디자인 패턴 정리

디자인 패턴은 소프트웨어 개발 과정에서 효율적인 문제 해결을 위한 도구입니다. 이 글은 디자인 패턴에 대한 개요를 제공하고 주요 패턴들을 설명하였습니다.

 

목차

 

디자인 패턴 개요

디자인 패턴이란 소프트웨어 디자인에서 반복적으로 발생하는 문제를 해결하기 위한 해결책 입니다. 이러한 패턴은 시스템을 효율적으로 설계하는데 도움을 줄 수 있습니다.

 

디자인 패턴의 중요성

디자인 패턴은 소프트웨어 개발자들이 보다 빠르고 효과적인 솔루션을 설계하고 구현할 수 있도록 도와줍니다. 이는 코드 재사용성을 높이고, 코드 유지보수를 용이하게 하며, 개발 과정에서의 오류를 줄이도록 도와줄 수 있습니다.

 

디자인 패턴의 특징

디자인 패턴은 특정 문제에 대해 일반화된 솔루션을 제공합니다. 이로 인해 특정 문제를 풀기 위해 개발자가 코드를 처음부터 다시 작성할 필요가 없으며, 디자인 패턴은 보통 문서화되어 있고, 이 문서는 패턴의 이름, 문제 설명, 솔루션 그리고 언제 이 패턴을 사용해야 하는지에 대한 정보를 포함합니다.

 

주요 디자인 패턴 유형

디자인 패턴은 크게 세 가지 유형으로 분류됩니다.

• 생성 패턴 (Creational Design Patterns)
• 구조 패턴 (Structural Design Patterns)
• 행동 패턴 (Behavioral Design Patterns)

생성 패턴 (Creational Pattern)

생성 패턴은 객체 생성에 관련된 패턴입니다.

Singleton 패턴

이 패턴은 특정 클래스의 객체를 오직 하나만 생성하도록 합니다. 이 패턴의 가장 대표적인 예는 로거(logger)입니다. 애플리케이션에서는 일반적으로 하나의 로그 파일만 작성하므로 로거 객체는 하나만 필요합니다. 싱글턴 패턴을 사용하면 이를 간편하게 보장할 수 있습니다.

Factory 패턴

팩토리 패턴은 객체를 생성하는 인터페이스를 제공하지만, 어떤 클래스의 인스턴스를 생성할지는 서브클래스에게 맡깁니다. 예를 들어, 우리는 "동물"이라는 기본 클래스를 가지고 있을 수 있고, "고양이", "개", "말" 등의 서브클래스가 있을 수 있습니다. Factory Method 패턴을 사용하면 우리는 "동물 공장"을 만들고, 어떤 동물을 생성할지는 실행 시간에 결정할 수 있습니다.

Abstract Factory 패턴

이 패턴은 서로 관련이 있는 객체 그룹을 생성하는 인터페이스를 제공합니다. 예를들어, GUI 라이브러리를 개발한다고 가정해봅시다. 이 라이브러리는 여러 플랫폼에서 동작해야 하고, 각 플랫폼에 따라 다른 스타일의 버튼, 체크박스 등을 생성해야 할 수 있습니다. 이런 경우, Abstract Factory 패턴을 사용하여 각 플랫폼에 대한 'Widget Factory'를 만들 수 있습니다.

Builder 패턴

이 패턴은 복잡한 객체를 조립하는 방법을 제공합니다. Builder 패턴은 보통 단계적인 방법으로 객체를 생성할 필요가 있을 때 사용됩니다. 예를들어, 복잡한 문서나 사용자 인터페이스를 구축하는 데 Builder패턴이 사용될 수 있습니다.

Prototype 패턴

이 패턴은 기존 객체를 복제하여 새 객체를 만드는 방법을 제공합니다. Prototype 패턴은 객체 생성 비용이 높은 경우나 객체 상태에 따라 동적으로 복제가 필요한 경우에 사용됩니다. 예를 들어, 게임에서 많은 수의 비슷한 캐릭터를 생성해야 하는 경우 Prototype 패턴을 사용하여 기존 캐릭터를 복제할 수 있습니다.

 

구조 패턴 (Structural Pattern)

구조 패턴은 객체나 클래스 간의 관계를 정의하는 패턴입니다.

Adapter 패턴

어댑터 패턴은 호환되지 않는 인터페이스를 가진 두 개의 다른 클래스를 함께 작동하게 합니다. 예를 들어, 올드 버전의 라이브러리를 사용하는 코드가 새 버전의 라이브러리로 업데이트해야 하는 상황에서 이 패턴을 사용할 수 있습니다. 이런 경우, Adapter 패턴을 이용해 새 라이브러리와 호환되는 인터페이스를 제공하는 클래스를 생성하여 올드 버전의 라이브러리를 래핑할 수 있습니다.

Bridge 패턴

이 패턴은 추상화와 구현을 분리하여 두 개가 독립적으로 변할 수 있도록 합니다. 예를 들어, 웹 페이지 렌더링 엔진이 여러 플랫폼에서 동작하도록 설계된 경우, 각 플랫폼에 따라 렌더링 방식이 다를 수 있습니다. 이럴 때 Bridge 패턴을 사용하면 웹 페이지 렌더링 엔진의 추상화(렌더링 API)와 구현(각 플랫폼의 실제 렌더링 방식)을 분리할 수 있습니다.

Composite 패턴

이 패턴은 일부 객체를 그룹으로 취급하여 단일 객체와 동일하게 작동하게 하는 패턴입니다. 예를 들어, 파일 시스템을 설계하는 경우, 여러 파일들을 폴더에 넣고, 이 폴더를 다시 다른 폴더에 넣는 등의 작업이 필요할 것입니다. Composite 패턴을 사용하면, 개별 파일과 폴더를 동일한 방식으로 다룰 수 있습니다.

Decorator 패턴

이 패턴은 객체에 동적으로 추가 기능을 부여할 수 있는 패턴입니다. 이 패턴을 사용하면 객체의 서브클래싱 없이도 기능을 추가하거나 수정할 수 있습니다. 예를 들어, 자바의 I/O 스트림 클래스들은 Decorator 패턴을 사용합니다. 기본적인 InputStream 객체에 BufferedInputStream이나 DataInputStream 등의 데코레이터를 추가하여 다양한 기능을 확장할 수 있습니다.

Facade 패턴

이 패턴은 복잡한 시스템에 대한 간단한 인터페이스를 제공합니다. 예를 들어, 클라이언트가 데이터베이스에 접근해 데이터를 조회하고 결과를 가공해야 하는 상황에서 Facade 패턴을 사용할 수 있습니다. 이 패턴을 사용하면 데이터베이스 연결, 쿼리 실행, 결과 가공 등의 복잡한 과정을 단순화하여 클라이언트에게 단 한 줄의 메서드 호출만으로 필요한 결과를 제공할 수 있습니다.

Flyweight 패턴

이 패턴은 공유를 통해 대량의 세밀한 객체들을 효율적으로 지원합니다. 예를 들어, 웹 게임에서 많은 수의 비슷한 이미지 객체를 생성해야 하는 경우 Flyweight 패턴을 사용하여 이미지 데이터를 공유하고 객체 생성 비용을 줄일 수 있습니다.

Proxy 패턴

이 패턴은 접근 제어 또는 비용이 높은 객체 생성 등의 이유로 다른 객체에 대한 인터페이스를 제공합니다. 예를 들어, 웹 서비스에 대한 요청을 캐싱하여 빠른 응답을 제공하거나, 접근 권한을 검사하여 보안을 강화하는 등의 작업에 Proxy 패턴을 사용할 수 있습니다.

행동 패턴 (Behavioral Design Pattern)

행동 패턴은 객체간의 상호작용과 책임을 다루는 패턴입니다.

Chain of Responsibility 패턴

이 패턴은 요청의 발신자와 수신자를 분리합니다. 요청을 처리할 수 있는 객체들이 연결된 체인을 형성하고, 요청이 체인을 따라 전달되며 각 객체는 요청을 처리하거나 다음 객체로 넘깁니다. 예를 들어, 이벤트 처리 시스템에서 이 패턴을 사용할 수 있습니다. 이벤트를 처리할 수 있는 여러 핸들러가 있고, 어떤 핸들러가 이벤트를 처리할지는 실행 시간에 결정됩니다.

Command 패턴

이 패턴은 요청을 객체로 캡슐화하여 서로 다른 사용자 요청을 매개변수화할 수 있게 합니다. Command 패턴은 GUI 버튼, 메뉴 액션 등에서 사용됩니다. 이 패턴을 사용하면 사용자 액션을 Command 객체로 캡슐화하고 이를 큐에 저장하거나 로그에 기록한 뒤, 필요에 따라 액션을 실행하거나 취소할 수 있습니다.

Interpreter 패턴

이 패턴은 언어의 문법에 대한 표현을 정의하고, 이 표현을 사용해 문장을 해석합니다. 예를 들어, 정규 표현식 엔진이나 SQL 파서 등에서 이 패턴을 사용할 수 있습니다.

Mediator 패턴

이 패턴은 객체 간의 상호작용을 캡슐화하여 객체들이 직접 참조하지 않도록 하고, 이를 통해 객체 간의 결합도를 줄입니다. 예를 들어, 채팅 시스템에서는 Mediator 객체가 채팅 참가자들의 메시지를 조정하고 전달합니다.

Memento 패턴

이 패턴은 객체의 상태를 저장하고 필요할 때 이 상태를 복원할 수 있게 합니다. 예를 들어, 텍스트 에디터에서 undo 기능을 구현하는 데 Memento 패턴을 사용할 수 있습니다.

Observer 패턴

이 패턴은 한 객체의 상태 변경을 다른 객체들에게 통지하고, 이들 객체를 자동으로 업데이트합니다. 예를 들어, MVC 패턴에서 모델과 뷰 사이의 연결에 Observer 패턴이 사용됩니다.

State 패턴

이 패턴은 객체의 내부 상태에 따라 객체의 행동을 변경합니다. 이를 통해 객체가 자신의 클래스를 변경하는 것처럼 보이게 합니다. 예를 들어, 주문이 진행되는 동안 주문 객체의 상태가 여러 단계로 변화하며 각 단계에 따른 행동이 다를 수 있습니다.

Strategy 패턴

이 패턴은 알고리즘을 정의하고 각각을 하나의 클래스로 캡슐화하여 서로 교환 가능하게 합니다. 이를 통해 알고리즘을 독립적으로 변경할 수 있습니다. 예를 들어, 데이터를 정렬하는 애플리케이션에서는 여러 가지 정렬 알고리즘을 Strategy 패턴을 사용해 캡슐화하고 실행 시간에 알고리즘을 교체할 수 있습니다.

Template Method 패턴

이 패턴은 알고리즘의 골격을 정의하고 일부 단계를 서브클래스에서 재정의할 수 있게 합니다. 이를 통해 알고리즘의 구조를 변경하지 않고 알고리즘의 특정 단계를 변경할 수 있습니다. 예를 들어, 데이터를 처리하는 애플리케이션에서는 데이터 로딩, 처리, 저장 등의 단계가 일반적으로 동일하므로 이를 Template Method 패턴에 따라 메소드에 정의하고, 각 단계에서 수행할 특정 작업은 서브클래스에서 재정의할 수 있습니다.

Visitor 패턴

이 패턴은 데이터 구조의 요소에 작용하는 연산을 표현합니다. 이를 통해 데이터 구조를 변경하지 않고도 새로운 연산을 쉽게 추가할 수 있습니다. 예를 들어, 사용자의 웹 사이트 방문 기록을 분석하는 애플리케이션에서는 각 방문 기록을 요소로 갖는 데이터 구조와 이 데이터 구조에 작용하는 다양한 분석 연산(예: 총 방문 횟수 계산, 가장 많이 방문한 페이지 찾기 등)을 Visitor 패턴에 따라 구현할 수 있습니다.

 

 

디자인 패턴의 실제 적용

디자인 패턴은 일반적으로 소프트웨어 개발 프로세스의 일부로 적용됩니다. 이것은 개발자들이 효과적으로 문제를 이해하고, 해당 문제에 대한 효율적인 솔루션을 찾는 데 도움이 됩니다.

 

디자인 패턴의 장단점

디자인 패턴의 장점 중 하나는 개발 시간을 단축시키는 것입니다. 디자인 패턴은 이미 검증된 솔루션을 제공하기 때문에, 개발자는 특정 문제에 대한 코드를 처음부터 작성할 필요가 없습니다. 그러나 디자인 패턴의 단점 중 하나는 이를 적용하는 데 필요한 추가적인 시간과 노력입니다. 이로 인해 프로젝트의 초기 개발 시간이 늘어날 수 있습니다.