김영한의 실전 자바 기본 편 강의를 보고 정리한 내용입니다.
좋은 객체 지향 프로그래밍이란?
객체 지향 특징
- 추상화
- 캡슐화
- 상속
- 다형성
객체 지향 프로그래밍
객체 지향 프로그래밍은 컴퓨터 프로그램을 명령어의 목록으로 보는 시각에서 벗어나 여러 개의 독립된 단위, 즉 “객체”들의 모임으로 파악하고자 하는 것이다. 각각의 객체는 메시지를 주고받고, 데이터를 처리할 수 있다.(협력)
객체 지향 프로그래밍은 프로그램을 유연하고 변경이 용이하게 만들기 때문에 대규모 소프트웨어 개발에 많이 사용된다.
유연하고, 변경이 용이?
- 마치 레고 블럭 조립하듯이
- 키보드, 마우스 갈아 끼우듯이
- 컴퓨터 부품 갈아 끼우듯이
컴포넌트를 쉽고 유연하게 변경하면서 개발할 수 있는 방법을 의미한다.
다형성의 실세계 비유
실세계와 객체 지향을 완전히 1:1로 매칭 되지는 않는다.
그래도 실세계의 비유로 이해하기에는 좋다.
핵심은 역할과 구현으로 세상을 구분한다는 거다.
역할은 인터페이스이고 구현은 인터페이스를 구현한 객체(실체)라고 생각하면 좋다.
비유1( 운전자 - 자동차)
운전면허 자격증을 소지한 운전자가 있다. 이 운전자는 자동차를 운전할 수 있는데, 자동차는 그림과 같이 하나만 있는 게 아니라 K3, 아반떼, 테슬라처럼 많은 종류가 있다. 그렇다면 운전자는 K3용 운전법, 아반테용 운전법, 테슬라용 운전법을 익혀야 할까?
아니다, 운전자는 자동차가 제공하는 운전기능을 이해하고 운전할 줄 알기에 운전면허증이 있다.
그리고 각각의 다른 종류의 자동차도 디자인이나 연료, 최고속도, 시트의 푹신함과 같은 속성은 달라질 수 있지만, 액셀을 밟으면 전진하고, 브레이크를 밟으면 멈추고, 핸들을 좌우로 돌리면 방향이 바뀌는 건 동일하다.
즉 자동차가 자동차역할만 제대로 수행한다면 운전자는 자동차가 어떤 종류이건 운전을 할 수 있다.
이 말은 자동차 역할이 제공해야 할 기능들만 구현한다면 얼마든지 새로운 자동차를 만들 수 있다는 확장성을 제공한다. 이는 책임주도설계(RDD)와도 연관되는 키워드이다.
결국 해당 객체는 해당 객체의 책임만 성실히 이행한다면 내부가 어떤가는 중요하지 않다.
비교2 (공연 무대 - 로미오와 줄리엣 공연)
배우가 장동건에서 원빈으로 바뀐다고 해서 로미오의 역할이 바뀌는 게 아니다.
줄리엣도 마찬가지다. 김태희에서 송혜교로 바뀌어도 줄리엣 역할을 바뀌지 않는다.
배우들은 오로지 역할에 따른 연기(구현)를 할 뿐이다.
장동건과 원빈이 하는 연기는 다르겠지만 로미오라는 역할은 바뀌지 않는다.
역할과 구현을 분리
어떠한 문제를 역할과 구현으로 구분하면 세상이 단순해지고, 유연해지며 변경도 편리해진다. 역할과 구현이라는 개념을 통해 다형성을 더 잘 활용할 수 있다.
장점
- 클라이언트는 대상의 역할(인터페이스)만 알면 된다.
- 클라이언트는 구현 대상의 내부 구조를 몰라도 된다.
- 클라이언트는 구현 대상의 내부 구조가 변경되어도 영향을 받지 않는다.
- 클라이언트는 구현 대상 자체를 변경해도 영향을 받지 않는다.
자바에서는 어떻게 역할과 구현을 분리하는가
자바에서는 다형성(polymorphism)을 이용한다.
- 역할: 인터페이스
- 구현: 인터페이스를 구현한 클래스, 구현 객체
객체를 설계할 때 역할과 구현을 분리하여 작성한다.
객체 설계 시 이처럼 역할(인터페이스)을 먼저 작성한 뒤 그 역할을 수행하는 구현 객체를 만든다.
객체의 협력이라는 관계부터 생각
- 혼자 있는 객체는 없다.
- 클라이언트: 요청, 서버: 응답
- 수많은 객체 클라이언트와 객체 서버는 서로 협력 관계를 가진다.
클라이언트와 서버 관계는 객체 사이에서만 적용되는 개념이 아니다.
시스템끼리 일수도 있고 사람 간의 관계일 수도 있다.
자바 언어의 다형성
자바의 오버라이딩 개념을 떠올려보자
오버라이딩은 자바의 기본 문법이다.
부모 자식 간의 관계에서 자식이 부모 메서드를 오버라이딩하면 자식에서 오버라이딩한 메서드가 우선 실행된다.
이를 통해 다형성으로 인터페이스를 구현한 객체를 실행 시점에 유연하게 변경할 수 있다.
다형성의 본질
- 인터페이스를 구현한 객체 인스턴스를 실행 시점에 유연하게 변경할 수 있다.
- 다형성의 본질을 이해하려면 협력이라는 객체사이의 관계에서 시작해야 한다.
- 클라이언트를 변경하지 않고, 서버의 구현 기능을 유연하게 변경할 수 있다.
장점
실세계의 역할과 구현이라는 편리한 컨셉을 다형성을 통해 객체 세상으로 가져올 수 있다.
이를 통해 아래와 같은 장점을 얻을 수 있다.
- 유연하고, 변경이 용이
- 확장 가능한 설계
- 클라이언트에 영향을 주지 않는 변경 가능
인터페이스를 안정적으로 잘 설계하는 것이 중요하다.
한계
역할(인터페이스) 자체가 변하면, 클라이언트, 서버 모두에 큰 변경이 발생한다.
ex: USB 인터페이스가 변경되거나, 대본 자체가 변경될 경우
그렇기에 인터페이스를 안정적으로 잘 설계하는 것이 중요하다.
정리
다형성은 정말 중요하다.
디자인 패턴 대부분은 다형성을 활용하는 것이다.
스프링의 핵심인 제어의 역전(IoC), 의존관계 주입(DI)도 결국 다형성을 활용하는 것이다.
스프링을 사용하면 마치 레고 블럭 조립하듯이, 공연 무대의 배우를 선택하듯이 구현을 편리하게 변경할 수 있다.
다형성 - 역할과 구현 예제1
앞서 설명한 내용을 더 깊이 있게 이해하기 위해, 간단한 운전자와 자동차의 관계를 개발해 보자.
먼저 다형성을 사용하지 않고, 역할과 구현을 분리하지 않고 단순하게 개발해 보자.
Driver는 K3Car를 운전하는 프로그램이다.
public class K3Car {
public void startEngine() {
System.out.println("K3Car.startEngine");
}
public void offEngine() {
System.out.println("K3Car.offEngine");
}
public void pressAccelerator() {
System.out.println("K3Car.pressAccelerator");
}
}
public class Driver {
private K3Car k3Car;
public void setK3Car(K3Car k3Car) {
this.k3Car = k3Car;
}
public void drive() {
System.out.println("자동차를 운전합니다.");
k3Car.startEngine();
k3Car.pressAccelerator();
k3Car.offEngine();
}
}
public class CarMain0 {
public static void main(String[] args) {
Driver driver = new Driver();
K3Car k3Car = new K3Car();
driver.setK3Car(k3Car);
driver.drive();
}
}
- Driver 와 K3Car 를 먼저 생성한다. 그리고 driver.setK3Car(..) 를 통해 driver에게 k3Car 의 참조를 넘겨준다.
- driver.driver()를 호출한다.
실행 결과
자동차를 운전합니다.
K3Car.startEngine
K3Car.pressAccelerator
K3Car.offEngine
메모리 그림
다형성 - 역할과 구현 예제2
새로운 Model3 차량을 추가해야 하는 요구사항이 들어왔다.
이 요구사항을 맞추려면 기존에 Driver 코드를 많이 변경해야 한다.
드라이버는 K3Car 도 운전할 수 있고, Model3Car 도 운전할 줄 있어야 한다.
참고로 둘을 동시에 운전하는 것은 아니다.
public class Model3Car {
public void startEngine() {
System.out.println("Model3Car.startEngine");
}
public void offEngine() {
System.out.println("Model3Car.offEngine");
}
public void pressAccelerator() {
System.out.println("Model3Car.pressAccelerator");
}
}
Driver - 코드 변경
public class Driver {
private K3Car k3Car;
private Model3Car model3Car; //추가
public void setK3Car(K3Car k3Car) {
this.k3Car = k3Car;
}
// 추가
public void setModel3Car(Model3Car model3Car) {
this.model3Car = model3Car;
}
//변경
public void drive() {
System.out.println("자동차를 운전합니다.");
if (k3Car != null) {
k3Car.startEngine();
k3Car.pressAccelerator();
k3Car.offEngine();
} else if (model3Car != null) {
model3Car.startEngine();
model3Car.pressAccelerator();
model3Car.offEngine();
}
}
}
드라이버는 K3Car , Model3Car 를 모두 운전할 줄 알아야 한다. 다음과 같은 코드 변경이 발생한다.
- Model3Car 용 필드 추가
- setModel3Car(..) 메서드 추가
- drive() 메서드에서 가지고 있는 차량에 따른 분기
CarMain0 - 코드 변경
public class CarMain0 {
public static void main(String[] args) {
Driver driver = new Driver();
K3Car k3Car = new K3Car();
driver.setK3Car(k3Car);
driver.drive();
// 추가
Model3Car model3Car = new Model3Car();
driver.setK3Car(null);
driver.setModel3Car(model3Car);
driver.drive();
}
}
- K3를 운전하던 운전자가 Model3로 차량을 변경해서 운전하는 코드이다.
- driver.setK3Car(null) 을 통해서 기존 K3Car 의 참조를 제거한다.
- driver.setModel3Car(model3Car) 를 통해서 새로운 model3Car 의 참조를 추가한다.
- driver.driver() 를 호출한다.
실행 결과
자동차를 운전합니다.
K3Car.startEngine
K3Car.pressAccelerator
K3Car.offEngine
자동차를 운전합니다.
Model3Car.startEngine
Model3Car.pressAccelerator
Model3Car.offEngine
메모리 그림
여기서 새로운 차량을 추가한다면 또다시 Driver 코드를 많이 변경해야 한다.
만약 운전할 수 있는 차량의 종류가 계속 늘어난다면 점점 더 변경해야 하는 코드가 많아질 것이다.
다형성 - 역할과 구현 예제 33
다형성을 활용하면 역할과 구현을 분리해서, 클라이언트 코드의 변경 없이 구현 객체를 변경할 수 있다.
다음 관계에서 Driver 가 클라이언트이다.
예제를 통해서 자세히 알아보자.
앞서 설명한 자동차 예제를 코드로 구현해 보자.
- Driver : 운전자는 자동차( Car )의 역할에만 의존한다. 구현인 K3, Model3 자동차에 의존하지 않는다.
- Driver 클래스는 Car car 멤버 변수를 가진다. 따라서 Car 인터페이스를 참조한다.
- 인터페이스를 구현한 K3 Car , Model3Car 에 의존하지 않고, Car 인터페이스에만 의존한다.
- 여기서 설명하는 의존은 클래스 의존 관계를 뜻한다. 클래스 상에서 어떤 클래스를 알고 있는가를 뜻한다. Driver 클래스 코드를 보면 Car 인터페이스만 사용하는 것을 확인할 수 있다.
- Car : 자동차의 역할이고 인터페이스이다. K3Car , Model3Car 클래스가 인터페이스를 구현한다.
의존관계: 클래스 상에서 어떤 클래스를 알고 있는가를 의미한다. 아래는 Driver가 K3Car를 의존한다.
public class Driver {
private K3Car k3car
...
}
public interface Car {
void startEngine();
void offEngine();
void pressAccelerator();
}
public class K3Car implements Car {
@Override
public void startEngine() {
System.out.println("K3Car.startEngine");
}
@Override
public void offEngine() {
System.out.println("K3Car.offEngine");
}
@Override
public void pressAccelerator() {
System.out.println("K3Car.pressAccelerator");
}
public class Model3Car implements Car {
@Override
public void startEngine() {
System.out.println("Model3Car.startEngine");
}
@Override
public void offEngine() {
System.out.println("Model3Car.offEngine");
}
@Override
public void pressAccelerator() {
System.out.println("Model3Car.pressAccelerator");
}
public class Driver {
private Car car;
public void setCar(Car car) {
System.out.println("자동차를 설정합니다: " + car);
this.car = car;
}
public void drive() {
System.out.println("자동차를 운전합니다.");
car.startEngine();
car.pressAccelerator();
car.offEngine();
}
}
- Driver 는 멤버 변수로 Car car를 가진다.
- setCar(Car car) : 멤버 변수에 자동차를 설정한다. 외부에서 누군가 이 메서드를 호출해 주어야 Driver는 새로운 자동차를 참조하거나 변경할 수 있다.
- drive() : Car 인터페이스가 제공하는 기능들을 통해 자동차를 운전한다.
/**
* 다형성을 활용한 런타임 변경
* 런타임: 애플리케이션 실행 도중에 변경 가능
*/
public class CarMain1 {
public static void main(String[] args) {
Driver driver = new Driver();
//차량 선택(k3)
Car k3Car = new K3Car();
driver.setCar(k3Car);
driver.drive();
//차량 변경(k3 -> model3)
Car model3Car = new Model3Car();
driver.setCar(model3Car);
driver.drive();
}
}
실행 결과
자동차를 설정합니다: poly.car.K3Car@24d46ca6
자동차를 운전합니다.
K3Car.startEngine K3Car.pressAccelerator
K3Car.offEngine
자동차를 설정합니다: poly.car.Model3Car@372f7a8d
자동차를 운전합니다.
Model3Car.startEngine
Model3Car.pressAccelerator
Model3Car.offEngine
- 먼저 Driver와 K3Car 를 생성한다.
- driver.setCar(k3 Car)를 호출해서 Driver의 Car car 필드가 K3Car 의 인스턴스를 참조하도록 한다.
- driver.drive()를 호출하면 x001을 참조한다. car 필드가 Car 타입이므로 Car 타입을 찾아서 실행하지만 메서드 오버라이딩에 의해 K3Car 의 기능이 호출된다.
- Model3Car 를 생성한다.
- driver.setCar(model3Car) 를 호출해서 Driver 의 Car car 필드가 Model3Car 의 인스턴스를 참조하도록 변경한다.
- driver.drive()를 호출하면 x002을 참조한다. car 필드가 Car 타입이므로 Car 타입을 찾아서 실행하지만 메서드 오버라이딩에 의해 Model3Car 의 기능이 호출된다.
OCP(Open-Closed Principle) 원칙
좋은 객체 지향 설계 원칙 중 하나로 OCP 원칙이라는 것이 있다.
Open for extension: 새로운 기능의 추가나 변경 사항이 생겼을 때, 기존 코드는 확장할 수 있어야 한다.
Closed for modification: 기존의 코드는 수정되지 않아야 한다.
확장에는 열려있고, 변경에는 닫혀 있다는 뜻인데, 쉽게 이야기해서 기존의 코드 수정 없이 새로운 기능을 추가할 수 있다는 의미다. 약간 말이 안 맞는 것 같지만 우리가 앞서 개발한 코드가 바로 OCP 원칙을 잘 지키고 있는 코드다.
새로운 차량의 추가
여기서 새로운 차량을 추가해도 Driver의 코드는 전혀 변경하지 않는다.
운전할 수 있는 차량의 종류가 계속 늘어나도 Car를 사용하는 Driver의 코드는 전혀 변경하지 않는다.
기능을 확장해도 main() 일부를 제외한 프로그램의 핵심 부분의 코드는 전혀 수정하지 않아도 된다.
확장에 열려있다는 의미
Car 인터페이스를 사용해서 새로운 차량을 자유롭게 추가할 수 있다.
Car 인터페이스를 구현해서 기능을 추가할 수 있다는 의미이다. 즉 인터페이스 기반의 구현들을 계속 만들 수 있다는 소리다. 그리고 Car 인터페이스를 사용하는 클라이언트 코드인 Driver 도 Car 인터페이스를 통해 새롭게 추가된 차량을 자유롭게 호출할 수 있다. 이것이 확장에 열려있다는 의미이다.
코드 수정은 닫혀 있다는 의미
새로운 차를 추가하게 되면 기능이 추가되기 때문에 기존 코드의 수정은 불가피하다. 당연히 어딘가의 코드는 수정해야 한다.
변하지 않는 부분 새로운 자동차를 추가할 때 가장 영향을 받는 중요한 클라이언트는 바로 Car의 기능을 사용하는 Driver이다. 핵심은 Car 인터페이스를 사용하는 클라이언트인 Driver의 코드를 수정하지 않아도 된다는 뜻이다.
변하는 부분 main()과 같이 새로운 차를 생성하고 Driver에게 필요한 차를 전달해 주는 역할은 당연히 코드 수정이 발생한다. main() 은 전체 프로그램을 설정하고 조율하는 역할을 한다. 이런 부분은 OCP를 지켜도 변경이 필요하다.
정리
- Car를 사용하는 클라이언트 코드인 Driver 코드의 변경 없이 새로운 자동차를 확장할 수 있다.
- 다형성을 활용하고 역할과 구현을 잘 분리한 덕분에 새로운 자동차를 추가해도 대부분의 핵심 코드들을 그대로 유지할 수 있게 되었다.
전략 패턴(Strategy Pattern)
디자인 패턴 중에 가장 중요한 패턴을 하나 뽑으라고 하면 전략 패턴을 뽑을 수 있다.
전략 패턴은 알고리즘을 클라이언트코드의 변경 없이 쉽게 교체할 수 있다.
방금 설명한 코드가 바로 전략패턴을 사용한 코드이다.
Car 인터페이스가 바로 전략을 정의하는 인터페이스가 되고, 각각의 차량이 전략의 구체적인 구현이 된다.
그리고 전략을 클라이언트 코드( Driver )의 변경 없이 손쉽게 교체할 수 있다.
참고
김영한의 실전 자바 기본 편 강의를 보고 정리한 내용입니다.
