Java09_디자인패턴

August 16, 2021 7 minute read

이 글은 JavaEE 디자인패턴 - 무라트 예네르, 알렉스 시돔 지음 책을 공부하며 작성한 글입니다.

1. 디자인 패턴이란?

공통적인 애플리케이션 설계 문제의 해법
객체지향 프로그래밍에서는 대단위 소프트웨어 아키텍처보다는 보통 객체 생성 및 객체 간 상호 작용 문제를 해결하는 데 주로 사용
절차형 프로그래밍 언어로 개발할 때와 달리 객체 지향형 프로그래밍은 문제가 있었음 ( 무엇이 잘 돌아가고 잘 안돌아가는지 조차 짚고 넘어갈 틈 없이 빠르게 세대교체가 이루어짐 )
절차형언어는 스파게티 코드같은 큰 이슈를 많이 해결했으나, 객체지향에서는 문제점이 드러나지 않음
문제들은 대개 유사한 패턴을 지니고 있기 때문에 GoF가 패턴으로 묶어 틀을 정립
만능은 아니며, 프레임워크처럼 곧바로 꺼내쓸 수도 없음
과용하면 문제만 늘어나게 된다.

1-1. 디자인 패턴 유형

01. 생성패턴

객체생성, 초기화, 클래스 선택에 관한 패턴
싱글톤, 팩토리 …

02. 행동패턴

객체 간 소통, 메시징, 상호 작용에 관한 패턴
옵저버 …

03. 구조패턴

클래스와 객체 관계를 조직하는 패턴
관련된 객체를 서로 묶어 원하는 로직을 구현하는 방법을 안내한다.
장식자 …

1-2. 자바에서 엔터프라이즈 자바로

J2EE : 자바 EE 5버전이 나오기 전 이름
J2EE 1.4는 수년간 사랑받아왔지만 XML파일이 너무 길고 복잡했고, 프레임워크와 컨테이너 모두 가볍지 않음
- 이식성
  - 운영체제에 구애받지 않고 JVM으로 실행할 수 있음
  - 개발자가 Window OS에서 개발하고 Linux에서 테스트한 다음 UNIX 시스템에 완성품을 배포할 수 있다.
- 보안
  - role-based 보안 모델을 자체 제공
- 트랜잭션
- J2SE언어 특성
  - 구문이 쉽고 garbage collection을 대신하는 객체지향 프로그래밍 언어

1-3. 디자인패턴과 엔터프라이즈 패턴의 차이

엔터프라이즈 패턴은 엔터프라이즈 소프트웨어를 대상으로 하며, 데스크톱 애플리케이션과는 사뭇 다른 엔터프라이즈 문제 해결에 초점을 둔다는 점에서 디자인 패턴과 다르다.
서비스 지향 아키텍처 라는 새로운 사상에 따라 잘 조직된 재사용 가능한 엔터프라이즈 소프트웨어를 제작하려면 몇 가지 기본 원칙을 따라야 한다.
돈 박스의 SOA 4대 원칙
1. 경계가 분명하다.
2. 서비스는 자율적이다.
3. 서비스는 스키마와 규약을 공유하나 클래스는 공유하지 않는다.
4. 서비스 호환성은 정책에 따라 결정한다.

2. Java EE 기초

2-1. 다중 티어 아키텍처

Java EE의 아키텍처
- 클라이언트 티어
- 미들티어 (웹 레이어 + 비즈니스 레이어)
- 엔터프라이즈 정보 시스템 티어

다중티어아키텍처

01. 클라이언트 티어

프리젠테이션 티어
클라이언트 - 서버 구조에서 클라이언트에 해당하는 애플리케이션 전부를 일컫는다.
하이퍼텍스트 전송 프로토콜 (HTTP)로 자바 EE 서버에 접속하는 브라우저가 거의 대부분
클라이언트 애플리케이션이 리소스를 서버에 요청하면 서버는 요청을 받고 응답을 준다.

02. 미들티어

Java EE 서버는 미들 티어에 둥지를 틀고 웹 컨테이너와 EJB 컨테이너라는 두 논리 컨테이너를 제공
MVC 패턴은 웹 레이어의 뷰 생성과 비즈니스 레이어의 데이터 모델링을 명확히 구분짓기 위해 사용

02-1. 웹레이어

클라이언트 티어와 비즈니스 레이어 간 상호작용을 관장
클라이언트 티어는 웹 레이어에게 리소스를 요청

02-2. 비즈니스 레이어

업무요건을 처리하거나 도메인 내부의 특정 비즈니스 로직을 실행
EIS티어에 있는 DB에서 데이터를 가져오고 클라이언트 데이터를 취한다.

03. EIS 티어

Data tier, Persistence tier, Integration tier
DB 형태의 데이터 저장 단위로 구성
데이터를 공급하는 리소스면 어느것이든 가능
오래된 레거시 시스템, 파일시스템

04. Java EE 서버

엔터프라이즈 애플리케이션에 필요한 자바 EE 기능을 제공
미들티어에 위치

2-2. Java 웹 프로파일

웹 기반 엔터프라이즈 애플리케이션 개발에 가장 적합한 기술로 구성한 하위 기술 집합
웹 애플리케이션 개발에 필요한 기술만 추려 플랫폼 덩치는 작고 덜 복잡
웹 프로파일은 작업 흐름 및 핵심기능(Servlet), 프리젠테이션(JSP, JSF), 비즈니스 로직(EJB 라이트), 트랜잭션(JTA), 퍼시스턴트(JPA), 웹소켓 등으로 구성된 온전한 기술 집합체

2-3. Java EE 핵심원리

Convention over configurataion : 설정보다 관례
코드의 목표에 집중하고 유연함을 잃지 않고 개발을 단순화하는 중심 설계 사상.
엔티티, Java Bean, Managed Bean, Servlet, SOAP, REST형 웹 서비스 등의 컴포넌트 활용 (주입 가능한 의존체 )
느슨한 결합 : 확장성이 좋아져 기존 클래스를 새 클래스로 바꿀 때 다른 클래스까지 바꿀 필요가 없다.
intercepteor는 비즈니스 관심사를 기술관심사(성능) 및 횡단 관심사(보안)로부터 떼어놓는다.

3. 퍼사드패턴

하위 시스템의 인터페이스 세트에 일관된 인터페이스를 제공하는 것
하위 시스템의 복잡도를 감추는 동시에 그 전체 기능을 사용하기 쉬운 인터페이스로 제공
사용 예
- legacy back-end 시스템에 단일 접근 창구 제공
- 클래스에 드라이버 같은 퍼블릭 API를 만든다.
- 거시적으로 서비스에 접근하는 창구를 둔다.
- 네트워크 호출을 줄인다.
- 퍼사드는 하위 시스템에 여러 차례 호출하는 반면, 원격 클라이언트는 퍼사드를 한 번만 호출
- 보안과 단순함 측면에서 애플리케이션 내부 상세 및 실행 흐름을 캡슐화
싱글톤 추상 팩토리

3-1. 일반 자바코드로 구현한 퍼사드 패턴

예시 : 빨래돌리기

public class WashingMachine{
  public void heavilySoiled() {
    setWaterTemperature(100);
    setWashCycleDuration(90);
    setSpinCycleDuration(10);
    addDetergent();
    addBleach();
    ///...
  }
  
  public void lightSoiled(){
    setWaterTemperature(100);
    setWashCycleDuration(90);
    setSpinCycleDuration(10);
    addDetergent();
    heatWater();
    startWash();
  }
}

//퍼사드 사용
new WashingMachine().lightlySoiled();

퍼사드에 있는 heavilySoiled()또는 lightlySoiled()메소드를 호출하면 빨래를 돌릴 수 있음
메소드 구현체는 클라이언트와 완전히 분리되어 있어서 구현체를 바꾸어도 클라이언트에는 영향이 없다.

퍼사드 패턴의 장점

클라이언트가 하위 시스템을 알 필요가 없으므로 결합도가 낮아짐
코드 변경시 유지보수성, 관리성이 좋아짐
로직을 다시 사용할 수 있어 기능을 재사용할 일이 많아진다.
여러 번 실행해도 호출하는 메서드는 동일하기 때문에 일관된 서비스가 보장된다.
연관된 메서드를 한 메서드로 묶어 호출하므로 비즈니스 로직이 덜 복잡해진다.
보안 및 트랜잭션 관리를 중앙화 한다.
테스트할 수 있고 mock을 쓸 수 있는 패턴으로 구현한다.

3-2. Java EE로 구현한 퍼사드 패턴

Java EE는 퍼사드 패턴의 구현체를 기본 제공하지 않지만 상태성 / 무상태성 EJB를 이용하면 알기 쉽게 구현할 수 있다.
EJB를 쓰면 퍼사드에서 필요할 지 모를 다른 EJB에 쉽게 접근할 수 있다.

01. 무상태성을 지닌 퍼사드

@Stateless
기능은 연관되어 있지만 별개의 bean으로 나뉘어진 3개의 EJB가 있다
- CustomerService
  - 로그인한 고객 ID를 조회하는 메소드 (getCustomer)
  - 고객 ID가 올바른지 체크하는 메소드 (checkID)
- LoanService
  - 고객의 신용등급이 해당 금액을 대출할 수 있는지 체크하는 메소드 (checkCreditRating)
- AccountService
  - 계좌 잔액이 충분한지 확인하는 메소드 (getLoan)
  - 계좌 잔액을 업데이트 하는 메소드 (setCustomer)

세 서비스 EJB의 연관된 기능을 묶어 퍼사드 패턴 구현

@Stateless
public class BankServiceFacade {
  
  @Inject
  CustomerService customerService;
  
  @Inject
  LoanService loanService;
  
  @Inject
  AccountService accountService;
  
  public boolean getLoan(int sessionId, double amount) {
    boolean result = false;
    long id = customerService.getCustomer(sessionId);
    
    if(customerService.checkId(id)){
      if(loanService.checkCreditRating(id, amount)){
        if(accountService.getLoan(amount)){
          result = accountService.setCustomerBalance(id, amount);
        }
      }
    }
    return result;
  }
}

호출의 계층 구조를 단순하게 만들 수 있다.
메소드 한 개만 호출해서 원하는 서비스를 받는 비대화형 케이스라면 메소드 중간에 대화 상태를 담아둘 필요가 없으므로 무상태성 세션 bean으로 구현하는 게 좋다.

02. 상태성을 지닌 퍼사드

@Stateful
복잡한 로직을 감추고 사용하기 쉬운 인터페이스를 클라이언트에게 표출하는 bean은 상태성 세션 bean 이나 싱글톤 bean으로 구현할 수도 있다.
Java EE에 이르러 훨씬 간편해짐
메소드 호출 도중 대화 상태를 이어가야한다면 상태성 세션 bean으로 퍼사드를 구현하는 것이 좋음
상태성 세션 퍼사드는 클라이언트가 일부러 대화를 끝내거나 타임아웃이 나기 전에는 서버 리소스를 붙들고 있기 때문에 주의해야 한다.
요청할 때마다 클라이언트 세션 상태를 유지한 채 무상태성 퍼사드의 새 인스턴스를 생성하므로 재사용 X, 다른 클라이언트와 공유 X

3-3. 언제 어디에 사용?

퍼사드 패턴은 복잡한 비즈니스 로직을 상위 레벨에서 캡슐화하고 접근 지점을 명확하게 단일화하여 API를 통해서만 접근할 수 있게 유도한다.
다른 개발자에게 인터페이스나 API를 제공할 경우 로직이 얼마나 복잡한지 앞으로 변경될 가능성은 없는지 확인하자
바뀔지 모를 부분은 감추고 깔끔한 API를 제공할 때 사용
복잡한 하위 시스템 앞에 상위 레벨의 단순한 인터페이스를 제공
과용하면 레이어만 누누이 쌓인 더 복잡한 시스템이 될 수 있음.

4. 싱글톤 패턴

클래스가 인스턴스 하나만 갖게하고 전역 범위에서 이 인스턴스에 접근하는 단일 지점을 제공
보통 팩토리패턴과 함께 씀
사용 예
- 애플리케이션 도메인 전역에서 설정 데이터 등 공유 데이터에 접근
- 값비싼 리소스를 한 번만 읽고 캐시하여 전역 범위에서 접근 가능한 지점을 공유하고 성능을 높인다.
- 유일한 애플리케이션 로거 인스턴스를 생성한다.( 하나만 필요 )
- 팩토리 패턴을 구현한 클래스 내부에서 객체를 관리
- 유일한 퍼사드 객체를 생성( 하나만 필요 )
- 정적 클래스를 뒤늦게 생성한다( 싱글톤은 나중에 인스턴스화 할 수 있음 )
스프링은 Singleton을 bean을 생성하고 JavaEE는 서비스 위치자 등에 내부적으로 싱글톤을 사용한다.
싱글톤 남용시 쓸데없이 리소스를 캐시하고 가비지컬렉터가 객체를 회수하지 못해 메모리 리소스가 줄어든다.
객체 생성과 상속의 이점을 포기하는 것을 의미함.
과한 사용은 부실한 객체지향 설계가 되고, 메모리 및 성능 문제의 원인이 됨

4-1. 싱글톤 빈

@Singleton을 붙이면 알아서 싱글톤 인스턴스 생성
@PostConstructor를 붙인 메소드를 호출한 적이 없어서 싱글톤에 아무런 로그도 찍히지 않음

@Singleton
public class CacheSingletonBean {
  private Map<Integer, String> myCache;
  
  @PostConstructor
  public void start(){
    Logger.getLogger("MyGlobalLogger").info("시작한다!");
    myCache = new HashMap<Integer, String>();
  }
  
  public void addUser(Integer id, String name) {
    myCache.put(id, name);
  }
  
  public String getName(Integer id) {
    return myCache.get(id);
  }
}

4-2. 시동 시 싱글톤 사용

@Startup은 인스턴스 시동 시점에 강제로 만드는 Annotation
JavaEE싱글톤은 뒤늦게 초기화함.
서버 재실행시 @PostConstructor메소드가 호출됨.

@Startup
@Singleton
public class CacheSingletonBean {
  
  private Map<Integer, String> myCache;
  
  @PostConstructor
  public void start(){
    Logger.getLogger("MyGlobalLogger").info("시작한다!");
    myCache = new HashMap<Integer, String>();
  }
  
  public void addUser(Integer id, String name) {
    myCache.put(id, name);
  }
  
  public String getName(Integer id) {
    return myCache.get(id);
  }
}

4-3. 시동 순서 결정

@DependsOn
싱글톤이 다른 리소스에 의존한다면? 어떤 리소스가 준비된 연후에 싱글톤을 생성해야 한다면?
DB에서 메시지 데이터를 조회하여 캐시하는 싱글톤일 경우 순서를 결정해야함.

@Startup
@DependsOn("MyLoggingBean")
@Singleton
public class CacheSingletonBean {
  private Map<Integer, String> myCache;
  
  @EJB
  MyLoggingBean loggingBean;
  
  @PostConstructor
  public void start(){
    Logger.getLogger("MyGlobalLogger").info("시작한다!");
    myCache = new HashMap<Integer, String>();
  }
  
  public void addUser(Integer id, String name) {
    myCache.put(id, name);
  }
  
  public String getName(Integer id) {
    return myCache.get(id);
  }
}

의존하는 bean이 많을 경우 여러개 지정도 가능함
- @DependsOn({“MyLoggingBean”, “MyInitializationBean”})

4-4. 동시성 관리

@ConcurrencyManagement
@Lock을 붙여 접근 제어할 수 있다.
- @Lock(LockType.WRITE) : 메소드 실행 도중엔 다른 클라이언트가 bean에 접근하지 못하게 잠근다.(데이터 수정중 접근 차단)
- @Lock(LockType.READ) : 메소드 동시 접근을 허용하고 다른 클라이언트의 bean접근을 허용
시간내에 처리하지 못하면 ConcurrentAccessTimeoutException예외를 던진다. ( 시간 설정 가능 )
- @AccessTimeout(value=120000) : 기본 단위는 밀리초

@Startup
@DependsOn("MyLoggingBean")
@ConcurrencyManagement(ConcurrencyManagementType.CONTAINER)
@Singleton
public class CacheSingletonBean {
  private Map<Integer, String> myCache;
  
  @EJB
  MyLoggingBean loggingBean;
  
  @PostConstructor
  public void start(){
    Logger.getLogger("MyGlobalLogger").info("시작한다!");
    myCache = new HashMap<Integer, String>();
  }
  
  @Lock(LockType.WRITE)
  public void addUser(Integer id, String name) {
    myCache.put(id, name);
  }
  
  @Lock(LockType.READ)
  public String getName(Integer id) {
    return myCache.get(id);
  }
}

4-5. 싱글톤 패턴의 현재

싱글톤 패턴을 오남용했을 떄읨 누제점과 멀티스레드 애플리케이션에서 사용시 드러나는 단점 때문에 인기가 떨어짐
구현하기 쉬워서 개발자들의 오남용이 잦았다.
간단한 단위테스트를 하나 실행시에도 전역 상태값을 초기화해야해서 테스트가 점점어려워짐
다중 노드 환경에서 백 엔드에 위치한 스레드-안전하지 않은 리소스에 접근할 목적으로 bean을 사용하면 문제가 될 수 있다.
병목현상이 발생하고 클래스 간 강한 결합이 유발되는 현상은 또 다른 문젯거리이다.
충분한 성장을 해왔고 여전히 중요하고 발전성 있는 패턴

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Yoon-ddo

Java09_디자인패턴

1. 디자인 패턴이란?

1-1. 디자인 패턴 유형

01. 생성패턴

02. 행동패턴

03. 구조패턴

1-2. 자바에서 엔터프라이즈 자바로

1-3. 디자인패턴과 엔터프라이즈 패턴의 차이

2. Java EE 기초

2-1. 다중 티어 아키텍처

01. 클라이언트 티어

02. 미들티어

02-1. 웹레이어

02-2. 비즈니스 레이어

03. EIS 티어

04. Java EE 서버

2-2. Java 웹 프로파일

2-3. Java EE 핵심원리

3. 퍼사드패턴

3-1. 일반 자바코드로 구현한 퍼사드 패턴

퍼사드 패턴의 장점

3-2. Java EE로 구현한 퍼사드 패턴

01. 무상태성을 지닌 퍼사드

02. 상태성을 지닌 퍼사드

3-3. 언제 어디에 사용?

4. 싱글톤 패턴

4-1. 싱글톤 빈

4-2. 시동 시 싱글톤 사용

4-3. 시동 순서 결정

4-4. 동시성 관리

4-5. 싱글톤 패턴의 현재

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