[소프트웨어 분석 및 설계] L18. Composite Pattern, Decorator Pattern

Composite Pattern

• Composite Pattern (복합체 패턴) 이란?
  • 전체-부분 관계의 트리 구조로 표현되는 객체들을 단일 객체처럼 취급할 수 있게 해주는 구조 패턴
    • 단일 객체와 복합 객체를 동일한 인터페이스를 사용하여 처리하기 위함
      • 단일 객체는 Leaf 라고 하고, 단일 객체들의 그룹인 복합 객체는 Composite 이라고 함

        

• 복합체 패턴이 필요한 상황 예시
  • 주문 시스템에서 여러 상품을 담은 상자의 가격을 계산하려고 할 때
    • 한 box 에 여러 products 와 좀 더 작은 box 들을 담을 수 있음
    • 작은 box 들 역시 여러 products 를 담을 수 있다고 있음
  • 상자의 가격을 계산하기 위해서는 내부 제품을 모두 살펴보면서 가격을 합산해야 함
    • 트리 전체 순회를 하면서 box 와 product 의 type 을 구분해주는 코드를 구성해야 해서 코드가 복잡해질 수 있음

      

• 복합체 패턴의 아이디어
  • 총가격을 계산하는 메소드를 가지는 공통 인터페이스를 통해서 products 와 boxes 에 대해 동일하게 작업하게 할 수 있음
    • Product의 경우 단순히 제품의 가격을 반환
    • Box 의 경우 Box 내 products 의 총 가격을 반환
  • 트리를 구성하는 객체들의 구체적인 클래스 타입에 대해서 신경 쓸 필요가 없음 (현재 보고 있는 객체가 product 인지 box 인지 알 필요가 없음)
  • 복합체 패턴은 그릇과 내용물을 동일 시 해서 재귀적인 구조를 편하게 다룰 수 있게 해줌
• 복합체 패턴의 구조

  

• 복합체 패턴의 구조 예시 - Box & Product

  

• 복합체 패턴 코드 예시

  interface Component{
      int getPrice();
      String getName();
  }
  
  public class Product implements Component{
      String name;
      int price;
      
      public Product(String name, int price){
      	this.name = name;
          this.price = price;
      }
      
      @Override
      public int getPrice(){
      	return this.price
      }
      
      @Override
      public String getName(){
      	return this.name;
      }
  }
  
  public class Box implements Component{
      List<Component> components;
      String name;
      
      public Box(String name){
      	components = new ArrayList<>();
          this.name = name;
      }
      
      public void add(Component item){
      	components.add(item);
      }
      
      public List<Component> getComponents(){
      	return components;
      }
      
      @Override 
      public int getPrice(){
      	int totalprice = 0;
          for(Component component : components)
          	totalPrice += component.getPrice();
          return totalPrice;
      }
      
      @Override
      public String getName(){
      	return this.name;
      }
  }
  
  public class Client{
      public void printPrint(Component box){
      	int totalPrice = box.getPrice();
          String line = String.format("Total price of %s: %d", box.getName(), box.getPrice());
          System.out.println(line);
      }
  }
  
  public class Main{
      public static void main(String[] args){
      	Box box = new Box("Main box");
          Product armor = new Product("Armor", 250);
          Product sword = new Product("Sword", 500);
          
          box.add(armor);
          box.add(sword);
          
          Box sub_box = new Box("Sub box");
          Product apple = new Product("Apple", 400);
          Product banana = new Product("banana", 130);
  
          sub_box.add(apple);
          sub_box.add(banana);
          
          box.add(sub_box);
          
          Client client = new Client();
          client.printPrint(box);
          
      }
  }

• Java 에서 복합체 패턴 사용 사례
  • Java Swing

    JFrame frame = new JFrame();
    
    JTextField textField = new JTextField();
    textField.setBounds(200,200,200,40);
    frame.add(textField);
    
    JButton button = new JButton("click");
    button.setBounds(200,100,60,40);
    button.addActionListener(e->textField.setText("Hello Swing"));
    frame.add(button);
    
    frame.setSize(600,400);
    frame.setLayout(null);
    frame.setVisible(true);

• 사용 시기
  • 객체의 구조가 트리로 표현되는 상황에서, 단일/복합 객체의 관계를 단순화하여 균일하게 처리하고 싶을 때
• 장점
  • 다형성 재귀를 통해 복잡한 트리 구조를 보다 편리하게 다룰 수 있음
  • OCP 준수
    • 새로운 leaf 클래스 추가하더라도 클라이언트에 영향 없음 
• 단점
  • 재귀 호출 특징 상 트리 깊이가 깊어지면 디버깅에 어려움이 생김
  • 기능이 너무 다른 클래스들 간에는 공통 인터페이스 설계가 까다로움
    • Component 에 선언되는 메소드가 공통으로 활용될 수 있는 의미를 가져야 함

 

 

Decorator Pattern

• 데코레이터 패턴이란?
  • 객체에 추가적인 기능을 동적으로 더해줄 수 있게 해주는 구조 패턴
    • 컴파일 타임이 아닌 런타임에 객체에 대한 기능 확장이 가능
  • 데코레이터(장식자) 라는 뜻은 기본 제품에 재료/디자인을 추가 및 변경해줌으로써 새로운 종류의 제품을 만들어내는 것을 의미 

    

• 데코레이터 패턴이 필요한 상황
  • 사용자에게 이벤트 알람을 주기 위한 알람 라이브러리를 설계
  • Application 에서는 Notifier 를 통해 기본적으로 이메일로 알람을 함
  • 어느 시점부터 사용자들이 이메일 이상의 알람 기능을 원하여 아래와 같이 상속 구조로 Notifier 를 확장했다고 가정
    • 상속 구조에서는 한번에 특정 Notifier 만 동작하게 됨
    • 여러 채널을 통해서 알람을 보내고 싶으면?

      

  • 상속 구조를 유지한 채로는 모든 조합에 따른 Notifier 를 구현해야 함
    • 코드의 양도 늘어나고 확장의 유연성도 떨어짐
    • 이미 있는 여러 Notifier 들을 runtime 에 조립할 수 있을까? => 데코레이터 패턴

      

• 데코레이터 패턴의 구조

  

• 데코레이터 패턴 구조 예시 

  

• 데코레이터 패턴 코드 예시
  • SMSDecorator, SlackDecorator 도 아래와 유사하게 구현
    • send 메소드를 각각에 맞게 오버라이딩 해주되, super 의 send 를 호출해주어야 함

      interface Notifier {
          void send(String message);
      }
      
      public class DefaultNotifier implements Notifier {
          public void send(String message) {
              System.out.println("Email: " + message);
          }
      }
      
      public class BaseDecorator implements Notifier {
          private Notifier notifier;
      
          public BaseDecorator(Notifier wrapper) {
              this.notifier = wrapper;
          }
      
          @Override
          public void send(String message) {
              this.notifier.send(message); // 기존 기능 유지
          }
      }
      
      public class FacebookDecorator extends BaseDecorator {
          public FacebookDecorator(Notifier wrapper) {
              super(wrapper);
          }
      
          @Override
          public void send(String message) {
              super.send(message); // 기존 기능 호출
              System.out.println("[Facebook] " + message); // 추가 기능
          }
      }
      
      public class Main {
          public static void main(String[] args) {
              boolean facebookEnabled = false;
              boolean smsEnabled = true;
              boolean slackEnabled = false;
      
              Notifier notifier = new DefaultNotifier(); // 기본 알림 (이메일)
      
              if (facebookEnabled) {
                  notifier = new FacebookDecorator(notifier);
              }
              if (smsEnabled) {
                  notifier = new SMSDecorator(notifier);
              }
              if (slackEnabled) {
                  notifier = new SlackDecorator(notifier);
              }
      
              Application app = new Application(notifier);
              app.sendMessage("Hello World");
          }
      }

      
      
      
• Java 에서 데코레이터 패턴 사용 사례
  • Stream
    • 어댑터이면서 동시에 데코레이터라고 볼 수 있음

      

  • Collections
    • checkedList(), synchronizedList(), unmodifiableList() 등

      

• 사용 시기
  • 객체 책임과 행동이 동적으로 상황/조건에 따라 다양한 기능이 빈번하게 추가/삭제되는 경우
    • 객체를 생성하는 코드에 변경이 없으면서 런타임에 추가 가능
  • 객체의 결합을 통해 기능이 생성이 되어야 하는 경우
  • 상속을 통해 서브 클래싱으로 객체의 동작을 확장하는 것이 어색하거나 불가능할 때
• 장점
  • SRP 준수
    • 각 데코레이터 클래스 마다 고유의 책임을 가짐
  • OCP 준수
    • 클라이언트 코드 수정 없이 기능 확장이 필요하면 데코레이터 클래스를 추가하면 됨
  • DIP 준수
    • 구현체가 아닌 인터페이스를 바라보기 때문
  • 데코레이터를 사용하면 상속을 통해 서브클래스로 확장하는 것보다 훨씬 유연하게 기능을 확장할 수 있음
  • 객체를 여러 데코레이터로 래핑하여 여러 동작을 클라이언트가 자유롭게 결합할 수 있음
• 단점
  • 만일 장식자 일부를 동적으로 제거하고 싶다면, wrapper 스택에서 특정 wrapper 를 제거하는 것이 어려움
  • 데코레이터를 조합하는 방식에 코드 복잡도가 올라갈 수 있음
  • 어느 장식자를 먼저 데코레이팅 하느냐에 따라 데코레이터 스택 순서가 결정되는데, 만일 순서에 의존하지 않는 방식으로 데코레이터를 구현하기는 어려움
    • 어느 데코레이터를 먼저 감싸느냐에 따라 그에 대한 행동이 다르기에 순서에 유의