디자인 패턴

ㅁ 소프트웨어 디자인 패턴이란?

소프트웨어 개발 방법으로 사용되는 디자인패턴(Desigin Pattern)은 과거의 소프트웨어 개발 과정에서 발견된 설계의 노하우를 축적하여 그 방법에 이름을 붙여서 이후에 재사용하기 좋은 형태로 특정 규약을 만들어서 정리한 것입니다. 디자인 패턴은 소프트웨어 설계에 있어 공통적인 문제들에 대한 표준적인 해법과 작명법을 제안하며, 알고리즘과 같이 프로그램 코드로 바로 변환될 수 있는 형태는 아니지만, 특정한 상황에서 구조적인 문제를 해결하는 방식입니다. 즉 "효율적인 코드를 만들기 위한 방법론"이라고 생각하시면 됩니다.

디자인 패턴은 외우기보다는 어떠한 패턴이 있는지 알고 수많은 디자인 패턴에서 다양한 코딩 노하우를 습득하는것이 중요하다고 생각합니다. "이 코드에는 무조건 이 패턴을 적용시킬거야!" 이것이 아니라 여러가지 패턴이 자연스럽게 내 코드에 녹아드는것이 좋다고 생각합니다. 

 

     -  소프트웨어를 설계할 때 특정 맥락에서 자주 발생하는 고질적인 문제들이 또 발생했을 때

        ==> 재사용할 할 수있는 훌륭한 해결책
     - “바퀴를 다시 발명하지 마라(Don’t reinvent the wheel)”
         ==> 이미 만들어져서 잘 되는 것을 처음부터 다시 만들 필요가 없다는 의미이다.
      - 패턴이란
        각기 다른 소프트웨어 모듈이나 기능을 가진 다양한 응용 소프트웨어 시스템들을 개발할 때도 서로 간에 공통되는 설계 문제가 존재하며 이를 처리하는 해결책 사이에도 공통점이 있다. 이러한 유사점을 패턴이라 한다.

 

ㅁ 디자인 패턴의 종류

23가지의 디자인 패턴을 정리하고 3가지 범주로 분류함

1) 생성 패턴(Creational Patterns)

 객체 생성에 관련된 패턴입니다. 객체의 생성과 조합을 캡슐화해 특정 객체가 생성되거나 변경되어도 프로그램 구조에 영향을 크게 받지 않도록 유연성을 제공합니다.

종류

1. 싱글톤 패턴(Singleton) : 클래스의 인스턴스가 하나임을 보장하고 접근할 수 있는 전역적인 접근점을 제공하는 패턴으로, 디자인 패턴의 가장 많이 알려진 패턴입니다.    ==>  환경설정에 속성들이 해당되지 않을까 함

    private로 getInstance를 통하여 생성하도록 한다

   단 Thread(동시성)문제 발생 해결책으로 

           1)  Eager initailization(이른 초기화, Thread safe)

           2) 게으른 초기화1 : Lazy Initialization with synchronized(게으른 초기화, 동기화 블럭) :

                즉 getInstance에 synchronized 적용

           3) 게으른 초기화2 :  Lazy Initialization. Double Checking Locking(DCL)

                처리속도가 늦은 new연산자를 보안  getInstance안에 syschrnized 처리

           4) 게으른 초기화3 :  Lazy Initialization. LazyHolder

                getInstance에 Inital 메서드를 통해 final static 생성

                자세한 내용 : https://dicws.tistory.com/157

1.1 싱글턴(Singleton) :: 생성(Creational) 패턴

2. 추상팩토리 패턴(Abstract Factory) : 구체적인 클래스를 지정하지 않고 관련성이 있거나, 독립적인 객체들을 생성하기  위한 인터페이스를 제공하는 패턴입니다.  

     -> 추상클래스에 추상화만들고 Consumer class를 처리하여,  팩토리 메서드 패턴의 if ~else if 를 걷어낼수 있다

                자세한 내용 : https://dicws.tistory.com/158?category=1060753 

1.2 추상 팩토리 패턴(Abstract Factory Pattern) ........생성(Creational) 패턴중

 

3. 팩토리 메서드 패턴(Factory Method) : 객체를 생성하는 인터페이스를 정의하지만, 인스턴스를 만드는 클래스는 서브클래스에서 결정하도록 하는 패턴입니다. 팩토리 메서드에서는 인스턴스를 만드는 것을 서브 클래스에서 하게 됩니다.

   -->   if ~else if 등으로   

   사용 예

1. java.util 패키지에 있는 Calendar, ResourceBundle, NumberFormat 등의 클래스에서 정의된 getInstance() 메소드가 팩토리 패턴을 사용하고 있습니다.

Boolean, Integer, Long 등 Wrapper class 안에 정의된 valueOf() 메소드 또한 팩토리 패턴을 사용했습니다.

                자세한 내용  : https://dicws.tistory.com/159?category=1060753 

1.2 팩토리 메소드 패턴(Factory method pattern)........ 생성(Creational) 패턴중

4. 빌더 패턴(Builder) : 복학 객체의 생성과정과 표현과정을 분리시켜 동일한 생성과정에서 다양한 표현을 생성할 수 있는 패턴입니다.

        Computer comp = new Computer.ComputerBuilder("500 GB", "2 GB")
                .setBluetoothEnabled(true)
                .setGraphicsCardEnabled(true)
                .build();

    -- > 많은 Optional한 멤버 변수(혹은 파라미터)나 지속성 없는 상태 값들에 대해 처리해야 하는 문제들을 해결합니다.

                자세한 내용  : https://dicws.tistory.com/160?category=1060753 

1.4 빌더 패턴은 생성 패턴(Creational Pattern) ........ 생성(Creational) 패턴중

 

5. 원형 패턴(Prototype) : 생성할 객체의 종류를 명시하는 데 원형이 되는 예시물을 이용하고 새로운 객체를 이 원형들을 복사함으로써 생성하는 패턴입니다.

   clone()과 같이 복제하여 추가 자료 처리 

                자세한 내용  : https://dicws.tistory.com/161

1.5 프로토타입 패턴은 생성 패턴(Creational Pattern)........ 생성(Creational) 패턴중

 

2) 구조 패턴(Structural Patterns)

구조 패턴이란 작은 클래스들을 상속과 합성을 이용하여 더 큰 클래스를 생성하는 방법을 제공하는 패턴입니다.

이 패턴을 사용하면 서로 독립적으로 개발한 클래스 라이브러리를 마치 하나인 양 사용할 수 있습니다. 또, 여러 인터페이스를 합성(Composite)하여 서로 다른 인터페이스들의 통일된 추상을 제공합니다.

 

구조 패턴의 중요한 포인트는 인터페이스나 구현을 복합하는 것이 아니라 객체를 합성하는 방법을 제공한다는 것입니다. 이는 컴파일 단계에서가 아닌 런타임 단계에서 복합 방법이나 대상을 변경할 수 있다는 점에서 유연성을 갖습니다.

 

종류

1. 적응자 패턴(Adapter or Wrapper) : 클래스의 인터페이스를 사용자가 기대하는 다른 인터페이스로 변환하는 패턴으로, 호환성이 없는 인터페이스 때문에 함께 동작할 수 없는 클래스들이 함께 작동하도록 해주는 패턴입니다.

 Class Adapter(Inheritance)와 Object Adapter(Composite) 두 가지 방법으로 호환되지 않은 클래스를 변환하는 패턴

  ex) 120v -> 3v -> 2v 등등 convertVolt를 통해 변환 함

                자세한 내용  : https://dicws.tistory.com/162

https://dicws.tistory.com/manage/newpost/162?type=post&returnURL=https%3A%2F%2Fdicws.tistory.com%2F162

2. 컴포지션 패턴(Composite) : 객체들의 관계를 트리 구조로 구성하여 부분-전체 계층을 표현하는 패턴입니다. 사용자는 이 복합체 패턴을 통해 단일 객체와 복합 객체 모두 동일하게 다룰 수 있습니다.

그룹으로 묶어 한꺼번에 처리할수 있다.

 

복합체 패턴은 다음과 같은 오브젝트들을 갖습니다.

• Base Component - 베이스 컴포넌트는 클라이언트가 composition 내의 오브젝트들을 다루기 위해 제공되는 인터페이스를 말합니다. 베이스 컴포넌트는 인터페이스 또는 추상 클래스로 정의되며 모든 오브젝트들에게 공통되는 메소드를 정의해야 합니다.
• Leaf - composition 내 오브젝트들의 행동을 정의합니다. 이는 복합체를 구성하는 데 중요한 요소이며, 베이스 컴포넌트를 구현합니다. 그리고 Leaf는 다른 컴포넌트에 대해 참조를 가지면 안됩니다. 
• Composite - Leaf 객체들로 이루어져 있으며 베이스 컴포넌트 내 명령들을 구현합니다.

                자세한 내용  : https://dicws.tistory.com/163?category=1060753 

2.2 컴포지트 패턴(Composite Pattern) .....구조 패턴(Structural Pattern) 중

 

3. 프록시 패턴(Proxy) : 어떤 다른 객체로 접근하는 것을 통제하기 위해 그 객체의 매니저 또는 자리 채움자를 제공하는 패턴입니다.

어떤 다른 객체로 접근하는 것을 통제하기 위해서 그 객체의 대리자(surrogate)나 자리표시자(placeholder)의 역할을 하는 객체를 제공하는 패턴입니다.  

또한 어떤 객체에 대하여 접근할 때에 Wrapper Class를 두어 접근에 대한 통제(Control access)를 위해 사용합니다.

                자세한 내용  : https://dicws.tistory.com/164?category=1060753 

2.3 프록시 패턴(Proxy Pattern) .....구조 패턴(Structural Pattern) 중

4. 플라이웨이트 패턴(Flyweight): '공유(Sharing)'를 통하여 대량의 객체들을 효과적으로 지원하는 방법

Shape interface를 구현하고 Line과 Oval 등 implements 해서 FlyweightFactory에 있으면 해당건 없으면 생성방식으로 공유해서 사용토록 한다  ->아이콘등쓰면 좋을듯

 

자바의 모든 래퍼 클래스의 valueOf() 메소드가 바로 이 플라이웨이트 패턴을 사용하고 있습니다. 그래서 래퍼 클래스를 생성해야 할 때 new 키워드를 통해 인스턴스를 매번 생성하기보다는 valueOf() 메소드를 통해 생성하는 것이 더 효율적입니다.

  ※ 참고:  Facade 패턴, Adapter 패턴, Decorator 패턴처럼 구조 패턴 중 하나로, 많은 수의 객체를 생성할때 사용함

                자세한 내용  : https://dicws.tistory.com/165?category=1060753 

2.4 플라이웨이트 패턴(Flyweight Pattern) .....구조 패턴(Structural Pattern) 중

 

5. 퍼사드 패턴(Facade) : 서브시스템에 있는 인터페이스 집합에 통합된 하나의 인터페이스를 제공합니다. 서브시스템을 좀 더 쉽게 사용하기 위해 고수준(higher-level)의 인터페이스를 정의합니다.

MySql 과 Oracle PDF 리포트 Helper class 예시, 하위를 숨기려는게 아님

※ 참고 : 퍼사드 패턴(Facade Pattern)은 Flyweight 패턴, Adapter 패턴, Decorator 패턴처럼 구조 패턴 중 하나로, 클라이언트가 쉽게 시스템과 상호작용 할 수 있도록 도와주는 패턴

                자세한 내용 : https://dicws.tistory.com/166?category=1060753 

2.5 퍼사드 패턴(Facade Pattern) .....구조 패턴(Structural Pattern) 중

 

6. 브리지 패턴(Bridge) : 구현부에 추상층을 분리하여 각자 독립적으로 변형할 수 있도록 하는 패턴입니다. - 컴포지트 패턴(Composite) : 객체들의 관계를 트리 구조로 구성하여 부분-전체 계층을 표현하는 패턴으로, 사용자가 단일 / 복합객체 모두 동일하게 다루도록 하는 패턴입니다.

Shape와 Color  를 Triangle, Pentagon에 적용

※ 참고 :  Flyweight 패턴, Adapter 패턴, Decorator 패턴처럼 구조 패턴 중 하나로, 두 인터페이스에 계층 구조(Hierarchy)를 가지고 있을 때 인터페이스를 구현(implements)으로부터 분리하고 클라이언트 프로그램으로부터 구현 세부사항을 숨기기 위해 사용되는 패턴입니다.

                자세한 내용 : https://dicws.tistory.com/167?category=1060753 

2.6 브릿지 패턴(Bridge Pattern) .....구조 패턴(Structural Pattern) 중

 

7. 데코레이터 패턴(Decorator) : 주어진 상황 및 용도에 따라 어떤 객체에 책임을 덧붙이는 패턴으로, 기능확장이 필요할 때 서브클래스 대신 쓸 수 있는 대안이 될 수 있습니다.

JDK 에서 FileReader, BufferedReader 등 IO 클래스에 사용되는 패턴

Car sportsLuxuryCar = new SportsCar(new LuxuryCar(new BasicCar()));

※ 참고 : 런타임에서 객체의 기능을 수정하는데 사용되는 패턴

               자세한 내용 : https://dicws.tistory.com/168?category=1060753 

2.7 데코레이터 패턴(Decorator Pattern) .....구조 패턴(Structural Pattern) 중

 

3) 행위 패턴(Behavioral Patterns)

객체나 클래스 사이의 알고리즘이나 책임 분배에 관련된 패턴입니다. 한 객체가 혼자 수행할 수 없는 작업을 여러개의 객체로 어떻게 분배하는지, 또 그렇게 하면서도 객체 사이의 결합도를 최소화하는것에 중점을 두는 방식입니다.

 

종류

1. 템플릿 패턴(Template) : 객체의 연산에서 알고리즘의 뼈대만 정의하고, 나머지는 서브클래스에서 이루어지게 하는 패턴입니다. 템플릿패턴은 알고리즘의 구조는 변경하지 않고 알고리즘의 각 단계를 서브클래스에서 재정의하게 됩니다.

아이스 아메리카노, 라떼 -> 커피 :물끓인다 -> 에스프레소 넣는다->얼음넣는다-> 기타(우유/시럽)

※ 참고 : 템플릿 메소드 패턴은 "알고리즘의 뼈대"를 맞추는 것에 있다.

        즉, 전체적인 레이아웃을 통일 시키지만 상속받은 클래스로 하여금 어느정도 유연성을 주도록하는 디자인 패턴이다. 

               자세한 내용 :  https://dicws.tistory.com/171?category=1060753 

3.1 템플릿 메소드 패턴(Template Method Pattern) .....행동 패턴(Behavioral Pattern) 중

 

2. 옵저버 패턴(Observer) : 객체들 사이에 1 : N 의 의존관계를 정의하여 어떤 객체의 상태가 변할 때, 의존관계에 있는 모든 객체들이 통지받고 자동으로 갱신될 수 있게 만드는 패턴입니다.

Swing, Android 등에서 UI관련된 곳에서 이 옵저버 패턴이 많이 사용된다.

옵저버 패턴의 특징은 Loose Coupling을 잘 만족하여 서로 아는 지식은 적지만, 커뮤니케이션은 가능하다는 점이다.

 

예제) Observer 인터페이스에 update, Publisher 인터페이스에 regsiterObserver, removeObserver , notifyObservers

          Subscriber Publisher를 지정 , Observer 인터페이스의 update를 통해  갱신

               자세한 내용 :  https://dicws.tistory.com/172

3.2 옵저버 패턴(Observer Pattern) .....행동 패턴(Behavioral Pattern) 중

3. 이터레이터 패턴(Iterator,반복자) : 내부 표현부를 노출하지 않고 어떤 객체 집합의 원소들을 순차적으로 접근할 수 있는 방법을 제공하는 패턴입니다. 즉 일련의 순서를 가진 데이터 집합에 대하여 순차적인 접근을 지원하는 패턴이다.

Iterator 인터페이스에 hasNext, next, remove 메소드로 CoffeeMenuIterator를 구현 Collection Object를 생성하고,

 Aggregate(골재)에 abstract createIterator 메소드로 CoffeeMenu를 구현 CoffeeMenuIterator 인스턴스 생성보관

※ 참고 :  반복자 패턴은 이터레이터 패턴이라고도 하고 Cursor라고도 한다.

     즉, 대상으로 삼는 Context는 객체를 여러개 담고 있는 Aggregate Object(Collection Obj)이다.(ex : ArrayList)

     -  Aggregate : 골재

               자세한 내용 :  https://dicws.tistory.com/173?category=1060753 

3.3 반복자 패턴(Iterator Pattern) .....행동 패턴(Behavioral Pattern) 중

4. 미디에이터 패턴(Mediator, 중재자) : 한 집합에 속해있는 객체들의 상호 작용을 캡슐화하는 객체를 정의하는 패턴입니다. 중재자는 객체들이 직접 서로 참조하지 않도록함으로써 객체들간의 느슨한 연결을 촉진시키며 객체들의 상호작용을 독립적으로 다양화 시킬 수 있도록 해줍니다. 

옵져버는 Substiber가 받기만 하는데 Mediator는 서로 통신한다

관제탑은  ISource Mediator, event발생에 대한 선언 인터페이스로 Tcpcom, SystemSignal 구현

Mediator 클래스로 event를 받을 Destination을 추가 관리 event발생 notiy를 함

각 비행기는 IDestionation receiveEvent 선언 Display, Log 를 구현함으로 TcpCom과 SystemSingnal에 발생된 이벤트를 전달한다.

※ 참고 : M:N의 관계에서 M:1의 관계로 복잡도를 떨어뜨려 유지 보수 및 재사용의 확장성에 유리한 패턴이다.M:N의 관계에서 M:1의 관계로 복잡도를 떨어뜨려 유지 보수 및 재사용의 확장성에 유리한 패턴이다.

               자세한 내용 : https://dicws.tistory.com/174

3.4 중재자 패턴(Mediator Pattern).....행동 패턴(Behavioral Pattern) 중

 

5. 스트레이트지 패턴(Strategy, 전략) : 동일 계열의 알고리즘들을 정의하고, 각각 캡슐화하며 이들을 상호교환 가능하도록 만드는 것입니다. 알고리즘을 사용하는 사용자로부터 독립적으로 알고리즘이 변경될 수 있도록 하는 패턴입니다.

코드에서 달라지는 부분을 찾아내고, 달라지지 않는 부분으로부터 분리시킨다. (달라지는 부분을 찾아서 나머지 코드에 영향을 주지 않도록 "캡술화")
상속보다는 구성을 활용한다.(상속 보다는 객체의 합성을 중요시 하자)
상속보다는 구성을 활용한다. 구현이 아닌 인터페이스에 맞춰서 프로그래밍 한다.

 

예제는 오리게임을 통해 날고있는행동, 울고있는 행동을 분리

 

※ 참고 : 즉, 행위를 클래스로 캡슐화 하여 동적으로 행위를 바꾸어도 코드가 복잡해 지지 않도록 한다.
여기서의 패턴 이름과 같이 전략을 쉽게 바꾸도록 해주는 디자인 패턴이다.

               자세한 내용 : https://dicws.tistory.com/175

3.5 전략 패턴(Stragety Pattern).....행동 패턴(Behavioral Pattern) 중

 

6. 상태 패턴(State) : 객체의 내부 상태가 변경될 때 행동을 변경하도록 허락합니다. 객체는 자신의 클래스가 변경되는 것처럼 보이게 됩니다.

HandState 인터페이스를 통해 하위에 Rock, Scissors, Paper등의 행동을 구체화하여 Person의 상태를 set, get을 통해 자신이 변경한것처럼 한다.

※ 참고 :  상태 패턴은 내부 상태 객체들이 캡슐화되어 외부에서 전혀 알 수 없게되고,

              외부에서는 Context 객체의 각 Action들을 호출하기만 할 뿐이다.

              이를 통해 Decoupling을 하여 코드의 수정 및 확장을 용이하게 한다.

               자세한 내용 : 

 

7. 책임연쇄 패턴(Chain of Responsibility,역할 사슬) : 명령 객체와 일련의 처리 객체를 포함하는 디자인 패턴이다. 각각의 처리 객체는 명령 객체를 처리할 수 있는 연산의 집합이고, 체인 안의 처리 객체가 핸들할 수 없는 명령은 다음 처리 객체로 넘겨진다.

1. Handler
   요청을 수신하고 처리객체들의 집합에 전달하는 인터페이스이다.
   집합의 첫 번째 핸들러에 대한 정보만 가지고 있으며 그 이후의 핸들러에 대해서는 알 수 없다.
2. Concrete Handler
   요청을 처리하는 실제 처리객체입니다.
3. Client
   요청을 전달하는 클라이언트입니다.

동전 거슬러주기 큰단위부터 작은단위로 위임하면서 처리 예시

분배체인 인터페이스(DispenseChain) 통해 Won100Dispenser - > Won10Dispenser -> Won1Dispenser로 넘김

※ 참고 : 어떤 요청이 그 요청을 담당하는 객체에 들어오면 각각의 요청에 대해서 특정한 객체가 담당하는 것이 일반적이지만 객체를 연결리스트와 같은 사슬 방식으로 연결한 후에 요청을 수행하지 못하는 객체라면 다음 객체에 넘기며 책임을 넘기는 형태의 패턴을 말한다.  예) Try catch 문이 대표

               자세한 내용 : https://dicws.tistory.com/177?category=1060753 

3.7 책임연쇄 패턴(Chain of responsibility) .....행동 패턴(Behavioral Pattern) 중

 

8. 메멘토 패턴(Memento) : 메멘토 패턴은 객체의 상태 정보를 저장하고 사용자의 필요에 의하여 원하는 시점의 데이터를 복원 할 수 있는 패턴을 의미합니다.

Information 클래스에 실제 데이터넣고  CreateMemento 메서드를 통해 복원시점 Memento 클래스 넣고

CareTaker stack함수를 통해  push, pop을 통하여 넣고 빼게 되어 있음

               자세한 내용 :  https://dicws.tistory.com/179

3.8 메멘토 패턴 (Memento Pattern) .....행동 패턴(Behavioral Pattern) 중

9. 비지터 패턴(Visitor) : 객체구조를 이루는 원소에 대해 수행할 연산을 표현합니다. 방문자는 연산에 적용할 원소의 클래스를 변경하지 않고 새로운 연산을 재정의 할 수 있습니다.

 

※ 참고 : 알고리즘을 객체 구조에서 분리시키는 디자인 패턴이다.

               자세한 내용 :  https://dicws.tistory.com/180

3.9 비지터 패턴(Vistor Pattern) .....행동 패턴(Behavioral Pattern) 중

10. 인터프리터 패턴(Interpreter) : 주어진 언어에 대해서 문법을 위한 표현수단을 정의하고, 해당 언어로 된 문장을 해석하는 해석기를 사용하는 패턴입니다.

 

※  참고 : 문법적 규칙을 클래스화 하여, 일련의 규칙을 통해 언어/문법을 해석하는 패턴

 

               자세한 내용 : https://dicws.tistory.com/181

3.10 인터프리터 패턴(Interpreter Pattern) .....행동 패턴(Behavioral Pattern) 중

11. 커맨드 패턴(Command) : 요청을 객체로 캡슐화하여 서로 다른 사용자의 매개변수화, 요청 저장 또는 로깅, 연산의 취소를 지원하게 만드는 패턴입니다.

 

※ 참고 : 실행될 기능을 캡슐화함으로써 기능의 실행을 요구하는 호출자(Invoker) 클래스와 실제 기능을 실행하는 수신자(Receiver) 클래스 사이의 의존성을 제거한다.

따라서 실행될 기능의 변경에도 호출자 클래스를 수정 없이 그대로 사용 할 수 있도록 해준다.

               자세한 내용 : https://dicws.tistory.com/182

3.11 커맨드 패턴(Command) .....행동 패턴(Behavioral Pattern) 중

 

 

 

 

참고 원문  : https://www.hanbit.co.kr/channel/category/category_view.html?cms_code=CMS8616098823 

[Design pattern] 많이 쓰는 14가지 핵심 GoF 디자인 패턴의 종류

                    https://coding-factory.tistory.com/708

[Design Pattern] 디자인 패턴 정의와 종류에 대하여