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Design Pattern - 구조패턴

design pattern, structural

구조 패턴이란?

더 큰 구조를 형성하기 위해 어떻게 클래스와 객체를 합성하는지에 관련된 패턴

인터페이스나 구현을 복합하는 것이 아니라 새로운 기능을 실현하기 위해 객체를 합성하는 방법을 제공하여 런타임에 복합 방법이나 대상을 변경할 수 있음

1. Adapter

클래스의 인터페이스를 원하는 형태로 변환하여, 서로 다른 인터페이스를 갖는 클래스들을 함께 동작하게 하도록 함

구조

Adapter{: .center-image}

활용
  • 기존 클래스를 사용하고자 하는데 인터페이스가 맞지 않을 때
  • 인터페이스가 맞지 않는 수정이 불가능한 라이브러리를 재사용하려 할 때
  • (객체 적응자(object adapter)만 해당) 수정해야할 인터페이스가 현실적으로 불가능할 정도로 많을 때 객체 적응자를 써서 부모 클래스의 인터페이스를 변형
결과
  • 클래스 적응자(class Adapter)
    • Adapter는 명시적으로 Adaptee를 상속받고 있을뿐 Adaptee의 서브클래스들을 상속받는 것이 아니므로 서브클래스들에 정의된 기능을 사용할 수 없음
  • 객체 적응자(object Adapter)
    • Adapter는 하나만 존재해도 여러 Adaptee와 동작 가능
    • Adpatee는 행위 재정의가 어려움
잘 알려진 사용 예
  • 그래픽 객체에서 Graphic과 Line, Circle, Polygon, Spline

2. Bridge

추상과 구현을 분리하여, 독립적인 다양성을 가질 수 있도록 함

구조

Bridge{: .center-image}

활용
  • 추상과 구현 사이의 종속성을 제거하여 런타임에 구현 방법을 선택하거나 변경하고 싶을 때
  • 추상과 구현 모두 독립적으로 확장이 필요 할 때
  • 구현 내용을 변경한다고해서 추상이 다시 컴파일 될 필요 없어야 한다
  • 클라이언트로부터 구현을 은닉하고 싶을 때
  • 여러 객체들에 걸쳐 구현을 공유하며 이를 다른곳에 공개하지 않고 싶을 때
결과
  • 인터페이스와 구현의 분리 (컴파일 타임 의존성 제거)
  • 확장성 제고 (abstraction과 implementor를 독립적 확장)
  • 구현 세부 사항 은닉
잘 알려진 사용 예
  • Set은 집합에 대한 추상을 정의, LinkedSet과 HashSSet은 개념적 연결 리스트나 해시테이블에 대한 구현을 제공

3. Composite

부분과 전체의 계층을 표현하기 위해 객체들을 모아 트리 구조로 구성하여 개별 객체와 복합객체를 모두 동일하게 다룰 수 있도록 함

구조

Composite{: .center-image}

활용
  • 부분, 전체의 객체 계통을 표현하고 싶을 때
  • 객체의 합성으로 생긴 복합객체와 단일객체의 사용을 동일하게 하고 싶을 때
결과
  • 단일객체와 복합객체로 구성된 하나의 계통으로 정의하여 일관된 방식으로 애플리케이션 구성 가능
  • 일관된 방식으로 구성가능하기 때문에 코드가 단순해짐
  • 새로운 구성요소를 쉽게 추가 가능
  • 지나치게 범용성을 갖게 되므로 구성요소에 대한 제약사항을 가하기 어려움
잘 알려진 사용 예
  • Smaltalk에서 MVC의 View가 Composite 이면서 뷰집합을 포함, 즉 Component이다
  • 금융 분야에서 포트폴리오(portfolio)가 자산(asset)을 형성할 때, 포트폴리오는 각각 자신의 인터페이스를 만족하 전체를 하나의 집합으로 관리할 수 있는 Composite로 구현

4. Decorator

동적으로 새로운 책임을 추가하여, 서브클래스를 만드는것 보다 유연한 확장성 제공

구조

Decorator{: .center-image}

활용
  • 다른 객체에 영향을 주지 않고 새로운 책임을 추가 가능
  • 책임이 제거될 수 있을때 사용
  • 모든 조합을 지원하기위해 상속해야할 클래스가 지나치게 많을 때
결과
  • 상속보다 유연한 설계로 확장성 제공
  • 많은 기능이 상위 클래스에 누적되는 상황을 피할 수 있음
  • Decorator와 해당 ConcreteComponent가 동일하지 않음. Decorator는 일관된 인터페이스를 제공하는 껍데기
  • 객체의 행동 뿐만 아니라 내부도 변경 가능 (대표적인예 : Strategy Pattern)
잘 알려진 사용 예
  • GUI 툴킷에서 위젯의 기능을 추가하고자 할 때
  • Stream Class (기본적인 I/O)

5. Facade

한 서브시스템을 합성한 여러 인터페이스의 집합에 대해 단순한 하나의 인터페이스를 제공

구조

Facade{: .center-image}

활용
  • 복잡한 서브시스템에 단순한 인터페이스를 제공할 때
  • 클라이언트와 서브시스템 간에 너무 많은 종속성이 존재할때, Facade를 통해 결합도를 줄이고 싶을 때
  • 서브 시스템을 계층화하여
결과
  • 서브시스템의 구성요소 보호
  • 클라이언트와 서브시스템 간의 결합도 약화
  • Facade는 서브시스템을 완전히 막지 않기 때문에, 클라이언트가 Facade와 서브시스템을 선택할 수 있음
잘 알려진 사용 예
  • choices OS에서 다양한 H/W 플랫폼을 지원하기위해 FileSystemInterface와 주소 공간에 해당하는 Domain을 Facade로 정의

6. Flyweight

데이터를 서로 공유하여 사용하도록 하여 메모리 사용량을 최소화

구조

Flyweight{: .center-image}

활용
  • 애플리케이션이 대량의 객체를 사용할 때
  • 객체의 수가 너무 많아져서 저장 비용이 너무 높을 때
  • 대부분의 객체 상태를 부가적인 것으로 만들 수 있을 때
  • 부가적인 속성을 제외하면 비교적 적은 수의 공유된 객체로 대체될 수 있을 때
  • 애플리케이션이 객체에 식별자의 의존하지 않을 때
결과
  • 공유해야하는 인스턴스의 전체 수를 줄일 수 있음
  • 객체별 상태의 양을 줄일 수 있음
  • 부가적인 상태는 연산되거나 저장할 수 있음
잘 알려진 사용 예
  • Doc문서 편집기에서 하나의 glyph인스턴스를 만들어 특정 스타일의 문자로 공유할 수 있음 (본질적 상태는 글자의 코드와 스타일정보 부가적인 정보는 글자의 위치)
    • 그 결과 18만 글자를 저장하기 위해 단지 480개의 문자 객체만 저장하면 되었음
  • ET++에서 룩앤필 독립성 보장
    • 스크롤바, 버튼 메뉴 등 위젯이라고 알려진 사용자 인터페이스 요소(layout)와, 음영 각도 등의 장식으로 분리

7. Proxy

객체에 대한 접근을 제어하기 위해서 그 객체를 담을 수 있는 그릇을 제공하는 것입니다

구조

Proxy{: .center-image}

활용
  • remote proxy : 서로 다른 주소 공간에 존재하는 객체를 가르키는 객체
  • virtual proxy : 요청이 있을 때만 필요한 고비용 객체를 생성
  • protection proxy : 원래 객체에 대한 실제 접근을 제어
  • smart reference : 실제 객체에 접근이 일어날 때 추가적인 행동을 수행
    1. 실제 객체에 대한 참조 횟수를 저장하다가 더는 참조가 없을 때 객체를 제거 (smart pointer 라고 불림)
    2. 맨 처음 참조되는 시점에 영속성 저장소의 객체를 메모리로 옮김
    3. 실제 객체에 접근하기 전에, 다른 객체가 그것을 변경하지 못하도록 실제 객체에 대한 잠금
결과

프록시 패턴은 어떤 객체에 접근할 때 추가적인 작업을 할 수 있는 통로를 제공

  • remote proxy는 객체가 다른 주소 공간에 존재한다는 사실을 숨길 수 있음
  • virtual proxy는 요구에 따라 객체를 생성하는 등의 처리를 최적화 할 수 있음
  • protection proxy / smart reference는 객체가 접근할 때 마다 생성 및 삭제 등의 추가 관리를 책임짐
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