3장 템플릿

날짜

2022/03/12

객체지향 설계와 OCP

객체지향 설계의 핵심 원칙인 개방 폐쇄 원칙(OCP)을 다시 한번 살펴보겠습니다. 이 원칙은 코드에서 어떤 부분은 변경을 통해 그 기능이 다양해지고 확장하려는 성질이 있고, 어떤 부분은 고정되어 있고 변하지 않으려는 성질이 있음을 의미합니다.

즉, 변화의 특성이 다른 부분을 구분해주고, 각각 다른 목적과 다른 이유에 의해 다른 시점에 독립적으로 변경될 수 있는 효율적인 구조를 만들어주는 것이 개방 폐쇄 원칙입니다.

템플릿은 이렇게 바뀌는 성질이 다른 코드 중에서 변경이 거의 일어나지 않으며 일정한 패턴으로 유지되는 특성을 가진 부분을 자유롭게 변경되는 성징을 가진 부분으로부터 독립시켜서 효과적으로 활용할 수 있도록하는 방법입니다.

변하는 것과 변하지 않는 것

애플리케이션을 개발하다보면 특정 로직을 수행하는데 있어 공통적인 부분과 그렇지 않은 부분이 존재하게 됩니다. 이러한 부분을 적절히 추상화하는 것이 중요합니다.

메소드 추출과 공통화

•

템플릿 메소드 패턴

◦

기본 flow가 abstract class에 존재

◦

기본 flow에서 사용하는 실제 구현 로직은 각 하위 클래스에서 구현

•

전략 패턴

◦

오브젝트를 아예 둘로 분리하고 클래스 레벨에서는 인터페이스를 통해서만 의존하도록 만드는 패턴

◦

OCP를 잘 지키는 구조이면서도 템플릿 메소드 패턴보다 유연하고 확장성 뛰어남

템플릿 메소드 패턴 vs 전략 패턴

템플릿 메소드 패턴

•

상속(Inheritance) 기반

•

super-class에 변하지 않는 action 존재

•

sub-class에 구현 클래스에 따른 action 존재

•

컴파일 타임에 기능이 지정됨

전략 패턴

•

위임(Delegation), 조합(Composition) 기반

•

각 클래스간 공유하는 상태(데이터) 없음

•

각 클래스는 특정 Action에 대해 독립적

•

런타임에 기능이 지정됨 (stable 하지 못하다고도 표현)

템플릿 메소드 패턴은 상속을 기반으로 하기 때문에 변화에 유연하지 못하며 break-change가 발생할 가능성이 높음. 전략 패턴은 OOP에서 가장 널리 쓰이는 디자인 패턴 중 하나

전략 패턴 예시

평균을 구하는 계산기 / Kotlin

이 계산기의 평균을 구하는 방법은 총 3가지가 있습니다.

산술 평균 : (a + b) / 2

기하 평균 : root2(a * b)

조화 평균 : 2ab / (a + b)

이 3가지를 각각 따로 입력 받아 실행하는 평균만 구하는 계산기의 코틀린 코드입니다.

import kotlin.math.sqrt

fun main(args: Array<String>) {
    val (a, b) = Pair(30, 80)
    val arithmeticCalculator = Calculator(ArithmeticMean())
    println(arithmeticCalculator.average.calculate(a, b))

    val geometricCalculator = Calculator(GeometricMean())
    println(geometricCalculator.average.calculate(a, b))

    val harmonicCalculator = Calculator(HarmonicMean())
    println(harmonicCalculator.average.calculate(a, b))
}

class Calculator(val average: Average)

interface Average {
    fun calculate(a: Int, b: Int): Int
}

class ArithmeticMean: Average {
    override fun calculate(a: Int, b: Int): Int {
        return (a + b) / 2
    }
}

class GeometricMean: Average {
    override fun calculate(a: Int, b: Int): Int {
        return sqrt(a.toDouble() * b.toDouble()).toInt()
    }
}

class HarmonicMean: Average {
    override fun calculate(a: Int, b: Int): Int {
        return (2*a*b) / (a + b)
    }
}
Kotlin
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ArithmeticMean, GeometricMean, HarmonicMean 클래스는 Average 인터페이스를 상속 받아 평균을 구하는 메서드를 오버라이드하고 있습니다.

Calculator 클래스는 이 Average 인터페이스를 입력 받아 평균을 구하는 기능을 가진 계산기를 생성합니다.

메인 함수를 보면 각 계산기 클래스 구현체에서 average.calculate 메서드를 호출하여 평균을 계산했을 때 산술, 기하, 조화 평균에 맞는 값을 출력하는 걸 확인할 수 있습니다.

Bash
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이 예시에서는 코틀린의 인터페이스를 활용하여 각기 다른 메서드 구현을 가지는 클래스를 매개로 전략 패턴을 구현했습니다.

결제 수단 선택하기 / Dart

import 'dart:io';

abstract class Payment {
  void pay(int amount);
}

class CheckCard implements Payment {
  late int amount;

  CheckCard(this.amount);

  @override
  void pay(int amount) {
    if (amount <= this.amount) {
      print('Paying $amount using check card');
      this.amount -= amount;
      return;
    }
    print('Not enough money');
  }
}

class CreditCard implements Payment {
  @override
  void pay(int amount) {
    print('Paying $amount using credit card');
  }
}

class DartPay implements Payment {
  int points = 0;

  @override
  void pay(int amount) {
    if (points > 0) {
      var paid = points % (amount+1);
      points -= paid;
      print('Paying $paid using dart pay\\'s points');
      amount -= paid;
    }
    print('Paying $amount using dart pay');
    points += (amount * 0.15).toInt();
    print('You have $points points');
  }
}
Dart
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체크카드: 은행 잔고만큼 결제할 수 있는 카드입니다.

신용카드: 신용을 담보로 한도까지 결제할 수 있는 카드입니다.

다트페이: 높은 포인트 적립율을 보여주는 페이 서비스입니다.

class Consumer {
  late String name;
  late Payment payment;

  Consumer(this.name, this.payment);

  void changePayment(Payment payment) {
    this.payment = payment;
  }

  void pay(int amount) {
    stdout.write("$name: ");
    payment.pay(amount);
  }
}
Dart
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소비자 클래스는 이름과 결제수단을 가지고 있습니다.

void main(List<String> args) {
  var consumer = Consumer("merak", CheckCard(10000));

  consumer.pay(8000); // 2000
  consumer.pay(8000); // -6000 ?
  print("------------------");

  consumer.changePayment(CreditCard());
  consumer.pay(10000); // 마음의 빚
  print("------------------");

  consumer.changePayment(DartPay());
  consumer.pay(10000);
  consumer.pay(2000);
}
Dart
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결제 수단을 바꿔가며 결제합니다.

merak: Paying 8000 using check card
merak: Not enough money
------------------
merak: Paying 10000 using credit card
------------------
merak: Paying 10000 using dart pay
You have 1500 points
merak: Paying 1500 using dart pay's points
Paying 500 using dart pay
You have 75 points
Bash
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선택한 수단에 따라 적절한 결과를 출력합니다.

특징

서로 다른 알고리즘을 런타임에 변경하고 적용할 때 사용합니다.

같은 레이어의 서로 다른 구현체는 철저히 격리되어 있지만 동일한 입출력 타입을 보장합니다.
동일한 인터페이스를 구현하여 동일한 동작을 보장합니다.

각 인터페이스를 구현하는 구현체는 각자의 비즈니스 로직을 가집니다.
입출력 타입은 동일하지만 내부 동작이 다르므로 동일한 입력에도 서로 다른 출력을 가집니다.

느슨한 결합으로 구성되어 새로운 구현부를 추가하기 용이합니다.

단점

적은 수의 알고리즘만 존재하고 거의 수정되지 않으면 불필요하게 복잡해질 수 있습니다.

이 패턴으로 만들어진 객체를 이용하는 사람은 알고리즘 간의 차이를 알아야 합니다.
어떤 알고리즘을 선택할지는 전적으로 객체를 이용하는 사람이 결정합니다.

FP

프로그래밍 환경이 과거와 달리 OOP로만 작업을 하는 케이스는 거의 없고 선언형, 함수형 프로그래밍의 개념이 일반적인 프로그래밍 환경에도 많이 녹아들었기에 디자인 패턴의 변형도 이제는 생각해야할 시기라고 생각합니다.

OOP의 전략 패턴은 객체를 중심으로 생각하기에 각 알고리즘의 명세를 인터페이스로 정의하고 클래스(혹은 구조체)로 만들어 객체를 생성하여 넘기는게 일반적입니다.

하지만 서로 다른 구현부를 런타임에 자유롭게 교체하여 사용할 수 있는 전략 패턴의 의의를 가져온다면 굳이 객체만 넘겨야할 필요는 없다고 생각합니다.

해시 알고리즘 선택하기 / Golang

package main

import (
	"crypto/ecdsa"
	"crypto/elliptic"
	"crypto/rand"
	"crypto/sha256"
	"crypto/x509"
	"fmt"
	"math/big"

	"golang.org/x/crypto/blake2b"
	"golang.org/x/crypto/blake2s"
)

type Secp521r1 struct {
	hasher     func([]byte) [32]byte
	privateKey *ecdsa.PrivateKey
	publicKey  *ecdsa.PublicKey
}

func NewSecp521r1(hasher func([]byte) [32]byte) *Secp521r1 {
	return &Secp521r1{
		hasher:     hasher,
		privateKey: nil,
		publicKey:  nil,
	}
}

func (s *Secp521r1) GenerateKey() error {
	privateKey, err := ecdsa.GenerateKey(elliptic.P521(), rand.Reader)
	if err != nil {
		return err
	}
	s.privateKey = privateKey
	s.publicKey = &privateKey.PublicKey
	return nil
}

func (e *Secp521r1) Sign(key []byte) (*big.Int, *big.Int, error) {
	if e.privateKey == nil {
		return nil, nil, fmt.Errorf("private key is not set")
	}
	pass := e.hasher(key)
	return ecdsa.Sign(rand.Reader, e.privateKey, pass[:])
}

func (e *Secp521r1) Verify(key, data []byte, r, s *big.Int) bool {
	if e.publicKey == nil {
		return false
	}
	pass := e.hasher(key)
	return ecdsa.Verify(e.publicKey, pass[:], r, s)
}

func (e *Secp521r1) ExportPrivateKey() ([]byte, error) {
	return x509.MarshalECPrivateKey(e.privateKey)
}

func (e *Secp521r1) ImportPrivateKey(key []byte) error {
	priv, err := x509.ParseECPrivateKey(key)
	if err != nil {
		return err
	}
	e.privateKey = priv
	return nil
}

func (e *Secp521r1) ExportPublicKey() ([]byte, error) {
	if e.publicKey == nil {
		return nil, fmt.Errorf("public key is not set")
	}
	return elliptic.Marshal(elliptic.P521(), e.publicKey.X, e.publicKey.Y), nil
}

func (e *Secp521r1) ImportPublicKey(key []byte) error {
	x, y := elliptic.Unmarshal(elliptic.P521(), key)
	if x == nil || y == nil {
		return fmt.Errorf("invalid public key")
	}
	publicKey := &ecdsa.PublicKey{
		Curve: elliptic.P521(),
		X:     x,
		Y:     y,
	}
	e.publicKey = publicKey
	return nil
}

func main() {
	password := []byte("password")

	secp521r1s := []*Secp521r1{NewSecp521r1(sha256.Sum256), NewSecp521r1(blake2b.Sum256), NewSecp521r1(blake2s.Sum256)}
	for _, secp521r1 := range secp521r1s {
		if err := secp521r1.GenerateKey(); err != nil {
			panic(err)
		}
		key, err := secp521r1.ExportPrivateKey()
		if err != nil {
			panic(err)
		}
		fmt.Printf("private key: %x\n", key)
		r, s, err := secp521r1.Sign(password)
		if err != nil {
			panic(err)
		}
		fmt.Printf("signature: %x %x\n", r, s)
		pub, err := secp521r1.ExportPublicKey()
		if err != nil {
			panic(err)
		}
		fmt.Printf("public key: %x\n", pub)
		if !secp521r1.Verfy(password, []byte("hello world"), r, s) {
			panic("verify failed")
		}
		fmt.Println("verified")
	}
}
Go
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private key: 3081dc0201010442005af683aaa7b3103cc5a893a2d5edcd12c94d6c25c603938fb8db3605d4018d742ee8a83c5b9fd8ceb15f25b2aa57f1c8b78b829bfe8c2a8e3b407027828d384834a00706052b81040023a1818903818600040041a0d4653a1b88f9ad0554c2ec7a549e0ccd2a6c5fb91b420a8ee18d12eafd2e14b34fc4c73af89b49800254e3e90137fc1ac193d0fbfbbb9873a31a533a55a3180147f9c4a35502adc5f9a82fffc6f3ec2738bb54a80407218e6c83af18bc730a5cc4bd3c6db7c3abec90e784d92970ec6693e10c453fd28b6a83295a077918572699
signature: 1ca9495865d94e57edcd971c1aaf0cb20009e1f6bad62b304e4eb7267b1fddae24a429a865a52471c095cc4978d8161667a933e6f80b73b24dcd921eed58fca30b1 1dbf3033500a1544d89b7f9669d51d6ff5be404cd2f496fe661ce931bb4e17547b336cb57b0404d9b40aea7d63febb68d6f899105b32b4668a4dc35ec2b522df08
public key: 040041a0d4653a1b88f9ad0554c2ec7a549e0ccd2a6c5fb91b420a8ee18d12eafd2e14b34fc4c73af89b49800254e3e90137fc1ac193d0fbfbbb9873a31a533a55a3180147f9c4a35502adc5f9a82fffc6f3ec2738bb54a80407218e6c83af18bc730a5cc4bd3c6db7c3abec90e784d92970ec6693e10c453fd28b6a83295a077918572699
verified
private key: 3081dc0201010442013f9bd30fb3e9c3b7938b1460afb5dd2b387276a2ad3972d02b207cc17c1a2c936d30def3ff553a82705d1ff6707ca92faa05ebf29151e7cd397e688def7eb986dea00706052b81040023a18189038186000401926686d54c17305d36ce85781afb4b37af3d0c6600c1c2f86966fdf9141fe1bb764abb797d2dc5587756f3bd3b59f24218007d7b26c5c21912d74900578f2803ff01cfb76b3433c47bcacbec67cb1e604ca39df3ac1b71a504b0587f232389d2612a3372296d8f9ddb0ff1fa178eaeb9ac775cc2c21d09efebe5fa28eca6cd81e1af25
signature: 47181b97a7593ff886bdb048e28aad3aff6b070c0f092de442566b10f84e3ca44a4f489bb1715e8fa2db8afb47b892173bde915153a1b97bcb9aa24fc8877f4e12 612fbb3ea9eef240ae28763448efa8ccc796d11c235448be14da6a28969d58597aea2f95fcbc6fcef873b7e8f55d7ed23f482fd1a25ed7974a23d79e22a32bcdef
public key: 0401926686d54c17305d36ce85781afb4b37af3d0c6600c1c2f86966fdf9141fe1bb764abb797d2dc5587756f3bd3b59f24218007d7b26c5c21912d74900578f2803ff01cfb76b3433c47bcacbec67cb1e604ca39df3ac1b71a504b0587f232389d2612a3372296d8f9ddb0ff1fa178eaeb9ac775cc2c21d09efebe5fa28eca6cd81e1af25
verified
private key: 3081dc02010104420038c726ef8a57cce983c52f16c9ff9e726567b1b3a7f65b8e18bc4d9330c4556d20fb450f1d1f1ebe4792a38946d90e4d3c6e51930deaf4934f820dc1532c028d58a00706052b81040023a181890381860004001005cdde06ca3f8552237c5a9e120a2e5ee58a1b44d8f4db46e311bd61a67bf00b38912e5daf4ebadfe71959044feb6e6809caffcc125eba28c0bd4fc9c356db93011128764b2fb69cffab80a6970af7c2c4b3f13390905843600e6d722d5089dc0fc4b3408a230d59cf261f3ccc213d034bb043744e33d1eed9cbf41bc5f04afaded2
signature: 14531b9b3bd2fe9f41c1cd69f6d2fa29bc59d3a4e91bff256b231af34d910786c094503a726f53174a228cfaaba8b93655014205baefd09307f53c2440a7fc8b2b7 1987d0e1cc57416b8c9ce7ced1e0b760b1f586f9ccc1e3cbc3271cb2615911caef1aa56b40702abb11b6207acead199cd995c4a4debbb6fd838a689f07abece349a
public key: 04001005cdde06ca3f8552237c5a9e120a2e5ee58a1b44d8f4db46e311bd61a67bf00b38912e5daf4ebadfe71959044feb6e6809caffcc125eba28c0bd4fc9c356db93011128764b2fb69cffab80a6970af7c2c4b3f13390905843600e6d722d5089dc0fc4b3408a230d59cf261f3ccc213d034bb043744e33d1eed9cbf41bc5f04afaded2
verified
Bash
복사

객체 자체를 넘기기 보다 특정 동작을 하는 함수를 기반으로 전략 패턴을 구현한 케이스입니다.

어떠한 해시 함수(알고리즘 구현부)와 일급 함수 변수가 느슨하게 결합되어 있으며 런타임에 유연하게 교체하여 적용할 수 있습니다. 또한 동일 레이어, 각 해시 함수들은 서로에게 영향을 주지 않고 각자의 로직을 함수 정의에 포함시켰습니다. 확장 또한 새로운 함수를 구현하면 되기에 쉽습니다.

단점?

<Dive Into DESIGN PATTERNS> 책의 저자는 전략 패턴의 마지막 단점으로 이러한 함수형의 특징 때문에 굳이 OOP의 전략 패턴을 사용하기보다 함수형의 함수 시그니처를 활용하면 클래스 정의와 인터페이스 정의, 패키지 분리 등을 통해 코드가 부풀려지는 걸 방지할 수 있다고 말합니다.

하지만 위에서도 말했듯이 OOP의 관점이 아니라 다양한 패러다임에 확장하여 생각해보면 그것 또한 전략 패턴이고 전략 패턴의 특징이라고 생각합니다.