[코드온 - 1주차] 디자인 패턴과 프로그래밍 패러다임

코드온 CS 스터디

구름톤 유니브에서 진행하는 Deep Dive 풀스택 11회차 과정 내에서 진행하는 CS 스터디입니다.

학습 기간

2024.08.31.(토) ~ 13.(금)

 

- KDT 첫 팀 빌딩 및 개강으로 인하여 학습 기간을 연장하였습니다.

 

1주차 학습 주제

1. 디자인 패턴 : 싱글톤 패턴, 팩토리 패턴, 전략 패턴의 종류와 특징
2. 프로그래밍 패러다임 : 객체 지향 프로그래밍, 함수형 프로그램의 개념과 특징
3.  

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디자인 패턴

개발에서 발생하는 반복적인 문제들을 해결하기 위한 해결 방법이다.
디자인 패턴은 객체 지향의 4대 특성인 캡슐화, 상속, 추상화, 다형성과 설계원칙 (SOLI)를 기반으로 구성되어있다.

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1. 싱글톤 패턴; Singleton Pattern

싱글톤 패턴은 하나의 객체의 인스턴스가 오직 하나만 존재하는 패턴이다.

특정 객체가 애플리케이션 전반에서 공유되어야 하거나, 하나의 인스턴스로만 제한해야 하는 경우에 유용된다.

1. 특징
   • 인스턴스가 하나만 생성된다.
   • 생성자로 호출이 되더라도 인스턴스를 새로 생성하지 않고, 기존 인스턴스를 재활용한다.
2. 장점
   • 유일한 인스턴스: 단 하나만 존재하는 인스턴스는 객체의 일관된 상태를 유지하고 전역에서 접근이 가능하도록 한다.
   • 메모리 절약: 고정된 메모리 영역을 사용하여 추후 해당 객체에 접근 시 메모리 낭비를 방지할 수 있다.
   • 데이터 공유: 싱글톤 인스턴스는 전역으로 사용되는 인스턴스로 다른 클래스의 인스턴스가 접근할 수 있어 클래스간 데이터 공유가 용이하다. 
   • 지연 초기화: 인스턴스가 실제로 사용되는 시점에서 생성되어 초기 비용을 절약할 수 있다.
     
     
3. 단점
   
   • 동시성: 전역으로 사용되는만큼 데이터에 여러 클래스가 동시에 접근하게 될 경우 문제가 발생할 수 있다.
   • 다량의 코드: 멀티스레딩 환경에서 발생할 수 있는 동시성 문제를 해결하기 위하여 코드 자체가 많이 필요하다.
   • 테스트 복잡성: 싱글톤 인스턴스는 자원을 공유하여 격리된 환경에서 테스트를 진행하기 위해서는 매번 인스턴스 환경을 초기화해야한다.

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2. 팩토리 패턴; Factory Pattern

팩토리 패턴은 클래스로 캡슐화하여, 객체 생성의 구체적인 클래스를 클라이언트로부터 숨긴다.

객체를 생성하는 공장 클래스를 생성하고, 상속하는 서브 공장 클래스가 객체 생성을 각자 책임진다.

객체 생성에 관한 전처리 및 후처리를 통해 생성 과정을 다양하게 처리하여 유연한 처리가 가능하다.

 

1. 종류
   
   팩토리 패턴은 팩토리 메소드 패턴, 추상 팩토리 패턴이 있다.
   
   • 팩토리 매소드 패턴: 객체를 생성하기 위한 인터페티스를 정의할 떄, 어떤 클래스의 인스턴스를 만들지를 서브 클래스가 결정한다.
   • 추상 팩토리 피턴: 인터페이스를 이용하여 서로 연관되거나 의존하는 객체를 구상 클래스로 지정하지 않고 생성한다.
     
     
2. 특징
   
   • 객체 생성 로직을 분리하여 코드의 유연성과 확장성이 높다.
   • 클래스 생성과 사용의 처리 로직을 분리하여 결합도를 낮출 수 있다.
   • 객체의 유형과 종속성을 캡슐화하여 클라이언트로부터의 노출을 막을 수 있다.
3. 장점
   
   • 낮은 종속성: 생성자와 구현 객체의 결합을 피할 수 있다.
   • 타입 은닉: 캡슐화, 추상화를 통해 객체의 구체적인 타입을 감출 수 있다.
   • 낮은 결합도와 확장성: 새로운 객체를 추가할 때 기존 코드를 수정하지 않고 확장할 수 있다.
     
     
4. 단점
   • 클래스의 수: 각 구현체마다 팩토리 객체를 구현해야하여, 객체 생성에 따라 팩토리 클래스가 증가하고 서브 클래스의 수가 폭증한다.
   • 코드 복잡성: 객체에 따라 팩토리 클래스를 생산하여 코드 복잡성이 증가한다.
     
     

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3. 전략 패턴; Ftrategy Pattern

전략 패턴은 객체들의 행위에 각각의 전략 클래스를 생성하고 유사 행위들을 캡슐화한다.

객체의 행위를 변동하고 싶을 경우에 전략을 변경하여 유연한 확장이 가능하다.

 

1. 특징
   • 알고리즘을 캡슐화하여 교체 가능하다.
   • 클라이언트 코드와 행동 로직을 독집적으로 분리한다.
   • 알고리즘을 다양하게 변경할 수 있게 한다.
2. 장점
   
   • 알고리즘 교환: 런타임에 한 객체 내부에서 사용되는 알고리즘들을 교환할 수 있다.
   • 유연한 확장: 객체 행위를 변동할 떄 직접 수정하지 않고 전략으로 캡슐화한 알고리즘을 변경하여 유연한 확장이 가능하다.
     캡슐화로 재사용성도 좋다.
   • 독립 테스트: 캡슐화로 각 알고리즘을 독립적으로 테스트할 수 있다.
     
     
3. 단점
   
   • 복잡성: 알고리즘의 수가 적고 변동이 적을 경우, 새로운 클래스들과 인터페이스로 복잡성이 과도하게 증가한다.
     또한, 적절한 전략 선택을 위하여 개발자는 전략 간 차이점을 파악하고 있어야한다.
   • 객체 관리: 알고리즘의 수가 많아질 수록 관리해야할 객체의 수가 늘어난다.

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프로그래밍 패러다임

프로그래밍 패러다임은 전체적인 프로그래밍 방식을 의미한다.

프로그래밍 언어가 문제를 해결하는 방법과 스타일을 정의하는 개념이다.

접근 방식과 사용환경에 따라 유동적으로 활용되며, 각 프로그래밍 패러다임은 장단점과 상호 보완적 특징을 가진다.

대표적인 프로그래밍 패러다임으로는 절차적, 객체지향, 함수형 프로그래밍이 있다.

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1. 객체 지향 프로그래밍; OOP, Object-Oriented Programming

객체 지향 프로그래밍은 명령형 프로그램의 한 종류로 최소 단위인 객체를 사용하여 데이터와 메소드를 묶고 소통하는 방식이다. 대표적으로 Java가 있다.

 

1. 특징
   
   • 추상화: 객체의 공통적인 속성과 기능을 추출하여 정의한다.
   • 상속: 기존 클래스를 재활용하여 새로운 클래스를 작성한다.
   • 다형성: 객체의 속성이나 기능이 상황에 따라 여러 형태를 가질 수 있다.
   • 캡슐화: 연관된 속성과 기능들을 하나의 캡슐로 만들어 외부로부터 데이터를 보호한다.
2. 장점
   
   • 유지 보수성: 각 객체의 독립적인 역할로 코드의 변경을 최소화하고 유지보수가 유리하다.
   • 재사용성: 코드의 재사용으로 반복적인 코드 사용과 복잡성을 줄일 수 있다.
   • 직관적: 인간 친화적이고 직관적인 코드 작성에 용이하다.
3. 단점
   
   • 복잡성: 시스템이 커질수록 클래스 간의 관계가 복잡해질 수 있어 설계에 시간이 많이 소요될 수 있.
   • 인간 친화: 사람이 이해하고 작성하기 편한 방식으로 코드를 나누어 컴퓨터가 이해하고 실행하는데 속도가 느려지거나, 저장 공간을 많이 차지할 수 있다.
     
     

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2. 함수형 프로그래밍; Functional Programming

함수형 프로그래밍은 선영형 프로그래밍의 한 종류로 무엇을 어떻게 해결할지 컴퓨터에게 위임하는 방법 중 하나이다.

최소 단위는 함수이며, 함수를 통해 새로운 데이터를 생성하며 파이프 형태로 프로그래밍을 진행한다.

상태 변화와 부수 효과를 최소화하여 함수 실행 결과가 항상 동일한 결과를 반환하도록 설계된다.

1. 순수 함수: 동일한 입력에 대하여 동일한 출력을 반환하며 외부 상태에 영향을 주지 않는다.
2. 불변성: 데이터 상태를 변경하는 대신, 변견된 새로운 데이터를 생성한다.
3. 고차 함수: 함수를 인자로 받거나 함수를 반환할 수 있다.
4. 커리: 여러 개의 인자를 가진 함수를 하나의 인자를 받는 함수로 변환하는 기법이다.

 

1. 특징
   작은 문제를 해결하기 위한 함수를 작성하여 가독성이 높고 유지보수가 용이하다.
   대입문을 사용하지 않지만 간단한 코드에서도 변수가 할당되고, 값이 대입된다는 특징이 있다.
   
   
2. 장점
   
   • 재사용성: 함수 단위로 이루어져 재사용성이 높다.
   • 동시성 해결: 함수 외부의 상태를 수정할 수 없어 동시성 문제를 해결할 수 있다.
   • 테스트와 유지보수: 부수 효과가 없어 테스트와 유지보수에 유리하다.
     
     
3. 단점
   
   • 순수 함수의 한계: 순수 함수만으로 모든 문제를 해결하기 어렵다.
   • 성능: 최소 단위로 함수를 분할하면서 메모리 사용량이 증가하거나, 가비지 컬렉션 비용이 증가할 수 있다. 재귀를 사용할 경우에는 스택 오버플로우가 발생 할 수 있다.
   • 추상화 수준: 높은 수준의 추상화로 코드가 간결하고 모듈화되지만, 이해하기 어렵고 복잡해질 수 있다.
     
     

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참고자료

- https://refactoring.guru/ko/design-patterns/singleton
- https://tecoble.techcourse.co.kr/post/2020-11-07-singleton/
- https://ittrue.tistory.com/563
- https://velog.io/@jhbae0420/싱글톤-패턴의-사용-이유와-문제점
- https://velog.io/@wlsrhkd4023/Design-Pattern-싱글톤-패턴Singleton-Pattern-rzs6f6vd
- https://refactoring.guru/ko/design-patterns/factory-method
- https://inpa.tistory.com/entry/GOF-💠-팩토리-메서드Factory-Method-패턴-제대로-배워보자#팩토리_메서드_패턴_구조
- https://refactoring.guru/ko/design-patterns/strategy
- https://inpa.tistory.com/entry/GOF-💠-전략Strategy-패턴-제대로-배워보자
- https://ssdragon.tistory.com/140
- https://velog.io/@codenmh0822/프로그래밍-패러다임
- https://iosdevlime.tistory.com/entry/CSBasic-좀-더-나은-프로그램을-위해-프로그래밍-패러다임
- https://www.codestates.com/blog/content/객체-지향-프로그래밍-특징
- https://sanghyuk.dev/development/2/
- https://mangkyu.tistory.com/111
- https://thecho7.tistory.com/entry/면접-꿀팁-함수형-프로그래밍Functional-Programming이란

 

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후기

MVC, MVVM이 아닌 다른 디자인 패턴에 대해 학습하여 새로웠습니다.

객체 지향, 함수형 등의 프로그래밍 방식에 대해서는 알았지만 프로그래밍 패러다임이라는 용어를 새롭게 알게되어 흥미로웠습니다.