디자인 패턴(Design Pattern)이란?

디자인 패턴(Design Pattern)이란?

 디자인 패턴은 소프트웨어 설계에서 반복적으로 발생하는 문제들을 효과적으로 해결하기 위해 일반화된, 재사용 가능한 솔루션입니다. 이 패턴들은 프로그래밍 언어에 종속적이지 않으며, 특정 상황에서 공통적으로 발생할 수 있는 문제들에 대해 설계 지침을 제공합니다. 디자인 패턴은 주로 객체 지향 프로그래밍을 중심으로 발전했지만, 그 개념은 소프트웨어 개발의 다양한 영역에 적용될 수 있습니다.

1. 디자인 패턴의 등장 배경

 디자인 패턴의 개념은 여러 분야에서 오래전부터 사용되어 왔지만, 소프트웨어 공학 분야에 특별히 도입된 것은 1990년대 초입니다. 특히 "Design Patterns: Elements of Reusable Object-Oriented Software"라는 책(일명 갱 오브 포(Gang of Four, GoF) 책)에 의해 널리 알려지고 대중화되었습니다. 이 책의 저자들은 Erich Gamma, Richard Helm, Ralph Johnson, John Vlissides로, 이들은 소프트웨어 개발에서 자주 발생하는 설계 문제에 대한 표준 솔루션을 제공하여 개발자가 효율적으로 코드를 작성하고 유지보수할 수 있도록 돕고자 했습니다.

2. 디자인 패턴의 목적

1. 재사용성: 검증된 패턴을 사용함으로써 개발자는 반복적인 문제에 대해 빠르고 효율적으로 솔루션을 적용할 수 있습니다.
2. 통신 용이성: 공통의 패턴 용어를 사용함으로써 개발자 간의 의사소통이 용이해지고, 복잡한 설계 아이디어를 쉽게 설명하고 이해할 수 있습니다.
3. 유지보수성: 패턴은 일반적으로 견고하고 확장 가능한 설계를 제공하기 때문에, 시스템의 유지보수와 추후 변경 작업이 용이해집니다.

3. 디자인 패턴의 중요성

 디자인 패턴은 소프트웨어 개발에서 중요한 역할을 합니다. 새로운 시스템을 설계할 때 이러한 패턴들을 활용하면 초기 설계 결정에서 발생할 수 있는 실수를 방지하고, 시스템의 전체적인 품질을 향상시킬 수 있습니다. 또한, 공통된 문제에 대해 잘 정립된 해결책을 제공함으로써 개발 속도를 가속화하고 프로젝트의 성공 확률을 높일 수 있습니다.

결론적으로, 디자인 패턴은 소프트웨어 공학에서 반복되는 문제들을 효과적으로 해결하기 위한 일련의 최선의 실천 방법으로, 개발자들이 보다 견고하고 유지보수가 용이한 소프트웨어를 설계하도록 돕습니다.

 

디자인 패턴(Design Pattern)의 종류

디자인 패턴들은 크게 생성(Creational), 구조(Structural), 행동(Behavioral) 디자인 패턴으로 분류됩니다. 각각은 소프트웨어 개발의 다른 측면에 초점을 맞추고 있으며, 상황에 따라 적절한 패턴을 선택하는 것이 중요합니다. 이제 이 세 가지 유형의 차이점과 적절한 사용 시기를 자세히 살펴보겠습니다.

1. 생성 디자인 패턴 (Creational Patterns)

생성

목적: 객체 생성 메커니즘을 캡슐화하여, 생성해야 하는 객체의 구체적인 클래스를 명시하지 않고도 객체를 생성할 수 있게 하는 것입니다. 이로 인해 시스템의 유연성과 재사용성이 증가합니다.

주요 패턴 예시: 싱글톤, 팩토리 메서드, 추상 팩토리, 빌더, 프로토타입

적합한 사용 시기:

• 객체의 생성과 클래스 구현이 프로그램의 독립성에 큰 영향을 미칠 때
• 시스템이 특정 클래스가 아닌 프로토콜이나 인터페이스에 의존해야 할 때
• 객체 생성 과정이 복잡하거나 많은 리소스를 필요로 할 때
• 객체의 풀을 관리해야 하거나 여러 인스턴스를 효율적으로 사용해야 할 때

2. 구조 디자인 패턴 (Structural Patterns)

구조

목적: 클래스나 객체를 조합해 더 큰 구조를 만듦으로써, 서로 다른 인터페이스의 호환성을 이끌어내거나, 복잡한 구조를 간단하게 표현하려는 것입니다. 이는 소프트웨어 내의 다양한 구성 요소 간의 관계를 강화하며, 유연성을 향상시킵니다.

주요 패턴 예시: 어댑터, 브리지, 컴포지트, 데코레이터, 퍼사드, 플라이웨이트, 프록시

적합한 사용 시기:

• 서로 다른 인터페이스를 가진 클래스를 협력시켜야 할 때
• 시스템의 구조를 유연하게 만들어 재구성이 필요할 때
• 여러 구성 요소가 효율적으로 협력해야 할 때
• 객체들 간의 관계를 단순화하거나, 특정 구조를 보다 사용하기 쉽게 추상화하고자 할 때

3. 행동 디자인 패턴 (Behavioral Patterns)

행동

목적: 객체들 간의 통신을 관리하고 조정하여, 책임을 적절히 분배하는 것입니다. 이러한 패턴은 객체 간의 협력 방법을 효과적으로 설계하는 데 중점을 둡니다.

주요 패턴 예시: 체인 오브 리스폰서빌리티, 커맨드, 인터프리터, 이터레이터, 중재자, 메멘토, 옵저버, 상태, 전략, 방문자

적합한 사용 시기:

• 다수의 객체가 복잡한 방식으로 상호작용해야 할 때
• 객체 간의 통신 방식이 시스템의 성능에 큰 영향을 미칠 때
• 여러 작업을 처리하고 관리해야 하는 로직을 효율적으로 구현하고자 할 때
• 객체의 상태에 따라 객체의 행동이 변경되어야 할 때
• 알고리즘을 캡슐화하거나 교체해야 할 필요가 있을 때

각각의 디자인 패턴 유형은 소프트웨어 설계의 특정 측면을 개선하는 데 초점을 맞추고 있으며, 그에 따라 상황에 맞는 패턴을 선택하여 적용하는 것이 중요합니다. 이러한 패턴들을 이해하고 올바르게 적용하면, 유지보수가 용이하고, 확장 가능하며, 효율적인 소프트웨어 시스템을 설계할 수 있습니다.

 

 

유명한 디자인 패턴(Design Pattern)의 세부 종류

1. 생성 디자인 패턴(Creational Design Patterns)

 생성 디자인 패턴(Creational Design Patterns)은 객체 생성에 관련된 디자인 패턴을 의미합니다. 이러한 패턴들은 객체의 생성 과정을 보다 유연하게 관리하고, 코드의 유지보수성과 확장성을 높이는 데 도움을 줍니다. 생성 패턴은 객체가 생성되는 방식을 캡슐화하여, 클라이언트 코드가 특정 클래스의 인스턴스를 직접 생성하는 대신에 객체를 생성하는 역할을 담당하는 클래스에 위임합니다. 이로써 시스템의 구조적인 변경 없이도 객체 생성 방법이나 생성되는 객체의 타입을 유연하게 변경할 수 있습니다.

생성 디자인 패턴에는 여러 가지가 있지만, 가장 널리 사용되는 몇 가지를 소개합니다:

1. 싱글톤(Singleton) 패턴: 이 패턴은 클래스의 인스턴스가 하나만 생성되고, 어디서든 그 인스턴스에 접근할 수 있도록 합니다. 이를 통해 전역 변수를 사용할 때 발생할 수 있는 문제를 방지하면서도, 전역적으로 접근 가능한 단일 인스턴스를 제공합니다.
2. 팩토리 메서드(Factory Method) 패턴: 이 패턴은 객체 생성을 위한 인터페이스를 정의하지만, 인스턴스를 만들 클래스의 결정은 서브클래스가 합니다. 이를 통해 클라이언트 코드가 특정 클래스의 인스턴스를 직접 생성하는 대신에, 생성 과정을 서브클래스에 위임함으로써 더 유연한 코드를 작성할 수 있습니다.
3. 추상 팩토리(Abstract Factory) 패턴: 이 패턴은 관련된 객체의 그룹을 생성하기 위한 인터페이스를 제공합니다. 클라이언트는 실제 생성되는 객체의 클래스를 명시하지 않고도, 서로 관련되거나 의존하는 객체의 집합을 생성할 수 있습니다.
4. 빌더(Builder) 패턴: 복잡한 객체의 생성 과정과 표현 방법을 분리함으로써, 동일한 생성 과정에서 서로 다른 표현 결과를 만들 수 있습니다. 이 패턴은 특히 객체의 생성 과정이 복잡할 때 유용하며, 최종 객체를 단계별로 구성할 수 있습니다.
5. 프로토타입(Prototype) 패턴: 이 패턴은 생성할 객체의 타입을 기반으로 새 객체를 만들기 위해 원본 객체를 복제합니다. 이 방법은 객체를 생성하는 전통적인 방법보다 유연하거나 효율적일 수 있으며, 특히 객체 생성 비용이 높을 때 유용합니다.

2. 구조 디자인 패턴(Structural Design Patterns)

구조 디자인 패턴(Structural Design Patterns)은 객체와 클래스의 조합을 통해 더 큰 구조를 만드는 방법에 관한 패턴입니다. 이러한 패턴들은 주로 클래스와 객체의 조합을 통해 기능을 확장하거나, 복잡한 시스템을 더 간단한 구조로 관리 가능하게 설계하는 데 초점을 맞춥니다. 구조 패턴은 시스템의 효율성을 증가시키고, 코드의 유지보수를 용이하게 하며, 서로 다른 인터페이스 간의 호환성을 제공함으로써 더 큰 유연성을 제공합니다.

대표적인 구조 디자인 패턴에는 다음과 같은 것들이 있습니다:

1. 어댑터(Adapter) 패턴: 두 호환되지 않는 인터페이스 간의 다리 역할을 합니다. 이 패턴을 사용하면 기존의 클래스를 변경하지 않고도 다른 클래스와 함께 사용할 수 있습니다. 이는 주로 기존 시스템에 새로운 라이브러리나 시스템을 통합할 때 유용합니다.
2. 브리지(Bridge) 패턴: 추상화와 구현을 분리하여 서로 독립적으로 변형할 수 있도록 합니다. 이 패턴은 시스템의 추상화된 부분과 실제 구현 부분을 분리하여, 둘을 독립적으로 확장할 수 있는 구조를 제공합니다.
3. 컴포지트(Composite) 패턴: 객체를 트리 구조로 구성하여, 개별 객체와 객체의 조합을 클라이언트가 동일하게 다룰 수 있도록 합니다. 이 패턴은 일반적으로 부분-전체 계층을 표현할 때 사용되며, 사용자가 복합 객체와 단일 객체를 동일하게 취급할 수 있게 해줍니다.
4. 데코레이터(Decorator) 패턴: 객체에 동적으로 새로운 책임을 추가할 수 있습니다. 기존 코드를 변경하지 않고도 객체의 기능을 확장할 수 있어, 기능의 유연한 추가를 가능하게 합니다.
5. 퍼사드(Facade) 패턴: 복잡한 시스템에 대한 간단한 인터페이스를 제공합니다. 이 패턴은 복잡한 내부 시스템 로직을 숨기고, 사용자에게는 필요한 기능만을 간결한 인터페이스로 제공함으로써 시스템을 더 쉽게 사용할 수 있게 합니다.
6. 플라이웨이트(Flyweight) 패턴: 많은 수의 비슷한 객체를 효율적으로 공유하여 메모리 사용을 최소화하는 방법을 제공합니다. 이는 주로 데이터의 중복을 최소화하고, 상태를 공유할 수 있는 객체에서 유용합니다.
7. 프록시(Proxy) 패턴: 다른 객체에 대한 접근을 제어하거나 다른 객체의 기능을 확장하는 데 사용됩니다. 프록시는 원래 객체를 감싸는 래퍼로 작동하며, 객체에 대한 접근을 제어하거나, 추가적인 기능을 제공할 때 사용됩니다.

 3. 행동 디자인 패턴(Behavioral Design Patterns)

 행동 디자인 패턴(Behavioral Design Patterns)은 객체 간의 통신과 책임 분배에 초점을 맞춘 디자인 패턴입니다. 이러한 패턴들은 객체들이 서로 어떻게 통신하고, 데이터를 어떻게 처리하며, 각각의 객체가 어떤 역할을 수행하는지를 정의하는 데 사용됩니다. 행동 패턴은 객체의 행동을 클래스로부터 분리시켜 객체 간의 상호작용을 더욱 유연하게 만들고, 시스템 내에서 책임을 효과적으로 관리할 수 있도록 도와줍니다.

행동 디자인 패턴의 대표적인 예로는 다음과 같은 것들이 있습니다:

1. 체인 오브 리스폰서빌리티(Chain of Responsibility) 패턴: 요청을 처리할 수 있는 객체의 체인을 통해 요청을 전달하며, 해당 요청을 처리할 객체를 찾을 때까지 이 체인을 따라 이동합니다. 이 패턴은 여러 객체에 걸쳐 책임을 분산시키고, 객체 간의 결합도를 낮추는 데 도움을 줍니다.
2. 커맨드(Command) 패턴: 요청 자체를 하나의 객체로 캡슐화합니다. 이를 통해 사용자는 요청을 수행하는 객체를 명확히 알 필요 없이 명령을 실행할 수 있으며, 명령을 큐에 저장하거나 로깅하는 등의 추가적인 작업을 수행할 수 있습니다.
3. 인터프리터(Interpreter) 패턴: 어떤 언어에 대한 인터프리터를 구현할 때 사용됩니다. 이 패턴은 주로 간단한 언어의 문법을 해석하고 실행하는 데 쓰입니다.
4. 이터레이터(Iterator) 패턴: 컬렉션의 구현 방법을 노출시키지 않고 그 요소들을 순차적으로 접근할 수 있는 방법을 제공합니다. 이는 다양한 종류의 컬렉션에 대해 일관된 순회 방식을 가능하게 합니다.
5. 중재자(Mediator) 패턴: 객체들 간의 복잡한 통신을 중재자 객체를 통해 관리합니다. 중재자는 객체들 간의 직접적인 참조를 줄이며, 상호작용을 중앙에서 조정하여 시스템의 유지보수를 용이하게 합니다.
6. 메멘토(Memento) 패턴: 객체의 상태를 이전 상태로 복원할 수 있는 기능을 제공합니다. 이 패턴은 객체의 상태를 저장하고 필요할 때 복구함으로써, 실행 취소 기능 등에 유용하게 사용됩니다.
7. 옵저버(Observer) 패턴: 객체의 상태 변화를 관찰하는 관찰자(옵저버) 목록을 객체에 등록하여, 상태 변화가 있을 때마다 옵저버에게 알림을 보냅니다. 이는 주로 분산 시스템에서 이벤트를 생성하고 소비하는 데 사용됩니다.
8. 상태(State) 패턴: 객체의 상태 변화에 따라 객체의 행동을 변경할 수 있도록 합니다. 이는 객체 내부의 상태에 따라 객체의 행동이 변화하는 상황에서 유용합니다.
9. 전략(Strategy) 패턴: 알고리즘 가족을 정의하고 각 알고리즘을 별도의 클래스로 캡슐화하여, 알고리즘을 사용하는 클라이언트와 독립적으로 알고리즘을 변경할 수 있게 합니다.
10. 방문자(Visitor) 패턴: 객체 구조 내의 요소에 수행될 연산을 표현하는 패턴으로, 연산을 객체 구조에서 분리시켜 객체 구조의 변경 없이 새로운 연산을 추가할 수 있습니다.

 

모든 디자인 패턴을 다루는 것은 아닙니다. 누락된 디자인 패턴이 있을 수 있습니다.