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디자인 패턴

DJOH 2023. 12. 8. 11:14

 

디자인 패턴은 소프트웨어 디자인에서 발생하는 일반적인 문제에 대한 해결책을 포괄적으로 설명하는 재사용 가능한 설계 아이디어입니다. 디자인 패턴은 경험적으로 검증된 솔루션을 제공하여 코드를 더 유연하고 재사용 가능하며 유지보수가 쉽도록 만듭니다.

 

장점

  • 개발자간의 원활한 소통
  • 소프트웨어 구조 파악이 용이
  • 재사용을 통한 개발 시간 단축
  • 설계 변경 요청에 대한 유연한 대처

단점

  • 객체지항 설계에 대한 깊은 이해도가 필요
  • 간단한 문제에 대해 디자인 패턴을 적용하는 것이 오히려 더 복잡하고 비효율적일 수 있습니다.
  • 모든 문제에 대해 디자인 패턴을 적용하는 것은 적절하지 않습니다.

 

 

디자인 패턴은 크게 생성(Creational), 구조(Structural), 행동(Behavioral)이 있습니다.

 

생성 패턴

생성 패턴(Creational Pattern) : 객체 생성에 관련된 패턴으로, 객체가 생성되는 방식을 기본적인 형태에서 분리하여 코드의 유연성을 높입니다

Factory Method, Abstract Factory, Builder, Prototype, Singleton

 

구조 패턴

구조 패턴(Structural Pattern) : 클래스나 객체를 조합해 더 큰 구조를 만드는 패턴입니다. 서로 다른 인터페이스를 가진 두 개의 객체를 함께 사용하거나, 객체들을 서로 묶어 새로운 기능을 제공하는 등의 역할을 합니다.

Adapter, Bridge, Composite, Decorator, Facade, Flyweight, Proxy

 

행동 패턴

행동 패턴(Behavioral Pattern) : 객체나 클래스 사이의 알고리즘이나 책임 분배에 관련된 패턴입니다. 즉, 객체의 행동 패턴에 초점을 맞춥니다.

Strategy, Template Method, Visitor, Iterator, Observer

 

 

싱글톤 패턴 (생성 패턴)

하나의 클래스에 오직 하나의 인스턴스만 갖도록 하는 패턴

 

  1.  외부에서 생성자를 호출 할 수 없도록 코드를 설계한다.
  2. 자신의 참조 값을 저장할 수 있는 static 변수를 선언한다.
  3. 객체를 메모리에 올릴 코드를 작성하고 외부에서 접근할 수 있는 메서드를 만들어준다. 단, 정적 메서드(static)로 만들어준다.

 

 

예제) 

package ch01;

public class CoffeeMaker {
	// 2. 
	private static CoffeeMaker instance;
	
	// 1. 
	private CoffeeMaker() {}
	
	// 3. 
	public static CoffeeMaker getInstatnce() {
		if(instance == null) {
			instance = new CoffeeMaker();
		}
		return instance;
	}
	
	// 커피만들기
	public void makeCoffee() {
		System.out.println("커피가 만들어졌습니다.");
	}
}

 

 

package ch01;

import java.io.BufferedWriter;
import java.io.FileWriter;
import java.io.IOException;

public class LogWriter {
	// 2.
	private static LogWriter instance;
	private static BufferedWriter writer;
	
	// 1. 
	private LogWriter() {
		try {
			writer = new BufferedWriter(new FileWriter("log.txt", true));
		} catch (IOException e) {
			e.printStackTrace();
		}
	}
	
	// 3.
	public static LogWriter getInstance() { // synchronized 사용할 수 있다
		if(instance == null) {
			instance = new LogWriter();
		}
		return instance;
	}
	
	// 로그 작성 기능
	public void writeLog(String log) {
		try {
			writer.write(log);
			writer.newLine();
			writer.flush();
		} catch (IOException e) {
			e.printStackTrace();
		}
	}
}

 

 

package ch01;

import java.text.SimpleDateFormat;
import java.util.Date;

public class Cafe {
	public static void main(String[] args) {
		// 커피 메이커 인스턴스 얻어서 커피를 만들게 동작 시키기
		System.out.println("- 세상에서 가장 작은 카페 오픈 -");
		
//		CoffeeMaker coffeeMaker = new CoffeeMaker(); // 사용할 수 없음
		CoffeeMaker coffeeMaker = CoffeeMaker.getInstatnce();
		coffeeMaker.makeCoffee();	
		
		LogWriter.getInstance().writeLog("커피 결제 완료 : " + dateFormatter(new Date()));
		
		// 다른 파일에서 또 필요함
		CoffeeMaker coffeeMaker2 = CoffeeMaker.getInstatnce();
		coffeeMaker2.makeCoffee();

		LogWriter.getInstance().writeLog("커피 결제 완료 : " + dateFormatter(new Date()));
		
		// 두 인스턴스가 동일한지 확인
		System.out.println("coffeeMaker == coffeeMaker2 : " + (coffeeMaker == coffeeMaker2));
		
	}
	
	public static String dateFormatter(Date date) {
		SimpleDateFormat dateFormat = new SimpleDateFormat("yyyy-MM-dd HH:mm:ss");
		return dateFormat.format(date);
	}
}

 

 

실행 결과

- 세상에서 가장 작은 카페 오픈 -
커피가 만들어졌습니다.
커피가 만들어졌습니다.
coffeeMaker == coffeeMaker2 : true

 

 

log.txt 파일

커피 결제 완료 : 2023-12-08 09:49:32
커피 결제 완료 : 2023-12-08 09:49:32

 

 

빌더 패턴 (생성 패턴)

복잡한 객체의 생성 과정과 표현 방법을 분리하여 다양한 구성의 인스턴스를 만드는 생성 패턴

 

빌더 패턴을 사용하면 복잡한 객체를 다양한 방식으로 조립할 수 있습니다.

클라이언트 코드는 필요한 부분만 선택하여 구성할 수 있습니다.

 

  • 가독성 향상 - 빌더 패턴은 생성자에 많은 매개변수가 있는 복잡한 객체를 생성할 때 특히 유용합니다. 각 매개변수의 의미를 명확하게 파악하기 어렵고 코드를 읽는데 어려움이 있을 수 있는데, 빌더 패턴을 사용하면 이러한 문제를 해결할 수 있습니다.
  • 불변성 유지 - 빌더 패턴을 사용하면 객체의 불변성을 유지하는 것이 더 쉬워집니다. 모든 매개변수를 생성자에 전달하고, 이후에는 객체의 상태를 변경하지 않도록 할 수 있습니다. 물론 setter 를 만들어 주면 상태 변경 가능
  • 유연성 - 빌더 패턴을 사용하면 객체를 생성하는 과정을 단계별로 분리할 수 있습니다. 이는 특정 단계를 생략하거나 순서를 변경하는 등, 객체 생성 과정을 더 유연하게 조정할 수 있게 합니다.

 

  1. 멤버 변수를 정의
  2. 생성자를 private 선언
  3. 정적 내부 클래스로 Builder 클래스 선언하기 (외부 접근 허용)
  4. 외부 클래스를 멤버 변수로 가지고 있어야 한다.
  5. 핵심 ! 반드시 Build() 메서드를 만들어주자

 

예제) 

package ch02;

// this 용법 3가지
// this.
// this() <- 생성자 호출
// return 키워드에 this를 반환
public class Robot {
	// 1. 
	private String head;
	private String torso;
	private String arms;
	private String legs;
	
	// 2. 
	private Robot() {
	}
	
	// 3. 
	public static class Builder {
		// 4. 
		private Robot robot;
		
		public Builder() {
			this.robot = new Robot();
		}
		
		public Builder head(String head) {
			robot.head =  head;
			return this;
		}
		
		public Builder torso(String torso) {
			robot.torso = torso;
			return this;
		}
		
		public Builder arms(String arms) {
			robot.arms = arms;
			return this;
		}
		
		public Builder legs(String legs) {
			robot.legs = legs;
			return this;
		}
		
		// 핵심 ! 반드시 Build() 메서드를 만들어주자
		public Robot build() {
			return robot;
		}
	}

	@Override
	public String toString() {
		return "Robot [head=" + head + ", torso=" + torso + ", 
        		arms=" + arms + ", legs=" + legs + "]";
	}
	
}

 

 

package ch02;

public class RobotClient {
	public static void main(String[] args) {
		Robot robot = new Robot.Builder()
				.head("메탈 헤드")
				.torso("강철 몸통")
				.arms("티타늄 팔")
				.legs("시멘트 다리")
				.build();
		System.out.println(robot.toString());
	}
}

 

 

실행 결과

Robot [head=메탈 헤드, torso=강철 몸통, arms=티타늄 팔, legs=시멘트 다리]

 

 

 

어댑터 패턴 (구조 패턴)

호환되지 않는 인터페이스들을 연결하는 디자인 패턴

 

어댑터 패턴은 한 클래스의 인터페이스를 클라이언트가 기대하는 다른 인터페이스로 변환하는 패턴입니다. 이를 통해 인터페이스 호환성 문제를 해결할 수 있습니다. 

 

 

예제)

package ch03;

public interface IElectronic110v {
	void connect();
}

 

package ch03;

public interface IElectronic220v {
	void connect();
}

 

package ch03;

// 어댑터 패턴 활용
public class ElectronicAdapter implements IElectronic220v{
	// 1. 변환하고자 하는 스펙을 포함관계로 만들어준다.
	private IElectronic110v electronic110v;
	
	// 2. 생성자를 통해서 의존 주입
	public ElectronicAdapter(IElectronic110v electronic110v) {
		this.electronic110v = electronic110v;
	}
	
	@Override
	public void connect() {
		// 220v에 connect 메서드를 호출하는데
		// 실제로 연결된 건 110v connect() 메서드이다.
		electronic110v.connect();
	}
}

 

package ch03;

public class AirConditionner implements IElectronic220v{
	
	@Override
	public void connect() {
		System.out.println("에어컨 연결 220v ON");
	}

}

 

package ch03;

public class HairDryer implements IElectronic110v {

	@Override
	public void connect() {
		System.out.println("헤어 드라이기 연결 110v ON");
	}
	
}

 

package ch03;

public class Cleaner implements IElectronic110v {
	@Override
	public void connect() {
		System.out.println("청소기 연결 110v ON");
	}

}

 

package ch03;

public class MyHouse {
	
	public static void homeConnect(IElectronic220v electronic220v) {
		electronic220v.connect();
	}

	public static void main(String[] args) {
		// 전압 220v
		// 집들이 일본 가전 110v
		
		AirConditionner airConditionner = new AirConditionner();
		HairDryer dryer = new HairDryer();
		Cleaner cleaner = new Cleaner();
		
		// 사용해보기
		homeConnect(airConditionner); // 에어콘 바로 연결 가능
//		homeConnect(dryer); // 집에 바로 연결 불가능 
		
		// 어댑터 가지고 오기
		ElectronicAdapter dryerAdapter = new ElectronicAdapter(dryer);
		homeConnect(dryerAdapter);
		
		ElectronicAdapter cleanerAdapter = new ElectronicAdapter(cleaner);
		homeConnect(cleanerAdapter);
		
	}

}

 

 

 

 

Strategy 패턴 (행위 패턴)

실행 중에 알고리즘을 선택할 수 있게 하는 행위 소프트웨어 디자인 패턴

 

디자인 패턴 중 자주 사용되는 전략(Strategy) 패턴을 이해하기 위해서는 Dependency Injection , 인터페이스, 추상화 등에 대한 기본적인 지식이 필요합니다.

 

인코딩이란?

사람이 인지할 수 있는 문자(언어)를 약속된 규칙에 따라 컴퓨터가 이해하는 언어 (0과 1)로 이루어진 코드로 바꾸는 것을 통틀어 일컫는다. 즉, 인코딩 encoding이란 정해진 규칙에 따라 코드화, 암호화, 부호화하는 것을 말한다. 이렇게 인코딩을 하는 이유는 정보의 형태 표준화, 보안, 저장 공간 절약 등을 위해서이다.

  • 문자 인코딩 (1. HTML Encoding, 2. URL Encoding, 3. UNICODE Encoding, 4. Base64 Encoding, 5. ASCII Encoding, 6. Hex Encoding (or base16))
  • 사진 & 오디오 & 비디오 인코딩
  1. 특정한 계열의 알고리즘들을 정의하고
  2. 각 알고리즘을 캡슐화하며
  3. 이 알고리즘들을 해당 계열 안에서 상호 교체가 가능하게 만든다.

예제)

package ch04;

@FunctionalInterface // 메서드를 2개 이상 만들수 없다 람다 표현 사용 가능 
public interface EncodingStrategy {
	String encode(String text);
	// String encode1(String text);
}

 

package ch04;

import java.util.Base64;

// 구현 클래스 만들기
public class Base64Strategy implements EncodingStrategy {
	
	@Override
	public String encode(String text) {
		return Base64.getEncoder().encodeToString(text.getBytes());
	}
}

 

package ch04;

public class AppendStrategy implements EncodingStrategy{

	@Override
	public String encode(String text) {
		return "[[[" + text + "]]]";
	}
}

 

package ch04;

// 인코딩을 해주는 클래스
public class Encoder {
	// 포함 관계 - base64, Append
	private EncodingStrategy encodingStrategy;
	
	// 생성자 의존 주입
	public Encoder(EncodingStrategy encodingStrategy) {
		this.encodingStrategy = encodingStrategy;
	}
	
	// 메서드 의존 주입
	public void setEncodingStrategy(EncodingStrategy encodingStrategy) {
		this.encodingStrategy = encodingStrategy;
	}
	
	public String getMessage(String message) {
		return this.encodingStrategy.encode(message);
	}
}

 

package ch04;

public class MainTest {

	public static void main(String[] args) {
		Base64Strategy base64Strategy = new Base64Strategy();
		AppendStrategy appendStrategy = new AppendStrategy();
		
		Encoder encoder = new Encoder(base64Strategy);
		
		String message = "안녕";
		System.out.println(encoder.getMessage(message));
		
		// 메서드 의존 주입		
		encoder.setEncodingStrategy(appendStrategy);
		System.out.println(encoder.getMessage(message));
	
	}
}

 

 

실행 결과

7JWI64WV
[[[안녕]]]

 

 

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