안녕하세요, 서비스 기획자 완두콩입니다.
오늘은 소프트웨어 공학에서 디자인 패턴이란 무엇인가에 대해 알아보고자 합니다.
디자인 패턴은 소프트웨어 공학의 소프트웨어 설계에서 공통으로 발생하는 문제에 대해 자주 쓰이는 설계 방법을 정의한 것인데요! 요즘, 이러한 디자인 패턴에 대해 묻는 내용이 정보처리기사에 자주 출제가 된다고 합니다! 아래 여러 디자인 패턴들을 정리하고자 하니, 이러한 패턴을 참고하여 시험도 잘보고! 소프트웨어 개발을 하게 될 경우, 개발의 효율성과 유지보수성, 운용성, 소프트웨어 최적화를 노려보십쇼!!
우선, 디자인 패턴의 구성요소에 대해 알아보겠습니다. 디자인 패턴은 패턴의 이름, 문제 및 배경, 솔류션, 사례, 결과, 샘플 코드를 구성 요소로 가지고 있는데요, 각각의 뜻을 간략히 알아보겠습니다.
- 패턴의 이름 : 디자인 패턴을 부를 때 사용하는 이름과 디자인 패턴의 유형
- 문제 및 배경 : 디자인 패턴이 사용되는 분야 또는 배경, 해결하는 문제를 의미
- 솔루션 : 디자인 패턴을 이루는 요소들, 관계, 협동 과정
- 사례 : 디자인 패턴의 간단한 적용 사례
- 결과 : 디자인 패턴을 사용하면 얻게 되는 이점이나 영향
- 샘플 코드 : 디자인 패턴이 적용된 원시 코드
위 용어들을 토대로 이제 진짜 디자인 패턴에 대해 알아보도록 하겠습니다ㅎㅎ
디자인 패턴은 목적과 범위에 따라 유형이 달라지는데요, 목적에 따라 생성, 구조, 행위의 디자인 패턴 유형이 있고, 범위에 따라 클래스, 객체 유형이 존재합니다. 생성형 디자인 패턴은 객체 인스턴스의 생성에 관여하며 클래스 정의와 객체 생성 방식을 구조화하고 캡슐화를 수행하는 패턴을 말합니다. 구조형 디자인 패턴은 더 큰 구조 형성 목적으로 클래스나 객체의 조합을 다루는 패턴을 말합니다. 마지막, 행위형 디자인 패턴은 클래스나 객체들이 상호 작용하는 방법과 역할 분담을 다루는 패턴을 말합니다.
이러한, 생성, 구조, 행위 디자인 패턴에 대해 실제로 어떤 종류가 있는지 정리해겠습니다.
[생성 패턴]
1. Builder
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 패턴을 말합니다. 생성과 표기를 분리해서 복잡한 객체를 생성할 수 있습니다.
2. Prototype
처음부터 일반적인 원형을 만들어 놓고, 그것을 복사한 후 필요한 부분만 수정하여 사용하는 패턴으로, 생성할 객체의 원형을 제공하는 인스턴스에서 생성할 객체들의 타입이 결정되도록 설정하며 객체를 생성할 때 갖추어야 할 기본 형태가 있을 때 사용되는 디자인 패턴입니다. 기존 객체를 복제함으로써 객체를 생성합니다.
3. Factory Method
상위 클래스에서 객체를 생성하는 인터페이스를 정의하고, 하위 클래스에서 인스턴스를 생성하도록 하는 방식으로, 상위 클래스에서는 인스턴스를 만드는 방법만 결정하고, 하위 클래스에서 그 데이터의 생성을 책임지고 조작하는 함수들을 오버라이딩하여 인터페이스와 실제 객체를 생성하는 클래스를 분리할 수 있는 특성을 갖는 디자인 패턴입니다. 생성할 객체의 클래스를 국한하지 않고 객체를 생성합니다.
4. Abstract Factory
구체적인 클래스에 의존하지 않고 서로 연관되거나 의존적인 객체들의 조합을 만드는 인터페이스를 제공하는 패턴으로 이 패턴을 통해 생성된 클래스에서는 사용자에게 인터페이스(API)를 제공하고, 구체적인 구현은 Concrete Product 클래스에서 이루어지는 특징을 갖는 디자인 패턴입니다. 동일한 주제의 다른 팩토리를 묶는다는 특징이 있습니다.
5. Singleton
전역 변수를 사용하지 않고 객체를 하나만 생성하도록 하며, 생성된 객체를 어디에서든지 참조할 수 있도록 하는 디자인 패턴입니다. 한 클래스에 한 객체만 존재하도록 제한합니다.
[구조 패턴]
1. Bridge
기능의 클래스 계층과 구현의 클래스 계층을 연결하고, 구현부에서 추상 계층을 분리하여 추상화된 부분과 실제 구현 부분을 독립적으로 확장할 수 있는 디자인 패턴입니다. 구현뿐만 아니라, 추상화된 부분까지 변경해야 하는 경우 활용됩니다.
2. Decorator
기존에 구현되어 있는 클래스에 필요한 기능을 추가해 나가는 설계 패턴으로 기능 확장이 필요할 때 객체 간의 결합을 통해 기능을 동적으로 유연하게 확장할 수 있게 해주어 상속의 대안으로 사용하는 디자인 패턴입니다. 객체의 결합을 통해 기능을 동적으로 유연하게 확장할 수 있습니다.
3. Facade
복잡한 시스템에 대하여 단순한 인터페이스를 제공함으로써 사용자와 시스템 간 또는 여타 시스템과의 결합도를 낮추어 시스템 구조에 대한 파악을 쉽게 하는 패턴으로 오류에 대해서 단위별로 확인할 수 있게 하며, 사용자의 측면에서 단순한 인터페이스 제공을 통해 접근성을 높일 수 있는 디자인 패턴입니다. 통합된 인터페이스를 제공합니다.
4. Flyweight
다수의 객체로 생성될 경우 모두가 갖는 본질적인 요소를 클래스 화하여 공유함으로써 메모리를 절약하고, '클래스의 경량화'를 목적으로 하는 디자인 패턴입니다. 여러 개의 '가상 인스턴스'를 제공하여 메모리를 절감합니다.
5. Proxy
'실체 객체에 대한 대리 객체'로 실체 객체에 대한 접근 이전에 필요한 행동을 취할 수 있게 만들어, 이 점을 이용해서 미리 할당하지 않아도 상관없는 것들을 실제 이용할 때 할당하게 하여 메모리 용량을 아낄 수 있으며, 실체 객체를 드러나지 않게 하여 정보은닉의 역할도 수행하는 디자인 패턴입니다. 특정 객체로의 접근을 제어하기 위한 용도로 사용됩니다.
6. Composite
객체들의 관계를 트리 구조로 구성하여 부분-전체 계층을 표현하는 패턴으로, 사용자가 단일 객체와 복합 객체 모두 동일하게 다루도록 하는 패턴입니다. 복합 객체와 단일 객체를 동일하게 취급합니다.
7. Adapter
기존에 생성된 클래스를 재사용할 수 있도록 중간에서 맞춰주는 역할을 하는 인터페이스를 만드는 패턴으로, 상속을 이용하는 클래스 패턴과 위임을 이요하는 인스턴스 패턴의 두 가지 형태로 사용되는 디자인 패턴입니다. 인터페이스가 호환되지 않는 클래스들을 함께 이용할 수 있도록 타 클래스의 인터페이스를 기존 인터페이스에 덧씌웁니다.
[행위 패턴]
1. Mediator
객체 지향 설계에서 객체의 수가 너무 많아지면 서로 간 통신을 위해 복잡해져서 객체 지향에서 가장 중요한 느슨한 결합의 특성을 해칠 수 있기 때문에 이를 해결하는 방법으로 중간에 이를 통제하고 지시할 수 있는 역할을 줄여 객체 지향의 목표를 달성하게 해주는 디자인 패턴입니다. 상호 작용의 유연한 변경을 지원합니다.
2. Interpreter
언어의 다양한 해석, 구체적으로 구문을 나누고 그 분리된 구문의 해석을 맡는 클래스를 각각 작성하여 여러 형태의 언어 구문을 해석할 수 있게 만드는 디자인 패턴입니다. 문법 자체를 캡슐화하여 사용합니다.
3. Iterator
컬렉션 구현 방법을 노출시키지 않으면서도 그 집합체 안에 들어있는 모든 항목에 접근할 방법을 제공하는 디자인 패턴입니다. 내부구조를 노출하지 않고, 복잡 객체의 원소를 순차적으로 접근 가능하게 해주는 행위 패턴입니다.
4. Template Method
어떤 작업을 처리하는 일부분을 서브 클래스로 캡슐화해 전체 일을 수행하는 구조는 바꾸지 않으면서 특정 단계에서 수행하는 내역을 바꾸는 패턴으로 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 만드는 특징을 갖는 디자인 패턴입니다. 상위 작업의 구조를 바꾸지 않으면서 서브 클래스로 작업의 일부분을 수행합니다.
5. Observer
한 객체의 상태가 바뀌면 그 객체에 의존하는 다른 객체들에 연락이 가고 자동으로 내용이 갱신되는 방법으로 일대 다의 의존성을 가지며 상호 작용하는 객체 사이에서는 가능하면 느슨하게 결합하는 디자인 패턴입니다. 객체의 상태 변화에 따라 다른 객체의 상태도 연동됩니다.
6. State
객체 상태를 캡슐화하여 클래스화함으로써 그것을 참조하게 하는 방식으로 상태에 따라 다르게 처리할 수 있도록 행위 내용을 변경하여, 변경 시 원시 코드의 수정을 최소화할 수 있고, 유지보수의 편의성도 갖는 디자인 패턴입니다. 객체의 상태에 따라 행위 내용을 변경합니다.
7. Visitor
각 클래스 데이터 구조로부터 처리 기능을 분리하여 별도의 클래스를 만들어 놓고 해당 클래스의 메서드가 각 클래스를 돌아다니며 특정 작업을 수행하도록 만드는 패턴으로, 객체의 구조는 변경하지 않으면서 기능ㄴ만 따로 추가하거나 확장할 때 사용하는 디자인 패턴입니다. 특정 구조를 이루는 복합 객체의 원소 특성에 따라 동작을 수행할 수 있도록 지원하는 행위입니다.
8. Command
실행될 기능을 캡슐화함으로써 주어진 여러 기능을 실행할 수 있는 재사용성이 높은 클래스를 설계하는 패턴으로 하나의 추상 클래스에 메서드를 만들어 각 명령이 들어오면 그에 맞는 서브 클래스가 선택되어 실행되는 특징을 갖는 디자인 패턴입니다. 요구사항을 객체로 캡슐화합니다.
9. Strategy
알고리즘 군을 정의하고(추상 클래스) 같은 알고리즘을 각각 하나의 클래스로 캡슐화한 다음, 필요할 때 서로 교환해서 사용할 수 있게 하는 패턴으로, 행위를 클래스로 캡슐화해 동적으로 행위를 자유롭게 바꿀 수 있게 해주는 디자인 패턴입니다. 행위 객체를 클래스로 캡슐화해 동적으로 행위를 자유롭게 변환합니다.
10. Memento
클래스 설계 관점에서 객체의 정보를 저장할 필요가 있을 때 적용하는 디자인 패턴으로 Undo 기능을 개발할 때 사용하는 디자인 패턴입니다. 객체를 이전 상태로 복구시켜야 하는 경우, '작업취소(Undo)' 요청이 가능합니다.
11. Chain of Responsibility
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 패턴입니다. 한 요청을 2개 이상의 객체에서 처리합니다.
이렇게 다양한 내용의 생성 디자인 패턴과 구조 디자인 패턴, 행위 디자인 패턴이 존재합니다. 정보처리기사 시험에도 매우매우매우 자주 출제되는 내용이기 때문에 어렵더라도 모두들 화이팅입니다.
감사합니다.