[정보처리기사] 디자인 패턴 (Design Patterns)

📌디자인 패턴 (Design Patterns) 정리

디자인 패턴은 소프트웨어 설계에서 자주 발생하는 문제를 해결하기 위한 재사용 가능한 설계 템플릿입니다.

GoF(Gang of Four)가 처음 정의한 패턴으로, 생성(Creational), 구조(Structural), 행위(Behavioral) 패턴으로 나뉩니다.

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1️⃣ 디자인 패턴 개요

✅ 디자인 패턴의 개념

• 반복적으로 발생하는 문제를 해결하기 위한 설계 패턴
• 객체 지향 설계 원칙을 기반으로 함
• 유지보수성과 확장성을 높이고, 코드 재사용성을 증가시킴

✅ 디자인 패턴의 3가지 유형

1️⃣ 생성(Creational) 패턴 → 객체 생성과 관련된 패턴 (객체 생성의 유연성과 재사용성 증가)

2️⃣ 구조(Structural) 패턴 → 클래스 및 객체의 구조와 관계를 정의하는 패턴

3️⃣ 행위(Behavioral) 패턴 → 객체 간의 상호작용 및 책임 분리를 위한 패턴

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2️⃣ 생성 패턴 (Creational Patterns) 🏗

✔ 객체의 생성 과정을 캡슐화하여 유연성과 재사용성을 높이는 패턴

✔ 객체의 생성과 초기화 과정에서 발생하는 문제를 해결

패턴 설명 사용 예시

Abstract Factory	여러 개의 객체를 그룹화하여 생성하는 패턴	서로 다른 UI 요소를 그룹화하여 생성 (Windows UI vs Mac UI)
Builder	객체 생성을 단계별로 분리하여 객체를 구성하는 패턴	HTML 문서 생성, 컴퓨터 조립 과정
Factory Method	서브클래스에서 객체 생성을 결정하는 패턴	데이터베이스 연결 객체 생성 (MySQL vs PostgreSQL)
Prototype	기존 객체를 복제(Cloning) 해서 새로운 객체를 생성	대량의 데이터 객체를 복사할 때 사용
Singleton	하나의 객체만 존재하도록 보장하는 패턴	데이터베이스 연결 객체, 설정 관리 객체

✅ 생성 패턴 사용 예제 (Singleton 패턴 - Java)

public class Singleton {
    private static Singleton instance;

    private Singleton() {} // 생성자 private

    public static Singleton getInstance() {
        if (instance == null) {
            instance = new Singleton();
        }
        return instance;
    }
}

✔ getInstance() 메서드를 통해 객체가 한 번만 생성됨

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3️⃣ 구조 패턴 (Structural Patterns) 🏛

✔ 클래스 및 객체 간의 관계를 정의하고 효율적으로 결합하는 패턴

✔ 확장성을 고려하여 설계하며, 객체 간 결합도를 줄이는 것이 핵심

패턴 설명 사용 예시

Adaptor	서로 다른 인터페이스를 연결하여 호환성을 제공	USB → HDMI 변환기, Java의 Adapter 클래스
Bridge	기능과 구현을 분리하여 독립적으로 확장 가능	운영체제별 UI 버튼 구현 (Windows, Mac, Linux)
Composite	객체를 트리 구조로 구성하여 계층적으로 관리	UI 컴포넌트 (윈도우 안에 버튼, 텍스트)
Decorator	기존 객체에 새로운 기능을 동적으로 추가	Java I/O Stream (BufferedReader, FileReader)
Facade	복잡한 시스템을 단순한 인터페이스로 감싸는 패턴	JDBC (Database 연결을 쉽게 처리)
Flyweight	공유 가능한 객체를 재사용하여 메모리 사용 최소화	대량의 텍스트 렌더링 (폰트 객체 공유)
Proxy	대리 객체를 사용하여 실제 객체를 제어	데이터베이스 연결 캐싱, 가상 프록시 (Lazy Loading)

✅ 구조 패턴 사용 예제 (Adapter 패턴 - Java)

interface Target {
    void request();
}

// 기존 클래스 (호환되지 않는 클래스)
class Adaptee {
    void specificRequest() {
        System.out.println("Adaptee's specific request.");
    }
}

// Adapter 클래스 (Adaptee → Target 인터페이스로 변환)
class Adapter implements Target {
    private Adaptee adaptee = new Adaptee();

    @Override
    public void request() {
        adaptee.specificRequest(); // 기존 클래스의 메서드 호출
    }
}

public class AdapterPatternExample {
    public static void main(String[] args) {
        Target target = new Adapter();
        target.request();
    }
}

✔ Adapter 클래스를 통해 기존 클래스를 새로운 인터페이스와 연결

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📌 4. 행위 패턴 (Behavioral Patterns) 🔄

✔ 객체 간의 상호작용과 역할 분리를 효율적으로 관리하는 패턴

✔ 객체의 책임을 명확히 하고 결합도를 낮추는 것이 핵심

패턴 설명 사용 예시

Chain of Responsibility	요청을 여러 객체가 처리할 수 있도록 연결	이벤트 핸들러 체인, 예외 처리 체인
Command	명령을 객체로 캡슐화하여 요청과 실행을 분리	버튼 클릭 → 실행되는 동작 분리
Interpreter	언어 문법을 분석하고 해석하는 패턴	SQL 쿼리 해석기, 정규 표현식
Iterator	컬렉션을 순차적으로 접근하는 패턴	Java의 Iterator 클래스
Mediator	객체 간의 복잡한 상호작용을 중앙에서 조정	채팅 시스템의 중앙 서버
Memento	객체의 상태를 저장하고 복원하는 패턴	실행 취소(Undo) 기능
Observer	한 객체의 변경을 다른 객체들이 감지하도록 연결	GUI 이벤트 리스너, 뉴스 구독 시스템
State	객체의 상태에 따라 동작을 변경	TCP 연결 상태 관리 (Connected, Disconnected)
Strategy	알고리즘을 독립적으로 설계하여 동적으로 변경	정렬 알고리즘 변경 (버블 정렬 ↔ 퀵 정렬)
Template Method	상위 클래스에서 기본 틀을 정의하고, 하위 클래스가 세부 구현	Java Abstract Class
Visitor	객체 구조를 변경하지 않고, 새로운 기능을 추가	XML 파서, 파일 시스템 탐색

✅ 행위 패턴 사용 예제 (Observer 패턴 - Java)

import java.util.ArrayList;
import java.util.List;

// Observer 인터페이스
interface Observer {
    void update(String message);
}

// Concrete Observer (구독자)
class User implements Observer {
    private String name;

    public User(String name) {
        this.name = name;
    }

    @Override
    public void update(String message) {
        System.out.println(name + " received: " + message);
    }
}

// Subject (유튜브 채널)
class Channel {
    private List<Observer> subscribers = new ArrayList<>();

    public void subscribe(Observer observer) {
        subscribers.add(observer);
    }

    public void notifySubscribers(String message) {
        for (Observer observer : subscribers) {
            observer.update(message);
        }
    }
}

public class ObserverPatternExample {
    public static void main(String[] args) {
        Channel channel = new Channel();
        Observer user1 = new User("Alice");
        Observer user2 = new User("Bob");

        channel.subscribe(user1);
        channel.subscribe(user2);

        channel.notifySubscribers("New video uploaded!");
    }
}