체
자료 구조체의 전형적인 형태는 공개 변수만 있고 함수가 없는 클래스다. 이런 자료 구조체를 때로는 자료 전달 객체(Data Transfer Object, DTO)라 한다. DTO는 데이터베이스와 통신하거나 소켓에서 받은 메시지의 구문을 분석할 때 유용하다. 흔히 DTO는 데이터베이스에 저장된 가공되지 않은 정보를 애플리케이션 코드에서 사용할 객체로 변환하는 일련의 단계에서 가장 처음으로 사용하는 구조체다.
좀 더 일반적인 형태는 '빈(bean)' 구조다. 빈은 비공개(private) 변수를 조회
/설정 함수로 조작한다. 일종의 사이비 캡슐화로 별다른 이익을 제공하지 않는다.
//6-7/address.java/빈 구조 예제
public class Address {
private String street;
private String streetExtra;
private String city;
private String state;
private String zip;
public Address(String street, String streetExtra, String city, String state, String zip) {
this.street = street;
this.streetExtra = streetExtra;
this.city = city;
this.state = state;
this.zip = zip;
}
public String getStreet() {
return street;
}
public String getStreetExtra() {
return streetExtra;
}
public String getCity() {
return city;
}
public String getState() {
return state;
}
public String getZip() {
return zip;
}
}활성 레코드
활성 레코드는 DTO의 특수한 형태다. 공개 변수가 있거나 비공개 변수에 조회/설정 함수가 있는 자료 구조지만, 대개 save나 find와 같은 탐색 함수도 제공한다. 활성 레코드는 데이터베이스 테이블이나 다른 소스에서 자료를 직접 변환한 결과다.
불행히도 활성 레코드에 비즈니스 규칙 메서드를 추가해 이런 자료 구조를 객체로 취급하는 개발자가 흔한데, 이는 자료 구조도 아니고 객체도 아닌 잡종 구조가 나오게 된다.
이를 해결하기 위해서는 활성 레코드는 자료 구조로 취급하며, 비즈니스 규칙을 담으면서 내부 자료를 숨기는 객체는 따로 생성한다. 여기서 내부 자료는 활성 레코드의 인스턴스일 가능성이 높다.
어떤 시스템을 구현할 때 새로운 자료 타입을 추가하는 유연성이 필요하면 객체, 새로운 동작을 추가하는 유연성이 필요하면 자료 구조와 절차적인 코드가 더 적합하므로 필요에 따라 적절한 방식을 따라야 한다.
- 객체 : 동작을 공개하고 자료를 숨긴다.
기존 동작을 변경하지 않으면서 새 객체 타입을 추가하기는 쉬우나, 기존 객체에 새 동작을 추가하기는 어렵다.- 자료 구조 : 별다른 동작 없이 자료를 노출한다.
기존 자료 구조에 새 동작을 추가하기는 쉬우나, 기존 함수에 새 자료 구조를 추가하기는 어렵다.
