Effective Programming

이제 책임을 분리함으로써 소프트웨어의 구조를 잘 만들 수 있게 되었으니 책임을 중심으로 패키지를 만드는 방식을 이야기 할 차례다.

<단일 패키지 내 클래스들 : 지금까지 만든 클래스들을 각각의 소스 파일로 분리하여 하나의 패키지에 넣으면 이와 같은 모양이 될 것이다.>

패키지(package)는 소프트웨어를 배포하는 물리적 단위다. 만약 잘 만들어진 소프트웨어를 재사용해야 하는 상황이라면 패키지 단위로 재사용하는 것이 가장 현명한 선택이다. 그리고 패키지 단위로 배포를 하기 위해서는 패키지 구조를 잘 만들어 두어야 한다. 다행히 지금까지 만들어 왔던 책임 중심의 구조는 패키지로 구조화 시키기에도 매우 적합하다. 잘 패키징 된 소프트웨어는 소스를 분석하기에도 편리하다. Java의 패키지 구조는 디렉토리 구조와 매치된다. 따라서 패키징을 잘 하면 디렉토리 별로 잘 분류된 문서들처럼 손쉽게 필요한 소스들을 찾아 볼 수가 있다. 여기서는 지금까지 만든 클래스들을 어떤 형태로 패키징 하는 것이 좋으며, 특히 구현 책임을 외부로 노출시키지 않기 위해서 어떤 형태로 소스 파일들을 분리하고 가시성을 설정하는 것이 좋은지 이야기 해보도록 하겠다.

가시성 조정

가장 간단한 가시성 부분을 먼저 해결해보도록 하자. 우리는 지금까지 여러 책임을 분리하면서 그 기저에 단 한가지 목표를 두었다. 그것은 Client와 구현 객체의 분리이다. 이를 위해서 계약 책임을 도입하고, 생성 책임을 분리하고, 조립 책임을 분리했다. 결국 Client 클래스 눈에 구현 객체들이 보이면 안되는 것이다. 이것을 아예 설계 단계에서 방지할 수 있는 방법은 구현 객체들의 가시성을 낮추는 것이다. 만약 구현 객체들을 패키지 가시성 수준으로만 낮춘다고 해도 다른 패키지에서는 구현 객체들이 존재하는지조차 알 수 없게 된다. Client 클래스와 구현 클래스들을 서로 다른 패키지에 넣고, 구현 클래스들의 가시성을 패키지 수준(즉 class 선언부에 아무런 가시성 키워드가 없는 형태)으로 떨어뜨려 놓기만 해도 실수로라도 구현 객체에 접근해서 의존성이 발생하는 것을 미리 막을 수 있다.

그 다음엔 Client와 Client와 구현 객체를 별도의 패키지로 분리해 둔다. 이 시기에는 다른 기준이 없기 때문에 구현객체와 Client만 떨어뜨려 놓으면 된다. 일단 Client는 사용자의 입장이고, 다른 모든 클래스들은 사용자가 사용할 대상에 해당된다. 따라서 Client 클래스만 별도의 패키지로 설정하도록 한다. 이제 남은 부분은 모두 MasterContract 클래스와 그 조립을 위한 클래스들이다. Java에서는 기본적으로 서브 패키지 개념이 없다. 사실 모든 패키지는 독립적이다. 하지만 아무래도 이것은 불편하다. 왜냐면 상위 패키지와 그 하위 패키지로 구분해 두면 어떤 패키지가 다른 패키지에 종속적인지, 반대로 이야기 하자면 어떤 패키지가 다른 어떤 패키지에 의존적인지를 알기가 수월할 수 있기 때문이다. 우리의 예제에서는 일단 오직 Client만 MasterContract 클래스를 사용하도록 되어 있기 때문에 패키지의 구조를 계층적으로 구성하도록 한다. 만일 패키지 간에 1:1의 의존 관계가 존재하지 않는다면 하위 패키지 형태로 분류하지 않는 편이 좋다. 아래는 client 패키지와 그 하위 패키지, 즉 master 패키지를 구분한 예이다.

<client 패키지와 master 패키지의 분리. master 패키지는 client 패키지에 의해서만 사용되고 있으므로 하위 패키지 형태로 구성했다.>

패키지 계층 구성

master 패키지 내부에 있는 클래스들은 아직도 정리가 안 된 느낌이다. Assembler나 MasterContract 클래스와 같이 좀 더 종합적인 구조를 가지고 있는 것과 Contract1, 2와 같이 하위 의존성을 위한 클래스나 interface들이 뒤섞여 있다. 이런 형태로 패키지가 구성되어 있으면 일단 소프트웨어의 구조를 분석하는데 불편하다. 어떤 클래스가 다른 어떤 클래스와 어떻게 의존하고 있는지를 알기가 어렵기 때문이다. 또 이런 형태는 배포의 기준점을 잡기가 힘들다. 예를 들어 Contract1에 해당하는 클래스들만 외부에 배포하고 싶다고 할 때 일일이 그와 연관된 클래스 파일들을 골라서 배포해야만 한다. 따라서 master 패키지 내의 소스 파일들도 하위 패키지들을 만들어 분리해 주는 편이 좋다.

master 패키지를 구분한다고 할 때 그 단위가 될 수 있는 기준을 먼저 살펴보도록 하자.

1. MasterContract를 구성하는데 필요한 클래스들.

2. 단일 계약 책임(Contract1, 2)과 그 구현 클래스들.

1번의 MasterContract를 구성하는데 필요한 클래스들은 MasterContract와 그 조립 책임을 담당하는 Assembler 클래스이다. 이들은 여전히 master 패키지에 존재할 필요가 있다. 2번에 해당하는 각각의 계약 책임 클래스들은 서로 분리할 필요가 있다. 첫째 이유는 master 패키지에 있을 클래스들과는 다른 패키지에 놓여져야 하기 때문이고, 두번째 이유는 Contract1과 Contract2는 서로간에 의존성이 없고, 따라서 서로를 모르는 편이 좋기 때문이다. 그리고 세번째로는 소스를 분석하는 입장에서 Contract1과 Contract2가 다른 패키지로 구분되어 있을 때 자연스럽게 체계를 파악할 수 있기 때문이다. 그렇다면 결국 패키지의 구분은 master 패키지의 하위 패키지로 contract1과 contract2를 위한 패키지를 도입하는 형태가 될 것이다. 아래는 이와 같은 형태로 분류된 패키지 구성이다.

<master 하위에 contract1과 contract2를 분류한 패키지 구성>

우선 contract1과 contract2에 대한 패키지를 master 패키지의 하위 패키지 형태로 구성한 이유는 master를 client 패키지의 하위로 분류한 이유와 같다. 만약 contract1이나 contract2가 외부의 다른 패키지와의 의존관계가 있다면 이렇게 종속적인 형태로 구성해서는 안될 것이다. contract1과 2를 구분하는 것은 이슈가 없을 정도로 합리적인 선택이다. 약간의 이슈가 될 수 있는 부분은 Contract1Factory나 Contract2Factory를 함께 패키지에 넣은 것이다. 이들을 master 패키지에 두는 것도 고려해 볼 수 있다. 하지만 패키지 구성을 조정해야 하는 상황이라면 생성 책임은 역시 계약 책임과 함께 존재하는 것이 나은 선택일 수 있다.

위의 패키지에서 주목할 부분은 Task 클래스와 Job 클래스이다. 이들은 각각 Contract1과 Contract2에 대한 구현 클래스이다. 앞서서 이야기 한 것처럼 Client 클래스가 이들 구현 객체는 몰라야 하는 상황이다. 따라서 Task 클래스와 Job 클래스의 가시성을 패키지 가시성 수준으로 떨어뜨려 두었다.

배포과정에서의 이슈

위의 구성에서 보면 client 패키지가 가진 의존성은 모두 하위 패키지 형태로 구성되어 있기 때문에 client 패키지를 배포하는데 전혀 문제가 없다. 또한 master 패키지를 배포한다고 해도 조립책임 및 하위 계약 책임, 그리고 그 구현 책임들을 포함한 패키지 계층이 배포될 수 있는 구조이므로 문제가 될 것이 없다. 한가지 생각해 볼 부분은 각 계약 책임의 구체 구현 객체들에 대한 처리이다.

첫번째 이슈는 배포 시 Task와 같은 구현 객체가 필요하지 않고, 따라서 Contract1Factory와 같은 생성 책임도 필요가 없는 경우이다. 즉 단지 계약 책임만을 가지고 가고 구현 객체는 필요 없을 경우에는 어떻게 하는 것이 좋을까? 잘 생각해 보면 Contract1Factory는 Task에 의존적이다. Contract1은 계약 책임만 가지고 있으므로 Task 클래스와 같은 구현 책임이나 Contract1Factory와 같은 생성 책임에 의존하지 않는다. 따라서 Contract1은 contract1 패키지 내에서 독립적이다. 만약 구현 객체가 필요 없는 경우를 대비한다면 생성 책임을 가진 Contract1Factory와 구현 책임을 가진 Task 클래스를 묶어 contract1의 하위 패키지로 만들어 구성할 수 있다.

<구현 책임과 생성책임을 별도의 하위 패키지로 구성한 경우>

위의 구성에서 만일 Contract1의 계약 책임만을 배포하겠다고 하면 하위 패키지를 제외하고 배포시키면 된다.

배포 과정에서의 또 한가지 이슈는 위의 구성에서 impl 패키지 하위의 구현 책임들을 모두 함께 배포하되, 배포를 받은 입장에서 새로운 구현 객체를 등록, 사용하려고 할 수 있다는 점이다. 이 경우는 Contract1Factory의 생성 책임이 추가되어야 한다는 의미이다. 이 때 만일 Contract1Factory가 컴파일 된 형태로 배포된다면 간단하게 Contract1Factory를 상속 받아서 추가된 구현 객체에 대한 생성 메소드를 추가하는 형태로 구현하면 된다. 대신 새롭게 구현된 구현 클래스나 생성 책임을 가진 클래스는 위의 패키지를 배포 받은 쪽 소스 상에 추가되어야 할 것이다.

단위 테스트(Unit Test) 이슈

위의 패키지 구성에서 또 한가지 고려해야 하는 부분은 단위 테스트이다. 우선 책임을 종류별로 분리하고 이를 각각 클래스화 시켰을 때 단위 테스트는 그렇지 않은 형태보다 훨씬 수월하다. 우선 조립 책임에 의해 의존 관계를 파악하기가 매우 쉽고, 필요하다면 계약 책임을 구현한 mock 객체나 spy 객체 등을 생성하여 재조립(reassemble)하기도 매우 편리하다. 또 각각의 책임이 명확하기 때문에 테스트 작성 계획을 세우거나 테스트 클래스들을 합리적으로 계층화 시키기에도 좋다.

단 한가지 이슈가 될 만한 부분은 구체적인 구현 객체의 가시성으로 인한 테스트 가능성이다. 구현 클래스들의 가시성을 패키지 가시성 수준으로 떨어뜨려 두었기 때문에, 테스트 클래스가 구현 클래스들과 같은 패키지에 있지 않으면 클래스가 존재하는지조자 알 수 없다. 이에 대한 해법은 이미 Spring 프레임워크 등에서 사용하고 있는 폴더 분리 방식을 통해 해결 할 수 있다. 이에 대해서는 아래 글을 참고하기 바란다.

package private class에 대한 unit test

한번 만들어진 소프트웨어는 거기에 그냥 머물지 않고 점차 발전한다. 더 많은 요구사항을 수용하면서 점점 더 복잡해진다. 처음에는 구현 - 계약 - 생성 책임을 가진 객체들을 분리시키는 것 만으로도 이미 충분하다고 생각할지도 모른다. Client가 겨우 몇 개의 계약 책임만을 다루는 형태로도 충분할 수 있다. 하지만 애초에 소프트웨어는 한계를 정해두고 성장하지 않는다. 단지 몇 개의 계약 책임만 가지고 있다가 어느 순간 그 복잡성이 폭발적으로 증가할 수도 있다. 지금 설명하려고 하는 조립 책임은 현대의 소프트웨어로 발전되는 과정에서도 가장 최근에 성립된 개념이라고 할 수 있다. 조립 책임은 소프트웨어의 규모가 충분히 커지지 않으면 그 필요성을 인지하기 힘들기 때문이다.

객체들은 서로 의존한다. 일단 계약 책임과 생성 책임을 분리함으로써 그런 의존 관계를 어느 정도 줄일 수 있다. 또한 Client가 간단히 나열할 수 있는 수의 계약 책임들만을 가지고 있다면 특별히 조립 책임에 관심을 가지지 않을 수도 있다. 하지만 계약의 종류가 점점 더 많아지게 되면 양상은 점차 복잡해진다. 대부분의 소프트웨어는 Client와 Contract interface만의 관계를 가지지 않는다. 계약들은 계약들간에도 관계를 가지게 된다. 예를 들어 A라는 계약을 Client가 사용하지만 A라는 계약은 B라는 계약에 의존할 수 있다. 그러면 A라는 계약을 사용하려면 B라는 계약을 구현한 객체에 대한 참조를 누군가가 만들어 주어야 한다. 이러한 참조의 연결은 계약의 개수가 증가하고, 계약 간의 의존 관계가 복잡해지면 함께 복잡해질 수 밖에 없다. 소프트웨어의 동작 시작 시점이나 동작 중에 Client 혹은 계약들 간에 필요한 의존성을 연결시켜주는 책임을 조립 책임이라고 한다.

만약 소프트웨어의 개발을 시작하는 시점에서 이와 같은 조립을 고려하지 않는다면 어떻게 될까? Client 클래스가 보통은 이 작업을 수행하게 될 것이다. Client 클래스 입장에서는 필요한 시기에 필요한 객체가 있기만 하면 되므로 생성의 위치나 다른 계약들의 관계에 대해서는 별로 신경쓰지 않을 수 있다. 이렇게 되면 시간이 갈수록 점점 더 사용해야 할 객체들이 늘어나면서 각 객체들간의 의존 관계에 의해서 조립 책임을 모아 정리하기가 어려워지게 된다. 그리고 어떤 계약은 다양한 구현 객체들을 가지고 있고, 이들 구현 객체는 사용자의 선택사항이나 요구에 따라서 동적으로 교체되어야 하는 경우도 있다. 이런 상황에서 객체를 잘못 교체하게 될 경우 소프트웨어의 동작은 예측하기 어려워진다. 따라서 여러 객체가 협력해야 하는 소프트웨어라면 초기부터 이런 조립 책임은 일찍 고려되어야만 한다.

그러면 조립 책임을 어떤 식으로 분리해야 하는지 알아보자. 이 조립 책임을 Client 클래스가 가지고 있었다고 가정해보자. 앞서 얘기했듯이 조립 책임에 대한 명확한 구분이 없을 경우 Client는 필요에 의해 언제든 자신이 사용할 객체를 생성하여 사용할 수 있었다. 따라서 조립 책임은 명확하게 나타나지 않고 코드 상에 분산되어 있을 가능성이 높다. 결국 Client가 직접 조립 책임을 지는 경우 Client는 본질적인 기능 뿐 아니라 조립 책임이라는 부수적인 책임도 지게 된다. 이는 단일 책임 원칙에도 어긋나고 코드는 쓸데없이 복잡해질 수 있다. 따라서 이 경우에도 별도의 클래스를 만들어서 조립 책임을 가지도록 하는 편이 좋다. 또한 Client가 개별 계약 구현 객체를 직접 사용할 수도 있고, 여러 계약 구현 객체들의 조합된 단일한 객체를 요구할 수도 있다. 전자의 경우 생성 책임과 조립 책임을 구분하기가 힘들기 때문에 예제에서는 조립 책임을 가진 클래스가 완성된(즉 잘 조립된) 객체를 제공해주는 것으로 가정한다.

조립 책임을 보여주기 위해서는 적어도 두 종류의 계약이 필요하기 때문에 코드가 좀 길어졌다. 하지만 매우 단순한 코드이므로 천천히 살펴보도록 하자. 우선 두 종류의 계약 책임과 구현 책임을 가진 요소들을 선언했다. Contract1과 Contract2가 두가지 계약에 해당한다. Task는 Contract1의 계약을 구현하고 있고, Job은 Contract2의 계약을 구현하고 있다. 원래는 Task의 종류나 Job의 종류가 다양한 것을 가정하고 있지만 코드가 너무 길어질 것 같아서 제외하였다. 계약이 두 종류로 늘었으니 생성 책임도 둘로 늘어난다. 그리고 전체가 모두 조립된 객체를 내주도록 가정하였기 때문에 완성된 객체를 나타내는 MasterContract 클래스를 선언하였다. 이 MaterContract 클래스는 현재 일반 클래스이지만 만약 MasterContract 클래스 역시 다양한 변경이 가능하도록 하려면 역시 계약 방식(interface를 선언하고 이를 구현하는 방식)을 취해야 한다. 하지만 그런 관계에 대해서는 이미 다루었고 예제의 단순성을 위해 일반 클래스로 선언하였다. 

Assembler 클래스는 이 글에서 설명하고자 하는 조립 책임을 가진 클래스이다. 우선 가장 먼저 Assembler가 조립할 대상 객체들에 대한 참조 변수들을 모두 선언하고 있다. 이들 참조 변수들은 이후 유용하게 사용될 예정이다. assemble() 메소드는 완성 객체를 생성해내는 메소드이다. 이 메소드가 실행되면 MasterContract 객체가 완벽하게 조립되어 나오는 구조이다. 내부를 들여다보면 우선 MasterContract 객체를 생성한다(1). 이 시점에서는 객체는 생성되겠지만 MasterContract가 의존하는 다른 객체들은 아직 연결이 안된 상태이다. 이제 첫번째 계약 구현 객체를 연결한다(2). 이 과정에서 Assembler는 reassemble()이라는 메소드를 이용한다. reassemble()메소드는 메소드 오버로딩을 통해 총 두 개의 메소드로 구성되어 있는데, 각각 두 종류의 계약 구현 객체를 조립하는 메소드이다. 이들 메소드는 2와 3에 의해 각각 계약 구현 객체를 생성 받아 이를 MasterContract 객체에 설정 메소드를 통해 집어 넣는다. MasterContract 클래스는 setTask() 메소드 또는 setJob() 메소드와 같이 의존하는 객체를 외부에서 집어 넣을 수 있는 메소드를 제공한다. 이렇게 의존 객체를 설정하는 방식을 의존성 주입이라고 부른다. 계약을 구현한 구체 객체를 사용하는 객체 내부에서 직접 생성하지 않고 외부로부터 주입 받는 것을 디자인 패턴에서는 전략 패턴(Strategy Pattern)이라고 부른다. 이들 reassemble() 메소드들이 호출되면 전체 조립이 끝난다. 그런데 굳이 reassemble() 메소드를 추출하여 실행하게 된 이유는 무엇일까? 이는 Assembler 클래스 위쪽에서 MasterContract와 각 계약 구현 객체에 대한 참조 변수를 선언한 이유가 같다. Client 객체는 실행 도중 어떤 이유로든 MasterContract 객체가 의존하는 의존 객체들을 바꾸고 싶어 할 수 있다. 이런 경우 적절한 의존 객체를 생성하여 Assembler의 reassemble() 메소드를 호출하기만 하면 기존의 MasterContract 객체의 의존 객체가 변경될 것이다. 이런 방식으로 실시간으로 사용자의 요구가 바뀌거나 옵션에 따라 기능이 달리지는 등의 동작을 구현해 낼 수 있다.

이제 Client 클래스 내부에서는 Assembler를 통해 MasterContract 객체를 생성 받아 사용하기만 하면 된다.

그러면 이처럼 조립 책임을 가진 클래스를 별도로 유지하면 어떤 장점이 있는지를 살펴보자. 무엇보다도 우선 좋아지는 것은 Client 클래스의 코드이다. 조립 책임은 소프트웨어가 복잡해지면 복잡해질수록 더욱 복잡성이 증가한다. 최초에는 Client 코드에 별 문제가 없겠지만 소프트웨어의 확장성을 극대화하기 위해서는 Client 클래스의 코드가 단순해져야만 한다. 또 한가지 장점은 소프트웨어의 구조를 파악하기가 매우 수월해진다는 것이다. UML의 클래스 다이어그램과 같은 것이 없더라도 Assembler 클래스만 분석해보면 어떤 객체가 다른 어떤 객체와 의존관계에 있는지를 손쉽게 파악할 수 있다. 특히 Assembler 클래스는 오직 조립에 대한 책임만을 지고 있기 때문에 의존 관계를 파악하기에 가장 적절한 형태로 구현된다. 만약 조립 책임을 Client 클래스가 지고 있거나 여러 객체들이 분산해서 의존 객체를 생성, 조립하는 경우라면 서로의 의존 관계를 파악하기가 매우 어려울 것이다. 의존 관계를 파악하기 어려운 코드는 의존성 관리가 어렵기 때문에 조금만 수정이 가해지더라도 금새 관계가 복잡해지고 순환 참조와 같은 문제가 발생하게 된다. 조립 책임을 분리하는 것의 또 다른 장점은 새로운 객체에 대한 조립을 구현할 때 조립 과정을 바로 확인할 수 있기 때문에 의존 관계의 안정성 여부를 바로 파악할 수 있다는 점이다. 앞서 말했듯이 순환 참조는 의존 관계 분석이 어려울 때 발생한다. 만약 필요에 의해서 새로운 의존 관계를 만들고 싶을 때 바로 이를 조립 책임 객체에 구현해 보면 정상적인 의존 관계를 만들 수 있는지 여부를 바로 알 수가 있다.

그러면 이제 우리의 소프트웨어가 어떤 구조로 이루어져 있는지를 클래스 다이어그램으로 파악해 보자.

우선 Client 클래스는 MasterContract 객체와 Assembler 객체에 대한 의존 관계가 있다. 매우 단순하게도 단 두 개의 객체에 대한 의존관계만으로도 충분한 구조이다. 혹시 필요에 의해서 계약 객체를 변경해야 할 경우에는 Contract1Factory나 Contract2Factory에 접근하여 객체를 생성할 필요가 있을 수는 있다. 하지만 그렇다고 각 계약 객체나 계약 자체를 Client가 다루어야 할 일은 없다. 어떤 상황에서도 Client 코드는 개별 계약과는 상관 없다. 이를 통해 전체 소프트웨어의 유연성은 유지된다. MasterContract 클래스의 경우 역시 그 의존 관계를 명확히 알 수 있을 정도로 단순한 관계만을 유지하고 있다. 이를 통해 기능을 수행하는 객체들의 관계를 매우 명료하게 알 수 있다. Assembler 클래스는 이 클래스 다이어그램에서 가장 복잡한 요소이다. 다이어그램에 나타나진 않지만 Assembler는 Contract1과 Contract2, 그리고 MasterContract 객체에 대한 참조 변수를 가지고 있기 때문이다. 하지만 조립 책임만을 가진다는 점을 명확히 이해하고 각 객체들의 기능을 수행하는 작업을 함께 구현하지만 않는다면 코드는 전체적으로 매우 단순한 형태를 유지하게 될 것이다. 나머지 클래스들의 관계는 모두 이전의 예와 같기 때문에 별도로 설명하지는 않겠다.

조금만 욕심을 부리자면 Assembler가 모든 기능 객체들을 나열하여 가지고 있다는 점을 이용할 수도 있을 것이다. 즉, Visitor 패턴의 accept() 메소드를 Assembler 클래스가 구현하여 Visitor 객체를 받아 모든 구성 요소들을 돌면서 횡단 관심사들을 구현해 볼 수도 있겠다. 횡단 관심사를 Visitor 객체가 구현할 것이고, Assembler 클래스는 단지 Visitor 객체를 받아 호출만 해주는 것이므로 크게 부담이 될 것은 없다. 이에 대한 판단은 여러분들에게 맡기겠다.

이전 글에서 우리는 구현 책임을 가진 객체와 이를 사용하는 객체와의 의존 관계를 어떻게 더 좋은 관계로 바꾸는지를 알아 보았다. 구현 객체를 직접 사용하는 것은 위험하다. 구현 객체가 어떤 방식으로 수정될지 모르고, 만일 수정되면 사용하는 쪽의 코드 역시 수정되어야 하기 때문이다. 또한 다른 구현 객체를 사용하고자 할 경우에는 다른 구현 객체를 사용하는 코드를 중복으로 만들어 내야만 한다. 이렇게 중복이 많고 수정 가능성이 높은 코드가 좋은 품질의 소프트웨어를 만들어 낼 수는 없다. 그래서 중간에 계약 책임을 가진 Contract interface를 도입하였다. 이를 통해서 Client 객체는 직접 Task 객체에 의존하지 않도록 만들었다. 하지만 아직도 객체의 생성은 직접 생성자를 호출해야 하기 때문에 Task 객체에 대한 의존성이 완전하게 해결되지 못한 상태이다.

GoF의 디자인 패턴에는 이 문제를 해결할 수 있는 다수의 패턴을 포함하고 있다. GoF는 이들을 생성 패턴이라고 분류하였다. 생성 패턴은 GoF의 23가지 전체 패턴 중에서 5가지를 차지하고 있다. 단지 객체를 생성하는 것에 지나지 않는데도 이 같이 큰 비중을 차지한다는 것은 그만큼 객체 생성을 관리하는 것이 중요하다는 것을 의미한다. 이 글은 디자인 패턴을 소개하는 목적으로 쓰여진 것이 아니기 때문에 패턴에 대해서 자세하게 설명하지는 않겠지만, 이들 패턴이 추구하는 목표를 명확하게 하는데 주력해 보도록 하겠다. 여기에 가장 적합한 것이 Factory Method가 아닐까 한다.

디자인 패턴에는 동명의 디자인 패턴이 있다. 여기서 소개할 것은 디자인 패턴이 아니라 Factory Method라고 불리는 메소드, 즉 함수이다. "자바 API 디자인"이라는 책에서는 이 Factory Method를 활용하는 몇가지 예가 나와 있다. 우선 코드를 보면서 이야기 해보자.

위의 코드는 Factory Method를 활용하는 다양한 예들이다. 가장 기본적인 형태는 생성자를 private으로 바꾸고(외부에서 생성하는 것을 금지하기 위해서), create라는 자기 자신 타입을 리턴하는 정적 메소드(static)를 선언한 후, 그 안에서 자기 자신의 객체 하나를 생성하여 제공하는 것이다. 이 방법은 외부에서 자신의 생성자 메소드를 호출하는 것을 방지하고, 객체의 생성이 완료된 후부터 create() 메소드의 호출이 종료될 때까지, 즉 객체가 리턴될 때까지 외부에서 생성된 객체를 접근하지 못하도록 한다. 여기까지는 일반적인 생성자 메소드와 용도가 다르지 않다. 그 활용은 다음에 나오는 여러 create 메소드들이 보여주고 있다.

첫번째 용도는 구체적인 객체의 타입을 감추는 것이다. 위의 Subject라는 클래스는 Base 클래스를 상속 받는다. 즉, Subject라는 클래스는 다형성에 의해서 Base라는 타입도 가지게 된다. 유연성을 발휘하기 위해서는 구체적인 타입을 숨기는 것이 좋다는 점을 이미 알고 있다. create2() 메소드는 Subject라는 구체적인 객체를 생성하지만, 생성된 객체가 리턴될 때는 그 상위 타입인 Base 타입으로 리턴된다. 따라서 이 메소드를 통해 생성된 객체를 받는 쪽에서는 그 구체적인 타입을 알 수 없다.

두번째 용도는 인스턴스 캐싱이다. 어떤 객체는 소프트웨어 런타임 전체에서 단 한번만 생성되는 편이 좋을 수 있다. 그리고 그 객체가 이용될지 아닐지는 잘 모르는 경우가 있다. 이런 상황에서는 객체가 사용되는 시기까지 생성을 늦추는 편이 좋다. 즉, create3()과 같이 객체를 외부에서 요구하는 순간까지 객체의 생성을 미루다가, 일단 한번 객체가 생성된 이후에는 그 객체를 instance 참조 변수에 할당하여 두고, 이후 또다른 create3() 메소드 호출이 있으면 이미 생성된 객체를 내주도록 하는 것이다. 이러한 지연 로딩 방식을 인스턴스 캐싱이라고 부른다. 그리고 이렇게 늦게 객체를 생성하는 것을 디자인 패턴에서는 Flyweight 패턴이라고 부른다. 또한 위와 같이 객체 생성에 Flyweight 패턴을 적용한 것을 특별히 Singleton 패턴이라고도 부른다.

세번째 용도는 객체의 초기화 작업이다. 많은 객체들이 생성과 함께, 또는 생성 직후에 초기화 작업을 필요로 한다. 그래서 보통 생성자 내부에 여러 코드들을 집어 넣곤 하는데, 이것이 항상 안전하지는 않다. 어떤 상황에서는 메모리가 부족할 수도 있고, this 참조가 필요해서 사용해야 할 경우도 있다. 이런 작업은 객체가 생성된 이후에는 안전하지만 생성자 내부에서 사용하는데는 위험이 따른다. create4()와 같이 Factory Method를 활용하면 이 같은 문제를 해결할 수 있다. Factory Method는 객체의 생성을 안전하게 완료하고, 메소드가 종료되기 전까지의 시간을 벌어 준다. 만약 생성자 내부에서 해야 할 위험한 일들을 Factory Method의 객체 생성 이후에 수행한다면 객체에 대한 참조를 이용한다거나, 객체가 이용해야 할 다른 객체를 생성하는 등의 작업을 할 때 안전성을 확보할 수 있다.

네번째 용도는 생성의 동기화이다. create5() 메소드는 synchronized 키워드를 통해 Subject 클래스 전체에 대해 동기화 되어 있다. 만일 Subject가 멀티쓰레드 환경에서 동작하도록 설계 되어 있어야 한다면 객체의 생성 역시도 멀티쓰레드 환경에서 보호될 필요가 있을 것이다. 특히 생성자에서 여러 작업을 수행해야 하는 경우에는 더더욱 그렇다. 생성자는 synchronized 키워드를 붙일 수 없기 때문에 보다 안전하게 Factory Method를 이용할 수 있다.

자 우리는 이 중에서도 특히 객체들 간의 의존 관계를 끊는데 더욱 관심이 있다. 이와 관련해서는 구체적인 객체의 타입을 감추는 Factory Method의 특성을 이용할 수 있다. 하지만 이제와서 밝히는 것이지만 Subject 클래스 내부에서 Factory Method를 제공하면서 리턴 타입만 Base 타입으로 하는 형태는 사실 의미가 없다. 상위 타입을 리턴하는 Subject 클래스의 create2() 메소드를 사용하는 코드는 다음과 같다.

위 코드를 보면 알 수 있듯이 Subject 클래스라는 명칭(symbol)이 나온다. 명칭이 나오면 의존 관계가 성립된다. 이런 상황에서 위의 코드가 Subject라는 구체적인 객체에 대해 모른다고 말할 수 없다. 따라서 중요한 점은 Subject 클래스가 아니라 다른 클래스가 Subject에 대한 Factory Method를 제공해 주어야 한다는 점이다.

다시 Client - Contract - Task의 예로 넘어가보자. 우리는 Client와 Task간의 의존성을 끊고 싶다. 그럴려면 Factory Method를 통해 Task 객체를 생성하되, Contract 타입으로 리턴해 주도록 하면 된다. 그러면 Task에 대한 Factory Method를 어디에 구현해야 할까? 일단 Client 클래스는 탈락이다. Client와 Task간의 의존성을 끊는 것이 목적인데 Factory Method 내부에서는 Task의 생성자를 호출해야 하기 때문이다. Task 클래스도 탈락이다. Subject에서의 예와 같이 Task 클래스가 직접 Factory Method를 제공하게 되면 의존 관계가 없어지지 않기 때문이다. Contract interface도 역시 탈락이다. Contract는 interface이기 때문이다.(만약 계약 책임을 interface가 아니라 추상 클래스나 일반 클래스가 가진다면 Factory Method를 그 클래스에 구현하는 것이 가능하다. 이 방법은 "테스트 주도 개발(TDD)"이라는 책에 잘 나와 있으니 참고하기 바란다. 이 예에서는 책임을 분리하는 방법을 설명하는 것이 목적이므로 계약 책임과 생성 책임을 동시에 갖게 되는 방식을 사용하지는 않겠다.) 그러면 남는 방법은 별도의 클래스에게 생성 책임을 맡기는 것 뿐이다. 아래의 코드를 보자.

위 코드에는 새롭게 CotractFactory 클래스가 추가되었다. 이 클래스에는 각종 Task 객체들을 생성할 수 있는 Factory Method들이 선언되어 있다. 잘 보면 Task1이나 Task2와 같은 객체를 생성하긴 하지만 Contract 타입으로 리턴하는 것을 알 수 있다. 따라서 ContractFactory를 통해 Task 객체들을 생성하면, 객체들을 리턴받은 쪽에서는 구체적인 타입을 알 수 없다. Client 클래스에서는 이전에 직접 Task1 또는 Task2의 생성자를 호출하는 대신 1의 코드와 같이 ContractFactory를 이용하여 Task 객체들을 생성하고 있다. 자세히 보면 이제 Client 클래스의 코드에는 어느 곳에서도 Task1이나 Task2를 찾아볼 수 없다. 즉 이제는 구체적인 구현 책임을 가진 객체들과의 의존이 완전히 끊어졌음을 알 수 있다.

현재의 상태를 클래스 다이어그램으로 나타내면 아래와 같다.

이전의 다이어그램과 비교해 보면 다음과 같은 부분이 달라졌다. 일단 ContractFactory라는 클래스가 추가되었다. Client 클래스는 ContractFactory를 통해 Contract 타입의 객체를 얻어가도록 변경되었다. 그리고 Client가 직접 Task1이나 Task2와 의존하던 의존성 연결이 사라졌다. 대신 ContractFactory가 의존성을 대신 가지게 되었다. 이제 전체적으로 보자면 Client 클래스는 Task1과 Task2에 대한 직접적인 의존 관계가 하나도 없다. 즉, Client 클래스는 구체적인 구현 책임을 가진 클래스와의 의존성이 없어진 것이다. 대신 Contract interface와 ContractFactory 클래스와의 의존성이 생겨났다. 일단 구체적인 구현 객체들과의 의존성을 없애겠다는 목표는 달성하긴 했지만, 구체적인 작업을 수행하는 것과는 별로 상관이 없어 보이는 Contract interface나 ContractFactory와 같은 부수적인 요소들과의 의존 관계가 생겨났다. 그러면 지금의 이 구조가 기존의 구조보다 더 낫다고 말할 수 있는 이유는 무엇일까?

가장 먼저 이야기 할 수 있는 것은 새로 발생한 의존은 구체적인 작업, 즉 기능과는 무관하다는 점이다. 기능은 요구사항의 변화에 민감하다. 요구사항이 변하면 기능도 변한다. 요구사항이 추가되면 기능도 추가 되어야 한다. 하지만 기능과 무관한 것은 그 요구사항도 잘 변하지 않는다. 간단하게 말해서 Client는 변화에 민감한 객체들과의 의존관계를 끊고 잘 변하지 않는 것들과의 의존관계를 맺게 된 것이다. 따라서 Client는 구체적인 구현 객체들의 변화에 의해 부수적인 변화가 발생할 가능성이 없어졌다. 또 다른 이점은 구체적인 구현 객체들의 수정도 자유로워졌다는 점이다. 구체적인 객체를 사용하는 곳이 많다는 것은 구체적인 객체를 수정할 경우, 그에 영향을 받아 수정되어야 할 객체들이 많다는 것이다. 이는 새로운 요구사항을 수용하는데 있어서 보수적이 되는 이유가 된다. 이런 형태로 구성된 소프트웨어는 사용자의 요구를 받아들이는데 보수적이 될 수 밖에 없다. 그리고 이런 소프트웨어는 사용자에게 인기가 없다. 또 한가지 이득은 계약에 의해 발생되는 것이다. 구체적인 구현 객체들은 계약을 무조건 따라야 한다. 따라서 계약을 수정할 경우 구체적인 객체들은 어쩔 수 없이 함께 수정되어야 한다. 이것은 interface를 수정하기가 어려워지는 이유이다. 하지만 반대로 이것이 이득일 경우가 있다. 즉, interface를 수정해야 할 중요한 요구사항이 들어왔다고 가정해보자. 그리고 잘 고려해 보니 유사한 요구사항들도 새로운 요구사항의 일부를 수용해야 할 것으로 판단이 되었다고 가정해 보자. 이 경우 기존에는 어떤 요구사항들이 어떤 구현 객체에 구현되어 있는지를 찾아보고 수정해야 한다. 그리고 이 수정에 따라서 구현 객체를 사용하는 Client 쪽도 함께 수정해 주어야 한다. 구체적인 구현 객체의 수만큼 말이다. 하지만 계약 책임을 지는 interface를 이용할 경우, interface를 수정하게 되면 자연스레 구체적인 객체에 대한 수정 사항이 발생한다. 구체적인 객체들은 interface를 제대로 구현하지 않으면 컴파일 자체가 안되기 때문이다. 따라서 수정하려는 입장에서는 문제가 매우 명확하게 보인다. 또한 Client 객체의 경우에는 계약 책임을 가진 interface를 이용하면 단지 interface에 의존하는 코드만 고치면 된다. interface를 이용하지 않았다면 구현 객체와 의존하는 코드들을 모두 고쳐야 했을 것이다. 마지막으로 ContractFactory를 이용하는 경우에는 생성이라는 책임이 명확하므로 생성에 대한 변경이 이루어졌을 때 그 책임이 어디 있는지 명확하고, 그에 대한 변경이 어디서 이루어져야 하는지를 정확하게 알 수 있다. 객체 생성은 어느 곳에서나 이루어질 수 있다. 참조 변수를 선언할 때도 생성할 수 있고, 생성자에서도 생성할 수 있으며 메소드 내에서도 생성할 수 있다. 이러한 자유도는 "관리" 측면에서는 매우 불편하다. 예를 들어 기존에는 객체에 대한 생성 이후 즉각 정상적인 동작이 가능했었는데, 어느 순간 초기화 작업이 필요해졌다고 가정하자. 그러면 이제 객체를 생성하는 코드들을 일일이 찾아가서 수정해 주어야 한다. 이것은 중복코드를 발생시킬 뿐더러 버그가 발생할 가능성도 높이게 된다. 만약 위와 같이 Factory Method를 구현한 별도의 생성 클래스를 두게 되면 생성 후 초기화 작업이 추가되는 경우에도 Factory Method에 단 한번만 초기화 작업을 넣어주면 모든 수정이 완료된다. 새로운 구현 객체가 추가되거나 기존의 객체가 사라진 경우 일단 ContractFactory의 Factory Method만 추가/삭제 해주고 나면 그 이후에는 다른 코드들이 모두 에러 처리되고 컴파일 불가능 해질 것이기 때문에 손쉽게 문제를 찾아 고칠 수 있게 된다.

다시 앞서의 예로 돌아가보자.

책임의 종류를 따르자면 Task 클래스는 구현의 책임을 가지고 있다. 현재 명시적인 기능을 구현하지는 않았지만, Client 입장에서 Task는 어떤 기능을 수행하길 바라는 대상이다. Client 클래스는 1에 의해서 Task 객체를 생성하는 책임을 가지고 있다. 그러면서 2와 같이 Task 객체의 메소드를 이용함으로써 의존하고 있다.

만일 만들고자 하는 소프트웨어가 간단히 구구단 정도 출력하는 일이라면 지금의 구조로도 충분히 훌륭한 소프트웨어를 작성할 수 있다. Task 객체에 구구단 출력 기능을 구현하고, 구현된 구구단 출력 메소드를 Client 객체가 호출해 주면 되기 때문이다. 그리고 위의 예에서는 다른 어떤 보호 장치도 없이 Task 객체에 Client가 직접 의존하고 있다. 이것은 마치 Task 객체가 절대 사라지지도, 변경되지도 않을 것임을 확신하고 있는 것이나 다름 없다. 아무래도 Task 객체는 Client 객체와 매우 밀접한 관계에 있는 듯 하다. 그렇지 않고서야 서로 어떤 안전장치도 없이 의존할 수 있겠는가?

계약 책임의 도입

클래스 다이어그램을 통한 이해와 여전한 문제점

우리의 목표는 객체지향 언어를 이용해서 유연성 있는 소프트웨어를 개발하는 것이다. 소프트웨어가 유연하다는 것은 다양한 요구사항 변화에도 대처가 가능하다는 의미이다. 요구사항 변화는 소프트웨어에 추가, 제거, 변경과 같은 수정을 가져온다. 즉, 유연성은 소프트웨어가 얼마나 손쉽게 수정될 수 있느냐에 달려 있다. 이미 요구사항의 변화를 쉽게 반영할 수 있는 객체지향의 4대 특성에 대해서 이미 살펴봤다. 그리고 객체지향의 4대 특성이 반영된 일반적인 구조에 대해서도 살펴봤다. 지휘자 - 연주자 - 개별 연주자로 연결되는 구조를 통해서 객체지향 언어가 어떻게 다양한 요구사항을 동일하게 취급하는지 살펴 보았다. 하지만 이제 객체지향 언어를 이용하여 완성된 형태의 유연성을 제공하기 위해 알아 두어야 할 요소에 대해 설명할 시간이다.

의존(Dependency)과 책임(Responsibility)

의존과 책임은 객체지향 4대 특성을 통해 확보한 유연성을 더욱 강화시키기 위해 필수적으로 알아 두어야 할 요소이다. 그리고 의존과 책임은 별도로 설명하기 곤란할 정도로 밀접한 관계가 있는 개념들이다. 이 개념들을 실제 코드를 통해 이해해 보도록 하자.

위의 코드에는 두 개의 클래스가 있다. 하나는 Task 클래스이고, 다른 하나는 Task 클래스를 사용하는 Client 클래스이다. Client 클래스에서는 1 처럼 Task 객체를 "생성"하고 있다. 그리고 2번 처럼 그 객체의 메소드를 호출하고 있다. 메소드 호출을 객체지향 용어로는 "메시징"이라고 부른다. 그리고 메소드 호출을 통해 다른 객체를 "사용하는" 것을 객체지향 용어로는 위임(Delegation)이라고 한다. 본래 Client 객체가 해야 할 일이지만 (다양한 이유로 인하여) Task 객체에게 맡긴다는 의미이다. 이 전체를 한마디로 표현하자면 Client 객체가 Task 객체를 생성하고, 일부 기능을 위임한 것이다. 이 구조에서 구체적으로 어떤 기능을 위임했는지는 중요하지 않다. 다만 기능의 종류와 상관 없이 일반적으로 만들어지는 구조라는 것이 중요하다.

또한 Client와 Task 객체간의 관계를 의존관계라고 부른다. 좀 더 정확하게 말하면 Client 객체가 Task 객체에 의존하는 것이다. 위의 코드에서 의존은 두 번 발생한다. 우선 Task 객체를 생성하는 1번 코드에 의해 의존한다. 또 2번의 method() 호출을 통해서도 의존한다. A가 B에 의존한다는 말은 간단하게 이야기 하면 A의 코드 상에 B의 요소가 등장한다는 말이다. 1에서는 Task 객체의 타입이 등장하고, 생성자 메소드 호출이 등장한다. 2에서는 method()라는 Task 객체의 메소드 호출이 등장한다. 이것이 의존으로 불리는 이유는 다른 객체의 요소가 등장하는 순간부터 그 객체가 없어지면 안되기 때문이다. 만일 의존 대상인 Task 클래스가 사라지면 Client 객체는 바로 컴파일이 불가능해지고 동작할 수 없는 상태가 된다.

이 의존 관계가 내포하는 문제를 조금 더 깊이 다뤄보자. 위의 코드처럼 Client가 Task에 의존하는 상태, 즉 Client 클래스 코드에 Task 클래스 코드가 등장하는 상황에서는 Task 클래스의 변경이 Client 코드에 영향을 미치게 된다. 앞서 Task 클래스가 사라지게 되는 경우도 이에 해당한다. 만약 의미를 명확하게 하기 위해서 Task 클래스의 명칭을 바꾼다고 하자. 그러면 Client 코드에서도 Task의 변경된 명칭을 사용해야만 한다. Task의 method()라는 이름의 메소드 역시 의미를 명확하게 하려는 이유로 변경될 수 있다. 그러면 2번 코드 처럼 해당 메소드를 호출하는 코드 역시 변경해 주어야 한다. 만약 Task의 기본 생성자 메소드를 대신하여 인자를 받는 생성자 메소드가 추가되었거나, 기본 생성자 메소드의 가시성을 낮춰서 외부에서는 Task 객체를 생성하지 못하도록 만들었다면 1번의 코드도 그에 맞춰 수정되어야 한다. 위의 예에서는 Task 클래스에 의존하는 곳이 단 두 곳 뿐이지만, 상황에 따라서는 코드들을 모두 변경하기 버거울 정도로 많은 곳에서 의존이 발생할 수도 있다.

이것은 소프트웨어 개발자들이 바라지 않는 일이다. 우리가 Task를 수정해야겠다고 느끼는 시기는 Task를 수정해야 할 이유가 있을 때이다. Task라는 클래스명의 의미가 모호하다고 생각될 경우, method()라는 메소드 이름이 모호하다고 생각될 경우, Task 객체가 해야 할 일이 변경될 경우, 새로운 메소드를 추가하거나 기존 메소드를 제거할 경우 등이 Task 클래스를 수정하게 되는 상황이다. Task 클래스를 수정하는 이유는 이를 사용하는 Client 클래스와는 전혀 상관 없는 일이다. 하지만 위의 코드에서 보듯이 Client의 코드가 Task의 코드에 의존하고 있을 경우 Client의 코드가 수정되는 것은 자명하다. 즉, 수정을 해야할 이유는 Task 코드에서 발생했는데 엉뚱하게 이를 사용하는 Client 코드가 수정되어야 하는 상황이 된 것이다. 

만약 사용되는 객체(또는 요소)로 인하여 사용하는 객체가 수정되는 이와 같은 일이 발생하지 않도록 하려면 어떻게 해야 할까? 단 한가지 답만 존재한다면 사용되는 대상이 수정될 가능성을 낮추는 것이다. 그렇다면 이 "수정될 가능성"을 어떻게 판단할 수 있을까? 이 답은 로버트 C. 마틴이 밝힌 객체지향 설계의 5원칙(SOLID)에 들어 있다. 

책임(Responsibility)의 정의

객체지향 설계의 5 원칙(SOLID) 중에서 첫번째 원칙은 단일 책임의 원칙이다. 단일 책임의 원칙(Single Responsibility Principle)은 객체지향의 구성요소가 단 하나의 책임만을 가진다는 원칙이다. 그러면 책임(Responsibility)이란 무엇인가? 단일 책임 원칙에서는 책임을 다음과 같이 정의 한다.

"변경하려는 이유"

즉 우리가 찾던 "사용하려는 대상이 수정될 가능성"을 "책임"이라고 부를 수 있다는 것이다. 어떤 객체가 다른 객체에 의존하는 이유는 무엇인가? 의존의 대상이 되는 객체에 어떤 "책임"이 부여 되어 있고, 그 책임을 이용하고 싶기 때문이다. 그래서 책임에 대해 덧붙이자면 기능이라고 생각할 수도 있다. 이용해야 할 이유, 즉 기능이 있어야 이용하고 싶기 때문이다. 그리고 기능이 있어야 그 기능을 수정하려는 이유도 생긴다. 아무 기능도 없다면 의존할 필요도 없고, 수정할 필요도 없다. 

그러면 실제 구현 속에서 책임을 찾아보자.

구현의 대상이 필드라면 필드의 가시성, 타입 및 명칭이 변경의 대상이 된다. 또한 필드의 초기값도 변경의 대상이 될 수 있다. 필드 중에서도 객체 참조의 경우에는 참조할 객체의 할당 방법도 변경의 대상이 된다. 예를 들어 필드의 선언과 함께 객체를 생성해서 할당한 경우라면 참조할 객체의 종류 역시 변경될 수 있다.

메소드는 메소드의 시그니쳐(signature)와 메소드 내부 구현이 변경될 수 있다. 메소드의 가시성, 리턴 타입, 메소드 명칭, 파라메터, 메소드의 내부가 변경의 대상이다.

클래스는 타입, 필드, 메소드를 가지고 있다. 따라서 클래스는 (가독성에 따라) 자신의 타입명이 변경될 수도 있고, 다른 클래스를 상속 받거나 interface를 구현하게 됨으로써 자신이 가질 수 있는 타입이 변경될 수도 있다. 또 클래스는 필드가 변경 될 수도, 메소드가 변경될 수도 있다. 

구현의 대상이 interface라면 interface에 선언된 메소드가 변경의 대상이 될 수 있다.

단일 책임 원칙에서 정의하는 책임을 그대로 따른다면 위에서 열거한 변경의 대상은 모두 다 책임이 된다. 이들을 모두 개별적인 책임으로 정의하고 각 책임에 맞는 대응책을 모색하기에는 너무 많은 양이다. 별로 중요하지 않은 책임을 드러내놓고 논의하는 것은 시간 낭비에 불과하다. 적어도 객체지향을 통한 설계나 구현을 위해 의미 있는 정보를 제공해 줄 수 있는 수준이 되어야 한다. 또 너무 유사한 것들을 일일이 나열하면서 설명하는 것도 의미가 없는 일이다. 비슷한 것들은 하나의 개념으로 통합 시킬 필요가 있다. 그래서 중요도, 유사성, 실용성 등을 고려하여 책임을 적절히 분류해 보고자 한다.

책임을 종류별로 분류하고자 하는 목적을 이야기 할 필요가 있다. 다시 말하지만 우리는 객체지향 언어를 통해서 유연한 소프트웨어를 만들고자 한다. 유연한 소프트웨어를 만들기 위해서 추상화된 대상을 통해서 다양한 요구사항의 구체적인 차이점을 감추도록 했다. 이것만으로도 훌륭하지만 구성요소간의 의존성이 여전히 문제로 남아 있다. 다른 객체를 이용하는 객체는 이용되는 객체의 변경에 영향을 받는다. 이를 해결하는 방법은 객체들이 수정될 이유가 적어지게 만드는 것이다. 객체들이 수정될 이유가 바로 책임이다. 만약 어떤 객체가 너무 많은 책임을 가지고 있다면, 이 책임을 분할할 필요가 있다. 책임이 적어진다는 것은 변경할 이유가 적어진다는 것을 의미한다. 의존하는 대상이 변경될 이유가 적어지면 사용하는 쪽의 코드가 수정될 가능성도 함께 적어진다.

그래도 한가지 의문이 더 남는다. 결국 많은 책임을 분할하여 여러 객체나 요소로 분산하자는 얘기인데, 그렇게 되면 결국 의존이 여러 대상으로 분산될 뿐, 전체적인 의존의 복잡성은 그대로 유지되는 것이 아니냐는 것이다. 물론 상황에 따라서는 의존성이 줄어들기보다 객체나 요소가 늘어나는 이유로 인하여 관계가 더 복잡해 보일 수도 있다. 하지만 책임을 나눌 경우 크게 두가지에서 이득을 얻을 수 있다. 

첫째로 책임이 적절하게 여러 대상으로 분할된 경우가 여러 책임이 하나의 대상에 밀집해 있는 경우보다 덜 수정된다는 점이다. 만일 여러 책임이 하나의 클래스에 몰려 있다고 가정해 보자. 이 경우에는 종종 여러 책임별로 메소드 단위, 속성 단위로 잘 구분되지 않는 경우가 많이 있다. 즉, 하나의 메소드가 두가지 책임을 위해서 사용될 경우도 있고, 두가지 이상의 책임이 하나의 메소드 흐름 속에 뒤죽박죽 섞여 있을 수도 있다. 책임을 면밀히 생각해 보지 않았기 때문에 이들이 섞여 있어도 그렇다는 것을 잘 모르는 경우가 많다. 이 때 어떤 이유로 대상을 수정하게 된다면 어떤 일이 벌어질까? 하나의 목적으로 수정을 시작했는데, 그 목적과는 관계없는 코드들이 중간중간에 섞여 있을 것이다. 이는 수정에 집중하기 어려운 상황을 만든다. 그리고 하나의 책임만을 수정했음에도 불구하고 다른 책임을 잘못 건드려서 다른 목적에도 맞지 않게 수정될 가능성도 있다. 이것은 단일 책임 원칙에 의해 책임이 잘 분할된 여러 요소들을 개별적으로 수정할 때에 비해 매우 비효율적일 수 밖에 없다.

둘째로 책임이 분할되어 있을 경우 중복 요소의 확인이 쉽고, 이를 통해 한차원 높은 추상화를 발휘할 수 있다는 점이다. 책임을 분할해 보면 책임이 다른 객체로 분할되거나 별도의 메소드로 분할되게 된다. 이렇게 대상들이 작아지면 전체를 이해하기가 수월해진다. 그리고 작은 단위들은 서로 유사성을 띄는 경우가 많다. 완성된 자동차를 종류별로 비교하면 동일성을 찾기가 어렵지만, 부품단위로 뜯어보면 같은 것을 발견할 가능성이 높아지는 것과 같은 이치이다. 설령 조금씩 다르다고 해도 부품들의 목적이 같다면 둘을 통일 시켜 하나의 요소로 만들기도 쉽다. 같은 세단이라도 완성차끼리 호환시키기는 어렵지만, 세단과 SUV 사이라고 해도 부품별로 놓고 보면 나사, 프레임, 바퀴, 선루프 등 부품별로는 얼마든지 동일성을 유지시킬 수 있는 여지가 있다. 이와 같은 이유로 더 많은 요소의 동일성을 확보하고, 이를 통해 더 많은 유연성을 확보하는 것이 가능해 진다.

책임을 잘 분류하면 다음과 같은 효과를 얻을 수 있다. 우선 단일 책임 원칙을 어떻게 위반하고 있는지를 확인할 수 있다. 어떤 구현 요소(interface, 클래스, 메소드 등)가 여러 종류의 책임을 함께 가지고 있음을 분석해낼 수 있고, 어떤 책임을 분리하여 단순화할지에 대한 전략을 세울 수 있다. 또 책임의 종류에 따라 어떤 형태로 책임의 분할을 수행할 수 있을지를 알 수 있다. 그리고 이런 분할 방식을 이용하여 어떤 소프트웨어를 작성하더라도 정형화 된 형태의 설계나 구현을 할 수 있게 된다. 이것은 개발의 속도를 향상 시키는데 매우 큰 도움이 된다. 마지막으로 객체지향 소프트웨어가 어떤 형태로 기능을 확장해 나가야 할지를 가이드 할 수 있다. 기능이 확장된다는 것은 책임이 증가한다는 것을 의미한다. 책임이 증가되면 단일 책임 원칙을 지키기 위해 분할이 필요하다. 이 때 책임의 종류를 명확하게 이해하고 있으면 쉽게 책임을 분할 할 수 있고, 단일 책임 원칙을 유지시킴으로써 좋은 소프트웨어 구조를 유지할 수 있다.

생성 책임

객체의 생성은 매우 중요한 작업 중의 하나이다. 객체를 생성하는 과정의 중요성 때문에 GoF의 디자인 패턴에도 5가지 종류의 생성 패턴이 존재한다. 또한 생성 과정에서 만나는 다양한 문제점들을 해결하기 위해서 많은 소프트웨어들에서 Factory Method를 이용한다.

이 생성 책임은 세부적으로 다음과 같은 작업들이 정상적으로 이루어지도록 만든다. 첫번째는 적절한 구체 객체를 생성하는 것이다. 생성 패턴이나 Factory Method에서는 사용자가 사용하는 생성자 객체 혹은 생성 메소드에 따라서, 또는 생성 메소드에 의해 전달되는 파라메터에 따라서 다른 객체를 생성하고 제공한다. 생성 책임을 지고 있는 모듈로부터 적절한 객체를 제공 받음으로써 어플리케이션이 적절한 동작을 취할 수 있도록 한다. 두번째로 객체의 타입을 감춘다. 구체 객체를 생성했다고 해도 그 구체 객체의 타입으로 사용하지 않는 편이 좋을 경우가 있다. 대표적으로 다형성을 통해 구현된 일련의 객체들을 받아 사용하는 경우이다. 이 때 생성 책임을 지는 모듈은 구체 객체의 타입을 감추고 추상 타입으로 리턴해 줌으로써 객체를 사용하려는 쪽과 생성된 구체 객체간의 관계가 생성되는 것을 막아준다. 세번째로 객체가 생성되고 나서 사용되기 전에 해줘야 할 작업들을 실행해준다. 대표적으로 초기화 작업이나 이벤트 수신을 위해 생성된 객체를 다른 객체에 등록하는 작업 등이다. 네번째로 객체의 생성에서 사용 전까지 있을 수 있는 동기화 문제를 방지해 주는 역할을 한다. 다섯번째로 객체가 생성되면서 가져야 할 초기 값들을 할당해준다.

조립 책임

현대 소프트웨어처럼 요구사항이 다양화 되기 전까지는 객체를 조립한다는 개념이 두드러지지 않았다. 프레임워크, 즉 어떤 어플리케이션으로 진화하든지 상관 없이 충분한 기능을 지원해 줄 수 있도록 설계된 소프트웨어 플랫폼들에서나 주로 고민하던 부분이다. 하지만 객체지향 언어에서 의존성 관리를 통한 유연성 확보 개념이 널리 퍼지고, 엔터프라이즈 애플리케이션이 더 많은 산업 분야에 적용되고, 같은 기능의 소프트웨어를 대량으로 판매하기 보다는 사용자의 요구에 맞춰 다른 기능들을 제공하는 방식을 더 많이 지원해야 하는 상황에서 이 조립 책임이 대두되었다. 아마도 앞으로 인공지능 분야가 더더욱 발전하고 소프트웨어가 더 많은 데이터를 손쉽게 수집할 수 있는 플랫폼을 개발하는 방향으로 나가게 된다면 이 조립 책임은 더욱더 비중이 커지게 될 것이다.

Spring 프레임워크의 의존성 주입(Dependency Injection), 넷빈즈의 룩업(Lookup) 서비스 객체, 서비스 로케이터(Service Locator) 등과 같이 객체의 조립이라는 과정은 독립적이고 핵심적인 요소이다.

구현 책임

구현의 책임은 구체 객체가 가진 책임이다. 즉 특정 요구사항에 맞게 실제 동작을 수행할 수 있는 메소드를 가지고 있는 것이다. 좀 더 구체적으로 보면 공개 메소드가 구현 책임의 대상이 된다. 이 공개 메소드는 interface나 상위 클래스를 상속함으로써 구현이 강제 되기도 하고, 자체적으로 공개 메소드로 설정하고 제공되기도 한다. 어쨌든 구체 객체는 이들 공개 메소드에 대하여 구현함으로써 실제 작업을 수행하는 책임을 가진다.

계약 책임

계약 책임은 interface에 대한 책임이다. 계약이라는 이야기가 매우 생소할 수도 있다. 하지만 어떤 interface를 구현하는 객체들이 구체적인 구현에 있어서 자율성을 가지고 있다는 사실은 이미 알고 있을 것이다. 객체를 사용하는 쪽에서는 구체적인 객체가 어떤 방식으로 동작하는지에 대해서는 관여하지 않는다. 이를 통해 다형성이 유지되고 유연한 구조의 소프트웨어가 탄생할 수 있다. 하지만 이와 함께 interface는 행위를 강제하는 역할을 한다. 이것을 현실 세계와 비교해 보면 "계약" 관계와 그 유사성을 찾을 수 있다. 계약서를 들이 미는 쪽은 사용자 측이고, 계약을 이행해야 하는 측은 구체적인 구현 객체이다. 그리고 계약서에 해당하는 것은 interface이다. 사용자 측에서는 계약서, 즉 interface를 구현하기만 한다면 구체적인 객체가 어떤 일을 하든지 상관하지 않는다. 대신 계약서(interface)는 반드시 지켜져야만 한다. 

이런 개념으로 interface를 이해하면 리스코프 치환의 원칙이 자연스럽게 지켜진다. 사용자 측에서는 언제나 interface를 통해서만 객체를 취급한다. 구체적인 객체들은 interface의 구현을 강제 당하는 셈이지만, 그 방법에 대해서는 최대한 자유를 누릴 수 있다. 이런 특성들을 개념적으로 잘 이해할 수 있도록 하기 위해서 interface에 계약 책임을 부여하고자 한다.

상태 책임

상태 책임은 필드와 필드의 가시성, 그리고 getter/setter에 대한 책임이다. 어떤 객체에 필드를 선언할 때는 메소드를 선언할 때보다 훨씬 신중해야 한다. 필드는 구현을 도와주는 도구가 아니다. 오히려 가능한 한 선언을 피해야 하고, 일단 선언 되어 있다면 가능한 한 가시성을 낮춤으로써 외부로 유출되는 것을 방지해야 한다. 일단 선언된 필드는 필드를 가지고 있는 객체에 책임을 뒤집어 씌운다. 필드는 필드 스스로 연산을 수행할 능력이 없기 때문이다. 다른 객체들은 특정 필드가 선언된 객체에게 해당 필드의 값을 요구하거나(getter), 어떤 필드 값을 저장하라고 시키거나(setter), 그 필드와 연관된 연산을 수행할 것을 요구할 수 있다. 그리고 특히 getter 메소드는 필드의 값을 외부로 누출시켜 필드에 의해 발생하는 로직들(특히 조건문과 같은)을 전파시키는 역할을 하게 된다. 따라서 단순히 필드를 노출시키는 것만 아니라 필드를 통해 다른 객체들이 하고자 하는 일들을 예상하고 그 일들을 미리 구현해야 한다.

이로써 책임의 분류가 끝났다. 이제 책임의 분류가 어떤 효과를 나타내는지 확인해 볼 차례다.

설계를 하다보면 종종 상위의 인터페이스나 상위 클래스는 외부에 public으로 노출을 시키되, 하위의 구체 클래스들은 외부에 노출시키지 않아야 하는 경우가 있다. 이는 정보 은닉을 위한 좋은 설계 방법 중 하나이다. 이를 위해서 보통 하위의 구체 클래스들을 package private class(JAVA에서 접근자 키워드가 없이 선언되는 클래스)로 선언한다. 이렇게 하면 같은 패키지 내에서는 해당 클래스에 접근할 수 있어도 다른 패키지에서는 package private 클래스를 접근할 수 없으므로 오직 인터페이스나 상위 클래스를 이용할 수 밖에 없다. 따라서 하위 클래스들의 변경이나 추가와 같은 유연성이 보장된다.

하지만 문제는 package private class에 대한 Unit Test를 작성하는 일은 쉽지 않다는 점이다. 일반적으로 제품 코드와 유닛 테스트 코드는 분리되는 것이 좋다. 제품 코드와 유닛 테스트 코드가 같은 곳, 즉 같은 패키지 내에 존재하면 제품의 출시를 위해서 유닛 테스트 코드를 골라내는 작업이 필요하다. 또 제품 코드를 이해하기 위해서 소스를 뒤적이다 보면 유닛 테스트 코드가 함께 섞여 있어서 불편함을 겪게 된다. 그래서 일반적으로 제품 코드와 유닛 테스트 코드를 분리하여 두는데, 이렇게 되면 제품 코드와 유닛 테스트 코드의 패키지가 분리되면서 package private인 요소들에 대해서는 유닛 테스트가 접근할 수 없게 된다. 이렇게 되면 간접적으로 해당 요소들을 테스트해야 하는데 이는 매우 번거로운 작업이 된다.

이클립스에서는 이 문제를 해결할 수 있는 좋은 솔루션을 제공해 준다. 바로 소스 폴더를 여러개 등록하는 것이다.

일단 해결하고자 하는 문제를 명확하게 보여주기 위해서 다음과 같은 예제를 작성해 보겠다.

Shape 및 ShapeFactory 소스 코드

우선 외부에 노출시키고자 하는 인터페이스인 Shape을 정의한다. 그리고 이 인터페이스는 외부에 노출될 것이므로 public interface로 선언하였다. 그리고 하위 클래스인 Triangle과 Circle 클래스들을 구현한다. 이들 클래스는 외부에 노출시키지 않을 것이다. 따라서 접근자가 없는 클래스, 즉 package private 클래스로 선언이 된다.

그리고 외부에 Triangle 클래스와 Circle 클래스를 노출시키지 않을 수 있으려면 생성자 호출을 대신할 Factory 클래스를 제공해 주어야 한다. ShapeFactory 클래스는 Shape 클래스와 같은 패키지 내에 있으면서 외부의 요청에 따라 Triangle 객체와 Circle 객체를 생성하여 제공해 준다. 이 때 구체적인 타입을 감출 수 있도록 Shape 타입으로 상위 타입 캐스팅을 한 후에 제공한다. 이를 통해 Triangle과 Circle 클래스가 외부로 노출되는 것이 차단된다.

이제 유닛 테스트를 구현해야 할 차례다. ShapeFactory가 각 API에 따라서 제대로 된 Triangle 객체와 Circle 객체를 생성하는지를 테스트 해보고자 한다. 그렇다면 아래와 같은 테스트 클래스를 구현해 볼 수 있다.

ShapeFactoryTest.java

1과 2에서와 같이 Triangle 객체와 Circle 객체가 제대로 생성되었는지를 확인할 필요가 있다. 그런데 Triangle과 Circle은 모두 package private 클래스들이다. 따라서 이 유닛 테스트 코드와 제품 코드가 분리되어 있더라도 이들에 접근 할 수 있는 방법이 필요하다.

제품코드와 테스트 코드의 소스 폴더 분리하기

Proeject Explorer / New / New JavaProject를 클릭하면 아래와 같은 다이얼로그가 나올 것이다. 

여기서 바로 finish를 누르지 말고 Configure default 버튼을 누른다. 그러면 아래와 같은 다이얼로그가 생성된다.

붉은색 박스처럼 src 대신 src/java/main을 입력하고 확인을 누른다. 그리고 나서 Next 버튼을 누르면 아래와 같이 화면이 바뀌게 된다.

여기서 오른쪽 클릭을 하고 New Source Folder 버튼을 누른다. 그러면 아래와 같은 다이얼로그가 생성된다.

여기에 Folder name에 src/test/main을 입력하고 확인을 누른다.

그리고 나서 Finish를 누르면 프로젝트 생성이 완료된다. 폴더 구성이 아래와 같다면 제대로 생성이 된 것이다.

일반적으로는 src라는 폴더 하나만 있는데 우리가 만든 프로젝트는 src/java/main과 src/test/main 폴더가 더 추가되어 있다. 그리고 이들 모두가 새로운 패키지를 생성하는 것이 가능하다. 이 두 폴더 중에서 src/java/main 폴더에는 제품 코드를 추가하고 src/test/main에는 유닛 테스트 코드를 추가하면 된다.

이렇게 소스 폴더를 둘로 나눠 놓은 이유는 물론 제품 코드와 유닛 테스트 코드를 분리시키기 위해서이다. 그런데 다른 방법으로도 둘을 분리할 수 있음에도 굳이 방법을 사용한 이유는 저 두 폴더에서 생성한 동일한 경로의 패키지는 같은 패키지로 취급되기 때문이다. 같은 패키지로 취급된다는 말은 위에서 package private 클래스에 대한 유닛 테스트와 Shape 및 ShapeFactory에 대한 소스 코드를 각각의 폴더에 분리하여 넣어도 둘의 패키지 경로만 같게 설정하여 주면 테스트가 정상 동작한다는 것을 의미한다.

이를 확인하기 위해서 두 폴더에 각각 com 이라는 경로의 패키지를 만들어 본다. 그러면 아래와 같이 될 것이다.

이제 위의 패키지에는 Shape.java와 ShapeFactory.java를 넣고, 아래 패키지에는 ShapeFactoryTest.java를 넣는다. 그리고 유닛 테스트를 실행해 보면 된다.

같은 테스트 코드라고 해도 다른 패키지 경로에 넣으면 Triangle 과 Circle 클래스가 등장하는 곳에서 에러가 발생한다.

사실 이러한 소스 폴더 분리 방식은 이미 Spring Framework에서도 적용하고 있는 방식이다. 만일 이와 같이 package private class들에 대한 테스트가 필요하다면(일반적으로 모든 프로젝트에서 그렇겠지만) 꼭 위와 같이 같은 패키지 경로들을 만들어 테스트 코드를 넣는 것이 좋다. 그래야만 보다 손쉽게 테스트 코드를 작성할 수 있다. 만일 Spring이 아닌 일반 프로젝트를 생성한다고 해도 유닛 테스트를 작성해야 하는 경우라면 미리 위와 같은 형태로 소스 폴더를 구성해 두는 편이 유닛 테스트를 작성하기에 용이할 것이다.

한가지만 더 이야기 하자면, protected 메소드 역시 같은 방식으로 테스트가 가능하다. protected 메소드는 package private과 같이 같은 패키지 내의 다른 클래스에서도 접근이 가능하다. 따라서 위와 같은 형태로 소스 경로를 분리한 후 테스트를 수행해 볼 수 있다.

객체지향 개념들간의 관계 UML

간략히 설명하자면 다음과 같다.

- OOP : Object Oriented Programming

- OOP는 유연성(Flexibility)을 가진다.

- 유연성은 캡슐화와 추상화, 다형성을 이용해서 달성된다.

- 상속은 캡슐화를 활용하고, 다형성은 상속을 이용해서 만들어진다.

- 캡슐화를 통해서 가시성(Visibility) 개념이 만들어지고, 클래스 개념이 만들어진다.

- 클래스는 타입과 필드, 그리고 메소드를 가지고 있다.

- 클래스 개념은 인터페이스(Interface), 추상 클래스(Abstract Class), 구체 클래스(Concrete Class) 개념을 파생시킨다.

- 객체(Object)는 구체 클래스(ConcreteClass)가 가진 개념을 포함한다.

- 객체는 Identity를 가지고 있다.(구체클래스를 통해 클래스가 가진 개념도 가지게 되므로 Method, Field, Type도 가지게 된다.)

- 메소드는 프로토타입을 가지며, 추상 메소드는 메소드의 일종이다.

- 필드는 Reference와 Primitive로 나뉜다.

- 클래스와 메소드, 필드는 가시성을 가진다.

- 클래스는 상속 가능(Inheritable)하다.

- 메소드는 재정의 가능(Overridable)하고, 오버로딩 가능(Overloadable)하다.

중간 정리

이쯤 해서 왜 "객체지향의 올바른 이해"라는 포스팅을 만들게 되었는지 그 동기를 설명하고 넘어가는 편이 전체적인 이해에 도움이 될 것이라고 생각한다.

이전 포스팅들에서 객체지향 4대 원칙이 나온 배경을 유연성의 예를 통해 설명하였다. 개인적으로 여러 책을 읽어보고 검색을 해 봤지만 이와 같은 방식으로 객체지향을 설명한 글은 없었다. 하지만 포스팅의 내용을 이해했다면 현실 세계에서 나온 개념을 프로그래밍 언어에서 차용했다고 보는 편이 더 타당하다는 점을 알 수 있을 것이다. 개인적으로 이 부분은 나름대로 확신하는 편이다. 하지만 그렇다고 해서 굳이 이미 사람들이 객체지향을 이해하고 있는 방식을 바꿔서 설명해야 할 필요가 있겠는지 하는 의문은 생길 것이다. 나는 그것이 필요하다고 봤다.

객체지향을 설명하는 일반적인 방식은 이렇다.

추상화(Abstraction)에 대해서는 공통된 속성과 행위를 추출하는 것으로 주로 설명한다. 이 설명이 틀린 것은 아니다. 하지만 공통된 속성과 행위를 추출하는 과정의 목적이 명확하지 않다. 유연성을 확보하기 위한 목적으로 설명하지 않기 때문에 추상화 과정이 필요한 이유를 설명하기가 어렵다. 그래서 어떻게든 가져다 붙이는 설명이 "속성과 행위를 중복 구현하지 않기 위해서"라고 말한다. 만약 추상화의 목적이 중복 구현의 방지, 즉 재사용이라면 일반적인 언어에서 말하는 작은 규모의 재사용, 즉 라이브러리와 무엇이 다른지를 명확히 해야 한다. 하지만 애초에 목표가 제시되지 않은 상태에서 추상화의 목적을 설명하기 때문에 그 본질적인 용도가 불명확해지는 것이다.

애초에 설명이 이렇게 시작하다보니 다른 개념들도 점차 모호해지기 시작한다. 캡슐화는 속성과 행위의 묶음이고, 이들 중에서 일부는 외부에 노출시키지 않는 것, 소위 정보 은닉을 통해 객체 내부 변경이 외부에 영향을 적게 미치도록 만든다고 말한다. 그래서 객체지향이 다른 언어보다 좋다고 이야기 한다. 캡슐화의 가장 큰 이점은 추상화를 통해 만들어진 객체(추상 객체라고 하자)가 그 고유한 타입을 가지게 되고, 이 추상화된 객체의 타입(추상 타입이라고 하자)을 통해서 여러 개별 객체가 공통으로 다루어 질 수 있음으로써 유연성이 확보된다는 점이다. 이 과정에서 캡슐화의 의미가 "공통의 속성과 행위에 타입을 부여하여 다루어질 수 있는 대상으로 만드는 것"이라는 정의를 성립시킬 수 있다. 따라서 캡슐화에서 가장 강조되어야 하는 부분은 타입의 부여이다. 하지만 캡슐화를 단순한 속성과 행위의 묶음 또는 일부 속성이나 행위를 외부에 노출시키지 않는 것이라고 정의한 덕분에 다른 개념들의 설명은 더욱 모호해진다.

상속에 대해서는 다른 객체의 속성과 행위 "만"을 가져 오는 것으로 보통 설명한다. 앞서 강조했듯이 캡슐화된 객체에 있어서 가장 중요한 것은 타입이다. 상속은 타입을 상속 받음으로써 그 타입으로 다뤄질 수 있도록 만드는 것이 핵심이다. 그래야 구체적인 타입이 아닌 상위 타입, 즉 추상 타입으로 다뤄지면서 유연성을 확보할 수 있게 된다.

다형성(Polymorphism)의 경우 역시 왜곡이 심하다. 다형성을 메소드 오버로딩과 혼돈하는 경우가 많고, 기껏해야 상위 타입으로 호출된 메소드를 하위 타입의 메소드로 대체되어 호출되는 것 정도로 말하는 경우가 대부분이다. 다형성은 하나의 타입이 서로 다른 타입으로 지칭될 수 있는 특성이다. 이 다형성은 객체지향 언어에서 상속을 통해 확보된다. 상속이라는 특성은 속성과 행위 뿐 아니라 타입도 상속시킨다. 이를 통해 상속을 받은 클래스는 자기 고유 타입 뿐 아니라 상위 타입도 가지게 된다. 이러면 가지고 있는 타입이 두 개가 되는데 이것이 다형성(multiple type)이다. 따라서 다형성이라는 단어만으로는 유연성을 이해하기 어렵다.

많은 소프트웨어 개발자들은 새로운 언어를 빨리 배우는 것이 자신의 능력과 연결된다고 생각한다. 그것 자체는 틀린 것이 아니다. 하지만 C언어와 같은 절차지향 언어를 쓰다가 Java와 같은 객체지향 언어를 배우게 되는 경우에도 이런 생각에 사로잡힌다. 특히 개발자들은 자신이 하는 분야에 대한 자부심이 크기 때문에 다른 분야 업무를 경시하는 경향이 있다. C언어와 객체지향 언어는 사용되는 분야가 많이 다르다. 언어를 빨리 배워야 뛰어난 개발자라는 생각과 다른 분야에 대한 경시가 객체지향 언어에 대한 이해 부족으로 나타난다. 빨리 배워서 기능 하나 빠르게 개발해서 보여주고 "쉽네!" 라고 빨리 말할 수 있어야 한다는 강박관념에서 언어를 배우는 것이다. 일반적인 형식의 객체지향 설명이 추구하는 방향이 딱 이런 정도다.

객체지향 언어는 애초에 프로그래밍을 시작할 단계에서부터 유연성을 염두해 두고 시작해야 하는 언어다. 프로그램을 구성해야 하는 요소(즉 객체)가 둘이 되었을 때부터 둘 간의 관계에 대해서 생각해보고, 이들의 관계가 확장될 소지가 있는지, 즉 유연성을 확보해야 할 필요가 있는지를 고려해야 한다. 또 이미 구현되어 있는 프로그램이라고 해도 서로 유사성이 있는 요소는 없는지, 그리고 유사한 요소들을 함께 다룰 수 있도록 함으로써 유연하고 간결한 프로그램으로 만들 수는 없는지를 생각해야 한다. 이런 과정에서 유연성을 확보하는 방법에 대한 일종의 청사진을 가지고 있다면 그 일이 매우 수월해질 것이다. 이것이 현실 세계에서 오케스트라 지휘자의 문제를 보여주고, 이를 객체지향 4대 원칙과 비교하면서 설명하게 된 계기이다.

이것을 통해 얻은 것은 무엇인가? 

우선 객체지향 언어를 배우는 과정에서 많이 간과되거나 잘못 설명되었던 개념들을 정확하게 정립할 수 있었다. 특히 객체지향 언어에서 "타입"이 얼마나 중요한지를 재발견할 수 있게 해주었다. 이제껏 일반적인 객체지향 도서들이나 블로그 들에서는 타입에 대해 거의 언급하지 않았거나 단편적으로만 설명했을 뿐이다. 하지만 이 포스팅을 통해서 객체가 속성과 행위의 집합이 아닌 타입과 속성과 행위의 집합으로 이해될 수 있었다. 그리고 캡슐화가 타입을 부여하는 과정이라는 점, 상속은 속성과 행위만이 아니라 타입까지도 물려 준다는 점, 마지막으로 다형성의 의미가 여러 타입을 가질 수 있는 특성이라는 점까지 이해할 수 있게 되었다.

객체지향 언어의 4대 특성이 왜 도입되었는지를 알 수 있었다. 객체지향이 실제 세계의 반영이라는 점은 많은 글들에서 설명하고 있다. 그러나 단순히 실세계를 반영하기 위해서 4대 특성을 도입했다는 것은 설득력이 부족하다. 앞서서도 이야기 했듯이 객체지향의 개념은 절차지향에 비해 이해하기가 어렵다. 굳이 더 어려운 개념을 도입해서 언어를 개발하고, 그렇게 개발된 언어가 지금처럼 널리 쓰일 수 있게 된 이유가 있어야만 한다. 유연성이라는 목적은 그 이유에 부합한다. 그리고 이해하기 어려운 개념임에도 불구하고 유연성이라는 목적을 명확히 이해하고 사용하면 객체지향을 빠르게 익히는데 많은 도움이 된다.

객체지향 언어의 목적이 유연성이라는 점을 이해하고 있고, 이 목적에 맞게 4대 특성을 이해하고 있으면 이제 디자인 패턴과 같은 설계적인 특성에도 빨리 다가갈 수 있다. GoF의 디자인 패턴 23가지 중 약 10가지는 그 목적이 유연성 확보에 있고, 앞서 설명한 유연성 확보 방식을 기반으로 구현된다. 나머지 패턴들 중 일부는 일부 특수한 목적을 위한 것이거나 객체지향 4대 특성의 일부를 활용한 것들이다.

이제 현실세계에서 객체지향의 세계로 넘어갈 차례다. 아직까지도 왜 객체지향 언어가 다른 언어에 비해 더 유연한 언어인가에 대한 정확한 답을 얻지는 못했을 것이다. 객체지향 언어가 유연한 이유를 간단히 말하자면 현실세계의 유연성을 그대로 프로그래밍 언어에 접목시켰기 때문이다. 객체지향 언어가 가진 고유한 특성들을 이제부터 이야기 할텐데, 이 특성들과 유연성은 완벽하게 매치된다. 이제껏 객체지향의 특성들을 일단 공부하고 외우고 나서 어느 정도 객체지향 개념을 이해하게 된 사람들이나 이제 막 객체지향 언어에 발을 들여 놓은 사람들 모두 현실 세계의 유연성을 일단 이해하고 객체지향 개념을 접하게 된다면 그 개념이 왜 필요한지, 그리고 그것이 어떻게 유연성을 만들어 내는지를 정확히 이해할 수 있게 될 것이다.

객체지향 4대 특성

객체지향 언어는 다른 언어들과 차별화된 특성을 가지고 있다. 그리고 이러한 특성들 중에서 중요한 것을을 객체지향 4대 특성이라고 부른다. 

추상화(Abstraction)

유연성을 확보하는 각 단계 중에서 공통점을 추출하고 차이점을 감추는 작업에 대해서 이야기 했다. 이 단계에서 했던 일을 요약하자면 다음과 같다. 우리는 여러 요구사항들로부터

    1. 공통점을 추출하였고,

    2. 불필요한 공통점을 제거하였다.

오케스트라의 비유에서 우리는 연주한다는 공통점을 추출해냈고, 같은 국적이라는 공통점을 추출해 냈지만 국적은 연주와 상관없는 정보이기 때문에 제거하였다. 객체지향 언어에서 추상화(Abstraction)라고 부르는 특성은 우리가 유연성을 확보하기 위해 했던 과정과 동일하다. 추상화라는 말은 구체적인 것을 제거한다는 말이다. 이것은 여러 요구사항에 대한 공통 요약본을 만드는 과정이다. 따라서 무턱대고 추상화를 할 수는 없다. 우선 제거되는 대상은 공통되지 않은 것이어야 한다. 그리고 우리가 만드는 것은 요약본이기 때문에 공통점들 중에서도 목적한 바와 맞지 않는 것들은 다시 제거해야 한다. 이러한 과정을 통해서 문제와 밀접한 관계가 있고, 모든 요구사항들이 공통적으로 가지고 있는 부분들이 추출된다.

추상화(Abstraction)의 과정

캡슐화(Encapsulation)

캡슐화는 "캡슐로 만들다"라는 의미이다. 우리는 이미 "대상화" 한다는 개념을 통해 이 특성을 익혔다. 캡슐화의 의미는 크게 3가지로 나눌 수 있다.

1. 공통점들의 묶음에 명칭을 부여한다. 이 "묶음"은 다룰 수 있는 "대상"이 된다.

2. 속성과 행위를 하나로 묶는다.

3. 실제 구현 내용 일부를 은닉한다.

일반적으로 캡슐화라고 하면 2번과 3번을 떠올린다. 그리고 그것 만으로도 어느 정도 이해하는데 도움이 되기는 한다. 하지만 정작 중요한 것은 1번이다.

우리는 유연성에 대한 설명 중 이상화 시인의 시 "꽃"에 대한 이야기를 했었다. 2번처럼 속성과 행위를 하나로 묶었다고 하더라도 거기에 "명칭"이 부여되지 않으면 다룰 수 있는 "대상"이 되지 못한다. 일반적으로 객체지향에서 이 "명칭" 이라는 것은 타입(Type)이라고 말하고, "대상"은 객체를 말한다. 즉, 다룰 수 있는 대상인 객체가 되려면 타입을 가져야 한다는 말이다. 아래 코드는 이 캡슐화의 예이다.

Musician은 이제 우리가 추출한 공통점들의 명칭이 된다. 그리고 중괄호({})의 시작과 끝에 의해서 그 명칭이 의미하는 내용이 묶여진다. 중괄호를 통해 공통점들이 묶이고 Musician이라는 명칭이 부여된 것이다. 명칭, 즉 타입(Type)이 중요한 이유는 이후 다른 객체지향 특성을 알고 나면 매우 명확해지게 될 것이다. 일단 아래의 코드를 보고 한가지만 이야기 하고 넘어가겠다.

위의 코드 한 줄은 다음과 같은 의미를 지닌다.

    1. 등호( = ) 오른쪽은 Musician 타입의 객체를 생성하는 코드이다. 

    2. 등호 왼쪽은 musician이라는 참조를 선언하는데 그 타입은 Musician 타입이다.

    3. 이 한 줄의 코드를 통해 Musician 타입의 객체가 생성되고, 이 객체는 Musician 타입의 참조 객체를 통해 다루어진다.

객체를 생성하고 객체와 타입의 참조를 통해 객체를 다룬다는 말이다. 같은 타입이니 당연히 객체를 다루는 것은 문제가 없다. 이제 다음에 나올 개념들을 이해할 차례다.

상속(Inheritance)

이제 우리는 공통점에 대해 해야 할 일들을 마쳤다. 그러면 이제 다양한 요구사항들의 차이점들에 집중할 때가 되었다. 오케스트라의 비유에서 각 악기 연주자들은 서로 다른 악기를 다룬다. 따라서 이들 악기로부터 나오는 소리는 모두 다 다를 것이다. 하지만 이들은 모두 연주한다(play()), 멈춘다(stop())는 공통점을 가지고 있어야 한다. 특히 유연성의 관점에서 보면 각 악기 연주자들은 연주한다와 멈춘다를 통해서 다루어져야 한다.

이것은 이미 만들어져 있는 공통점을 개별 악기 연주자가 이용할 수 있어야 함을 의미한다. 객체지향 언어에서 이미 만들어져 있는 타입을 다른 객체가 물려 받아 이용하는 것을 상속(Inheritance)이라고 한다.

상속을 통해 다른 객체로부터 물려 받는 것은 세가지가 있다.

    1. 타입(Type)

    2. 필드(field, = 속성 = 변수)

    3. 메소드(method, = 행위, 함수)

이 중에서 가장 중요한 것을 고르라면 당연히 타입이다. 일반적으로 많은 객체지향 관련 자료들이 놓치는 것이 상속을 통해 타입을 상속받는다는 사실이다. 이 타입 상속에 대한 이해가 없이는 객체지향을 온전히 이해할 수 없다. 타입 상속은 다음에 나올 다형성의 중요한 기반이 된다.

일단 상속이 어떤 방식으로 이루어지는지부터 알아보자. 우리는 공통점을 추출해 낸 Musician이라는 타입을 이미 가지고 있다. 그리고 이제 우리는 구체적인 요구사항, 즉 개별 악기 연주자들을 정의해야 한다. 그리고 개별 악기 연주자는 이미 정의된 Musician으로도 다루어 질 수 있어야 한다. 따라서 Musician이라는 타입을 "상속" 받아야만 한다. 일단 하나만 해보도록 하자.

FluteMusician 클래스는 Musician 클래스를 상속 받는다. 이를 통해 FluteMusician 클래스는 FluteMusician이라는 자신의 타입도 가지면서 동시에 Musician이라는 타입도 가지게 된다. 또한 Musician 클래스가 가지고 있던 공통점들, 즉 연주하다(play())와 멈추다(stop()) 역시 Musician 클래스로부터 상속을 받는다.(예제에서는 일단 이들 공통점들을 "재정의" 하고 있다.)

여기서 주목할 것은 타입과 함께 공통점들을 물려 받는 것이 왜 중요한가 하는 부분이다. 

다형성(Polymorphism)

다형성은 객체지향의 꽃이라고 불린다. 다형성이란 다(많은) + 형(타입) + 성(특성)이 합쳐진 말로, 하나의 대상이 여러 개의 타입을 가진다는 것을 의미한다. 하나의 대상이 여러개의 타입을 가진다는 것이 무슨 의미일까?

우리는 이미 다형성을 만들어내는 기법을 알고 있다. 바로 상속이다. 상속은 상속을 받는 클래스에게 자신의 타입과 필드와 메소드를 전달해 주는 역할을 한다. 앞서서 이 세가지 중에 가장 중요한 것이 타입이라고 말했다. 이 타입을 물려 줌으로써 물려 받은 클래스는 다형성을 가진 클래스가 되기 때문이다.

위의 예제에서 FluteMusician은 자기 자신의 타입을 가진다. 그와 함께 Musician을 상속 받음으로써 Musician 타입으로도 취급이 될 수 있다. 아래 코드를 보자.

위의 코드는 FluteMusician 클래스를 객체화 하고 FluteMusician 타입으로 다루겠다는 의미를 지닌다. 아래 코드를 한 번 더 보자.

위의 코드는 똑같이 FluteMisician 클래스를 객체화 하지만 Musician 타입으로 다루겠다는 것을 의미한다. 이처럼 똑같은 객체가 여러 타입으로 취급될 수 있는 특성이 다형성이다.

그렇다면 왜 다형성이 객체지향의 꽃이라고 불리는가?

우리는 유연성에 대한 예로부터 Musician 객체를 추출해냈다. 그리고 각각의 클래스가 가진 차이점을 나타내는 클래스들 중에서 FluteMusician이라는 클래스를 만들어 보았다. 이 FluteMusician 클래스는 Musician 클래스를 상속 받도록 되어 있다. 이제 하프 연주자, 피아노 연주자도 같은 방식으로 만들어 볼 수 있다.

이제 3명의 연주자로 구성된 오케스트라(좀 빈약 하지만)를 지휘한다고 생각해보자. 만약 다형성이 없었다면, 즉 FluteMusician은 오직 FluteMusician이라는 타입만 가질 수 있고, Musician 타입을 가질 수 없다면, 그리고 다른 클래스들도 이와 같다면 연주는 다음과 같이 이루어질 수 밖에 없다.

개별 악기 연주자들은 서로 공통점으로 묶어 다룰 수 없다. 다형성이 없을 경우 각각의 클래스는 자기 고유 타입 한가지만 가질 수 있기 때문이다. 따라서 각각의 클래스를 통해 만들어진 객체들은 한번에 취급될 수 없고 각각 다뤄질 수 밖에 없다. 마치 플루트 연주하세요 / 하프 연주하세요 / 피아노 연주하세요 라고 지휘자가 따로따로 외치는 것과 같다. 객체지향에서 다형성이 없다는 것은 현실 세계에서는 마치 개별 연주자들을 공통된 명칭, 즉 연주자라고 부를 수 없는 것과 같다. 플루트 연주자는 현실 세계에서 플루트 연주자이면서 동시에 그냥 연주자라고 불릴 수 도 있다. 하프 연주자도 하프 연주자로 불릴 수 있지만 그냥 연주자라고 불릴 수도 있다. 따라서 현실 세계에서는 연주자 여러분 연주하세요라고 말하면 자연스럽게 동시에 모든 악기 연주자들이 연주를 시작할 수 있다.

객체지향에서는 다형성을 이용하여 현실 세계에서의 동시 연주 효과를 낼 수 있다. 다형성을 통해 개별 연주자 객체들은 Musician이라는 공통 타입을 통해 다루어질 수 있다.

개별 연주자들은 각자 고유한 타입을 가지면서도 Musician이라는 타입으로 다뤄질 수 있다. 따라서 Musician 타입 객체를 넣을 수 있는 musicians라는 List에 함께 집어 넣을 수 있다. 그리고 forEach와 같은 순회 메소드를 이용하여 Musician 클래스가 가진 play() 메소드나 stop() 메소드를 동시에 호출함으로써 동시 연주와 같은 효과를 낸다.

유연성과 객체지향 특성

자 이제 다시 한번 정리를 해보자. 우리는 현실세계에서 여러가지 방식으로 유연성을 확보하고 있다. 이미 익숙한 방식을 재활용하는 것은 훌륭한 전략이다. 따라서 그리고 객체지향 언어는 현실 세계에서의 유연성 전략을 그대로 따르고 있다.

현실 세계에서의 유연성은 4가지 단계로 나뉘어진다. 그리고 이 단계들은 객체지향의 4대 특성과 1:1로 매칭된다.

일단 다루어야 할 여러 요구사항의 공통점을 찾고 문제 해결과 관계가 없는 공통점들을 제거한다. 이 과정을 객체지향 언어에서는 추상화(Abstraction)라고 한다.

그런 다음에는 공통점을 묶어 대상화 한다. 객체지향에서는 이를 캡슐화(Encapsulation) 라고 한다.

이 다음에는 개별적인 차이점들을 구현해 주어야 한다. 이 때 이미 뽑아 놓은 공통점은 모든 차이점들에게도 포함을 시켜 줘야 하는데, 이 과정을 객체지향에서는 상속(Inheritance)이라고 한다.

이제 차이점 대신 공통점을 통해 대상을 다루어야 한다. 공통점을 통해 대상을 다루려면 각각의 요구사항들이 공통점을 통해 다뤄 질 수 있어야 하는데, 객체지향에서는 이를 다형성(Polymorphism)을 통해 지원한다.

소프트웨어 분야에서 유연성은 다양한 요구사항을 수용할 수 있는 소프트웨어의 구조적 특성이라고 정의할 수 있다. 소프트웨어는 다른 어떤 컴퓨팅 요소보다도 유연하다. 그리고 잘 만들어진 소프트웨어일 수록 더 유연하게 요구사항을 수용할 수 있다. 소프트웨어의 적용 분야가 확대되고, 소프트웨어 개발 업체들 간에 경쟁이 치열해지고, 더 많은 사람들이 소프트웨어를 사용하게 되고, 더 많은 기기들이 연결되고 더 많은 정보를 수집하게 되면서 유연성에 대한 요구는 점점 더 증가하고 있다. 이러한 요구사항을 반영하기 위해서 소프트웨어는 유연성을 다른 어느 요소보다도 높은 가치로 가지고 갈 수 밖에 없다. 이것이 현대에 객체지향 언어가 대두된 이유이다.

그렇다면 객체지향 언어는 어떤 방식으로 더욱 유연한 구조를 가질 수 있게 되었을까? 여기에 대한 답 역시 현실에서 찾아볼 수 있다.

어린 왕자의 유연성 : 양이 든 상자

소프트웨어의 유연성을 떠올리면 항상 어린 왕자의 일화가 떠오른다. 어린 왕자는 사막에 불시착한 조종사(화자)에게 양을 그려줄 것을 부탁한다. 조종사는 양을 그려본 적이 없기 때문에 거친 솜씨로 이런 저런 양을 그려 준다. 하지만 어린 왕자는 어떤 것은 병들어 보인다, 어떤 것은 숫양이다, 어떤 것은 너무 늙어 보인다는 이유로 퇴짜를 놓는다. 그러면서도 계속해서 양을 다시 그려달라고 말한다.(이쯤에서는 까다로운 요구사항을 늘어놓는 고객이 떠오르게 된다.) 그러자 조종사는 아무렇게나 쓱쓱 그린 상자를 주면서 네가 갖고 싶어하는 양은 그 안에 들어 있다고 말한다. 그러자 어린 왕자의 얼굴은 환하게 밝아진다. 어린 왕자가 어떤 양을 상상하든 그 양은 그 상자 안에 들어 있다. 그래서 어린 왕자는 상자에 만족하게 된다.

우리가 현실세계에서 말하는 유연성이란 이런 상자와도 같다. 구체적인 사항들을 세세하게 늘어 놓으면 정확하긴 해도 다른 것으로 대체하기는 힘들다. 좀 엉성하고 덜 구체적인 것은 이리저리 가져다 붙이면 이것도 되고 저것도 된다. 어린 왕자의 상자는 그런 엉성하고 덜 구체적인 것의 결정판 정도라고 할 수 있다. 엄밀히 말해서 상자는 양과는 너무 동떨어져 있다고 생각될 정도로 매우 추상적이다. 하지만 그렇기 때문에 어린 왕자는 그 상자에서 자신이 원하는 양의 모습을 마음껏 상상해 볼 수 있었다.

이와 비슷한 예를 하나 더 들어보자. 수잔 서덜랜드는 그의 저서 "밈"에서 다음과 같은 타로 카드 점괘를 이야기 한다.

"당신은 남들의 애정과 인정을 받아야만 하는 타입이면서도 스스로에 대해서는 엄격하네요. 겉으로는 절도 있고 자신을 잘 통제하는 것처럼 보이지만, 속으로는 걱정이 많고 불안감도 많이 느끼고요. 가끔은 내가 제대로 된 결정을 내렸을까 하고 심각하게 고민하는군요......"

이 점괘는 사실 트릭인데 이는 "바넘 효과"라는 것을 이용한 것이다. 바넘 효과는 거의 누구나 스스로에 대해서는 참이라고 생각하지만 남에 대해서는 그렇게 생각하지 않는 진술을 던지는 것이다. 이것은 심리적인 유연성에 해당한다. 즉, 대부분의 사람들이 자신에게 맞다고 생각하는 점괘를 말해 줌으로써 그 점괘를 믿도록 만든다. 이러한 점괘에서는 당연히 매우 구체적인 날짜나 시간, 구체적인 명칭이나 사건들에 대해서는 언급을 피하는 것이 상책이다. 그래야만 더 많은 사람들에게 들어 맞는 유연한 점괘가 될 것이기 때문이다.

율리우스 카이사르의 유연성 : 추천 편지

율리우스 카이사르는 기원전 1세기에 살았던 로마의 지도자이다. 율리우스 카이사르는 인물 사전에 보면 로마의 정치가, 장군, 작가라고 나온다. 대단히 다재다능한 사람으로써 생애 전체가 유연성의 표본이 아닌가 싶기도 하다. 그가 지휘해서 이긴 전투들은 대부분 너무 독창적이어서 안타깝게도 사관학교 교재로 쓰이지 못할 정도이고(사관학교에서 교육을 하려면 어느 정도 정형화되고 누가 하더라도 같은 효과를 낼 수 있는 전투 방식이어야 하는데 카이사르의 그것은 너무나도 창의적이었다는 의미이다.), 이런 능력은 여자를 홀리는데도 사용되어 유명한 난봉꾼으로 통하기도 했다.

어쨌든 카이사르의 이러한 재능의 원천은 철저히 합리적인 방식을 통해서 얻어진 것으로 생각된다. 그는 발명에도 일가견이 있었는데, 긴 두루마리에 글을 적고 읽었던 당시에 종이를 낱장으로 잘라 한쪽 면을 이어 붙이는 "책"을 발명하였다. 이것은 두루마리가 이전에 글을 읽었던 위치를 알기에는 적합하지만 원하는 글이 적힌 임의의 위치를 빠르게 찾는데는 불편하다는 점에 착안한 것이다. 또한 당시까지 사용되던 부정확한 로마력을 대신하여 율리우스력이라는 당시로서는 매우 정확한 달력을 사용하도록 했다. 이 달력은 기원전 1세기에 사용되기 시작한 이후로 1582년 그레고리력으로 바뀌기 전까지 사용될 정도로 매우 정확했다.

이런 합리적인 사고 방식은 그가 권력을 유지하기 위해서 지방의 선거에 자신이 원하는 인물들을 추천한 방식에도 나타난다. 카이사르는 다음과 같은 문장이 쓰인 편지들을 미리 만들어 두었다.

"카이사르는 선거구 (       )의 유권자 여러분이 던지는 표로써 후보자 (     )가 그들이 바라는 관직에 당선될 수 있기를 희망한다."

그리고 필요한 시기에 이 편지에다 선거구 이름과 후보자 이름만 적어 넣음으로써 필요한 모든 선거구에서 자신이 원하는 후보를 지지해 주도록 추천할 수 있었다. 카이사르의 합리적인 성격 덕분에 매우 유연성 있는 추천 편지가 만들어지게 된 것이다.

이러한 유연성의 예는 현대에도 자주 찾아 볼 수 있다. 이 글을 읽고 있는 사람들 중에서 이미 결혼을 한 사람이 있다면 결혼을 위해서 청첩장을 만들어 전달했을 것이다. 그리고 그 청첩장의 내용은 그 청첩장을 받는 사람들마다 모두 달랐을 것이다...... 라고 짐작한다면 아무래도 유연성이 떨어진 생각이 아닐 수 없다. 거의 모든 사람들은 청첩장의 내용물은 모두 같고, 단지 전달할 상대에 따라서 겉포장에 이름만 다르게 적어 보냈을 것이다. 이것이 인간미는 조금 떨어질지 모르지만 바쁜 현대인들에게는 상당히 합리적인 선택이라고 할 수 있다.

어린왕자의 상자, 유연한 점괘, 카이사르의 추천 편지, 청첩장의 예를 통해서 우리가 현실 세계에서 유연성이라는 것을 어떻게 이용하고 있는지 확인해 볼 수 있었다. 일단 여러 요구사항들(어린왕자가 원하는 그 양, 점을 보러 오는 다양한 사람들, 다양한 선거구에 다양한 후보)을 모두 만족시키려면 모든 요구사항이 포함하는 공통된 부분들을 먼저 알아야 한다. 그러기 위해서 서로 다른 점들을 제거하고 공통된 부분을 모아 필요한 대상을 미리 만들어 둔다. 그리고 나서 개별적인 요구사항들에 대해서는 차이점만 조금씩 더해서 대응한다. 이렇게 함으로써 여러 요구사항을 개별적으로 대응하는데 들어가는 수고를 최대한 덜어낼 수 있다. 요컨데 똑같이 할 수 있는 부분을 뽑아 내어 한번만 하고 다른 부분들에 대해서는 최소한으로 대응하는 방식이다.

유연성 확보 전략 : 오케스트라의 비유

이제 조금 더 객체지향에 가까운 유연성 비유를 이야기 해보도록 하겠다. 이번에는 오케스트라에 비유해 보도록 하겠다. 오케스트라는 매우 다양한 악기를 연주하는 연주자들과 지휘자가 함께 음악을 연주한다. 악기는 바이올린, 피아노, 플루트, 하프, 비올라, 바순, 트럼펫, 트럼본, 첼로, 콘트라베 등 매우 다양하다.

이제 우리는 오케스트라 지휘자의 행동을 유추해 보자. 일반적으로 지휘자는 특별히 말을 하지 않고 지휘봉을 이용하겠지만 목적한 바를 명확하게 보여주기 위해서 지휘자가 말로 지휘를 한다고 생각해 보겠다. 지휘자는 이제 연주가 시작되었으면 좋겠다고 생각한다. 그래서 이제 각각의 연주자들에게 연주를 부탁해야 한다. 이 상황에서 지휘자가 이렇게 이야기한다.

"바이올린 연주하세요. 피아노 연주하세요. 플루트 연주하세요. 하프 연주하세요......"

이렇게 각각의 연주자들에게 개별적으로 연주를 부탁한다면 어떻게 되겠는가? 일단 연주를 시작하는 시점이 다르기 때문에 아름다운 연주가 되지도 않을 뿐더러 연주를 다 시작하게 될 때까지 시간이 매우 많이 걸리게 될 것이다. 이것은 일반적이고 합리적인 방식이라고 할 수 없다.

그러면 이제 다음의 방법을 생각해 보자.

이런 난감한? 상황을 타개하기 위해서 지휘자는 기지를 발휘한다. 지휘자는 각각의 악기를 다루는 사람들을 한꺼번에 다룰 수 있는 방법을 모색한다. 바이올린을 연주하는 연주자, 피아노를 연주하는 연주자, 플루트를 연주하는 연주자...... 이들은 모두 다른 악기를 연주하지만 연주자라는 공통점을 가지고 있다. 따라서 각각의 악기 이름으로 대응하기 보다는 공통된 부분, 즉 연주자라는 호칭으로 연주를 부탁하면 된다.

"연주자 여러분, 연주하세요."

이렇게 되면 각 연주자들은 동시에 연주를 시작할 수 있고, 지휘자는 단 한번만 요청하면 모든 악기가 연주 되도록 할 수 있다.

이 과정에서 지휘자는 매우 구체적인 대상, 즉 바이올린 연주자, 피아노 연주자 등을 대신하여 조금은 추상적인 대상, 즉 연주자라는 개념을 만들고 활용하였다. 이는 앞서 살펴본 현실 세계의 예들을 대표하는 방식이다. 실제적이면서 개별적인 대상 대신에 공통적이고 조금은 추상적인 개념을 대상화하고 이를 이용함으로써 개별적으로 대응하는 방식에 비해 훨씬 합리적이고 손쉽게 요청을 전달할 수 있었다.

우리는 이제 현실 세계에서 서로 다른 다양한 요구사항들을 어떤 방식으로 합리적이고 유연하게 대처하는지를 알게 되었다. 여러가지 요구사항들을 수집(각 악기 연주자들)하고, 구체적인 요구사항에 비해 다소 추상적인 공통점(연주자)을 찾아내고, 이를 대상화(연주자라고 부를 수 있도록)하고, 이들 공통점에 차이점을 조금 더하고(어떤 연주자는 바이올린을 연주한다), 공통점을 중심으로 대상을 다룬다(연주자 여러분 연주하세요). 이런 방식으로 유연성을 확보하는 것은 조금만 관심있게 찾아보면 늘상 있는 있는 일이라는 점도 알 수 있다. 동사무소에 준비된 각종 서류들은 이름과 서명란, 주소 등의 몇가지 구체적인 정보만 놔 둔체 이미 작성되어 있다. 여기에 자기의 정보만 적어 넣으면 곧바로 훌륭한 신청서가 된다. 보험을 가입할 때에도 약관은 이미 작성되어 있고, 가입자가 개인 정보를 기록하고 사인만 하면 가입이 완료된다. 이런 예를 더 찾아보자면 무수히 많을 것이다.

그러면 이제 우리가 현실 세계에서 유연성을 확보하는 과정을 단계별로 살펴볼 시간이다.

공통점을 추출한다.( = 차이점을 감춘다.)

현실 세계에는 마치 아날로그와도 같은 수준의 서로 다른 요구사항들이 있다. 아날로그 수준이라는 말은 요구사항이 하나하나 떨어져 있지 않고 서로 연속적으로 이어진 것처럼 다양하다는 의미이다. 연속적으로 이어진 요구사항들은 그 사이사이에 또 무수히 많고 다양한 요구사항들을 품고 있다. 이렇게 생각해야 하는 이유는 이미 밝혀진 요구사항들보다도 더 많은 요구사항이 앞으로 생겨날 수 있기 때문이다. 사람들은 종종 한가지를 보면 다른 한 가지를 떠올린다. 요구사항 하나는 그와 유사한 생각을 만들어 내고 이것은 다시 구체적인 요구사항이 되어 돌아오기도 한다. 소프트웨어 분야에서 유독 웹 개발자들이 힘들어지는 이유가 바로 이것 때문이다. 소프트웨어 시스템 내부가 어떻게 동작하는지는 쉽게 알 수 없지만 브라우저 상에서 표현되는 그림이나 글자는 쉽게 눈에 보이고, 눈에 보이는 순간 생각을 하게 되고, 생각이 다시 요구사항으로 돌아 오면서 이미 만들어 놓은 것을 고치게 하기 때문이다.

공통점을 추출하는 과정은 이 아날로그 수준의 서로 다른 요구사항들을 모두 수용할 수 있는 공통된 특징을 모으는 과정이다. 이 과정은 당연히 서로 다른 부분은 제거한다. 오케스트라의 비유에서 각 악기 연주자들은 서로 다른 악기를 가지고 있다. 서로 다른 악기를 가지고 있다는 점을 포함하고 있으면 모든 연주자들을 지칭할 수 있는 공통점을 만들어 낼 수 없다. 따라서 개별적인 악기들은 공통점에서 제거한다.

이와 함께 제거 되어야 하는 것은 또 있다. 각 악기 연주자들은 서로 다른 개인이기도 하다. 거주하는 곳이 다르고, 식성이 다르고, 평소 즐겨 입는 옷도 다르다. 이름, 전화번호, 주민번호, 나이, 헤어스타일 등 다른 점을 찾아보자면 무수하게 많다. 또 공통점도 있을 수 있다. 모두다 한국 사람일 수도 있고, 모두 다 악보를 볼 두 눈을 가지고 있을 수 있다. 이렇게 나열하다 보면 공통점과 차이점은 무수하게 많아지게 될 것이다. 그래서 공통점만 모으는 과정에서 너무 많은 공통점이 모일 수 있다. 그렇기 때문에 공통점을 추출하는 과정에서는 목적에 맞지 않는 불필요한 공통점은 제거되어야 한다. 오케스트라 지휘자는 현실 세계에서 연주자들과 친하게 지내기 위해서 이런 저런 정보들을 알아야 할 수도 있다. 하지만 지금은 지휘에 집중해야 할 때이다. 따라서 지휘하는데 꼭 필요한 공통점만을 추출해 내면 된다. 국적이나 악보를 볼 수 있는 눈 따위는 이 기준에 의해서 제거 되어야 한다.

이처럼 차이점들을 제거하고, 공통된 부분들 중에서 우리의 목적과 상관이 없는 정보들 역시 제거되고 나면 이제 공통점만 모은 어떤 것이 된다.

"대상화" 한다.

어떤 공통점이 모였을까? 우리는 연주를 할 것이기 때문에 각 악기 연주자들은 연주를 할 수 있어야 한다. 그리고 필요한 시점에 연주를 멈춰 줄 줄도 알아야 한다. 더 많은 공통점이 필요할 수도 있지만 이 정도만 모였다고 가정하자. 

그러면 이제 "대상화"를 할 시간이다. 대상화란 모아 놓은 공통점을 다룰 수 있게 만드는 과정이다.

꽃 (이상화)

  내가 그의 이름을 불러주기 전에는 
  그는 다만 
  하나의 몸짓에 지나지 않았다. 

  내가 그의 이름을 불러주었을 때 
  그는 나에게로 와서 
  꽃이 되었다. 

  ......
 
  우리들은 모두 
  무엇이 되고 싶다. 
  나는 너에게 너는 나에게 
  잊혀지지 않는 하나의 의미가 되고 싶다.

이 대상화를 떠올리면 항상 이상화 시인의 꽃이라는 시가 떠오른다. 이 시의 아름다움도 좋지만 대상화라는 과정이 어떤 것인지를 이해하는데도 도움이 된다. 우리가 어떤 대상에 대한 개념을 모았다고 하자. 하지만 이것에 정확한 명칭을 부여하여 다룰 수 있도록 만들기 전에는 그것은 "하나의 몸짓"에 지나지 않는다. 하지만 공통점들을 명료하게 만들고 명칭을 부여하면 그것은 "꽃"이 된다. 오케스트라의 비유에서 "꽃"은 바로 "연주자"라는 개념이다. 이 연주자라는 개념은 구체적이지 않고 추상적인 개념이다. 따라서 구체적인 대상을 현실 세계에서 찾을 수는 없다. 하지만 반대로 연주자라는 개념을 다룰 수는 있다. 연주자는 연주를 할 수 있어야 해, 연주자는 필요할 때 연주를 멈출 수 있어야 해 와 같은 방식으로 다소 추상적인 방식이긴 하지만 다룰 수 있는 대상이다. "대상화"의 개념을 명쾌하게 이해하지 못하겠다면 일단 "명칭"을 부여했다는 정도만이라도 이해하면 되겠다.

차이점을 더한다.

이제 남은 것은 차이점이다. 차이점은 공통점을 추출하는 과정에서 남은 것들이다. 그렇다고 남은 모든 것들은 아니다. 우리의 목적은 오케스트라를 지휘하는 것이다. 차이점을 더하는 과정도 목적에 맞는 것에만 해당한다. 여기서 각 악기 연주자들의 개인정보나 취향은 제거된다. 대신 오케스트라의 목적에 맞게 악기는 다들 가지고 있어야 하겠다. 오케스트라 지휘에 앞서 필요한 악기들이 모두 준비 되었는지를 확인하는 과정도 필요할 것이다. 따라서 차이점에는 악기가 포함된다. 이제 우리는 연주자라는 개념에 개별적인 차이점이 더해진 개별적인 악기 연주자를 설정한다. 대략 플루트 연주자, 하프 연주자, 피아노 연주자 등이 되겠다.

이 차이점을 더하여 개별적인 악기 연주자를 만드는 과정은 한가지 암시적인 가정을 포함한다. 플루트 연주자는 매우 구체적이다. 하지만 동시에 좀 더 추상적인 개념인 연주자와 동일시 될 수도 있다. 즉 플루트 연주자는 다른 연주자들과 구분되는 플루트라는 악기 속성을 가지면서도 동시에 연주자가 가진 연주하는 속성, 연주를 멈추는 속성도 가지고 있어야 한다. 이렇게 되어야만 다음 단계가 가능해진다.

현실에서라면 이와 같은 과정을 겪어야 할 것이다. 아래는 지휘자가 플루트 연주자에게 하는 가상의 대화이다.

"플루트 연주자님, 플루트 연주자님은 다른 악기 연주자들과 다르게 플루트를 가지고 계셔야 합니다. 그리고 저는 연주를 효율적으로 하기 위해서 플루트 연주자님을 그냥 연주자라고 부를 것입니다. 연주자란 연주하세요 하면 자기가 가진 악기를 연주하고, 멈추세요 하면 연주를 멈추는 사람입니다. 이해되셨죠?"

현실 세계에서는 이미 각 악기 연주자가 연주자 개념을 알고 있기 때문에 이런 일이 일어나진 않는다.

공통점을 통해 대상을 다룬다.

이제 지휘자가 오케스트라 지휘를 시작할 시점이다. 앞서의 지휘자와 플루트 연주자와의 대화와 유사한 대화들이 각 악기 연주자들과도 오고 갔다고 가정하자. 그러면 이제 지휘자는 연주를 시작할 수 있는 상태가 된 것이다. 각 악기 연주자들은 우리가 정의한 "연주자"의 개념을 알고 있다. 따라서 각 악기 연주자들에게 개별적으로 연주를 부탁하지 않아도 된다. 단지 다음과 같이 말하기만 하면 된다.

"연주자 여러분, 연주하세요"

그러면 플루트 연주자는 자기가 가진 악기인 플루트를, 하프 연주자는 하프를, 피아노 연주자는 피아노를 연주하게 될 것이다. 이렇게 열심히 공통점을 대상화하고 이용할 수 있도록 만들어 놓고서도 각각의 악기 연주자에게 일일이 연주를 지시하는 것은 비 합리적인 일이다.

자 이제 현실세계에서의 유연성이라는 것은 무엇이고, 이것이 수많은 요구사항들을 어떻게 수용하는지 알 수 있게 되었으며, 유연성을 확보하는 전략을 단계별로 이해할 수 있게 되었을 것이다. 이제 현실 세계에서의 유연성 확보 방법이 우리가 알고자 하는 객체지향 언어와 어떻게 연관되는지 살펴볼 차례다.

현실과 소프트웨어 세계에서의 객체

우리는 현실에서는 객체의 세계, 소프트웨어 세계에서는 객체지향의 세계에서 살고 있다고 해도 과언이 아니다.

현실에서의 객체란 독립적이면서 (분리되지 않고) 하나로 취급되는 인식의 단위를 말한다. 인간은 대상을 정확히 인식하기 위해서 목적한 대상과 다른 대상들과의 개념적인 차이들을 필요로 하고, 그 차이들이 명확해지고 나면 그 대상에 대해 명칭을 부여한다. 이 과정을 통해 불분명했던 대상은 정확한 명칭을 지닌 객체가 된다. 우리의 인식 속에서 일단 객체로 자리잡은 대상은 고유한 인식적 위치를 점유하게 되고 이는 다른 대상을 판별하는데 이용됨으로써 인식의 세계가 점점 더 넓어지는데 일조하게 된다. 대상을 다른 대상들과 분리하여 인식하는 이와 같은 방식은 현실에서의 인간이 살아가는데 큰 도움을 준다.

근본적으로 프로그래밍 언어로서의 객체지향 개념은 위에서 본 현실에서의 객체에 대한 인식과 크게 다르지 않다. 프로그래밍 언어의 세계는 관념적인 세계이다. 인간은 현실을 객체 단위로 이해하고 있지만 실제 세계는 객체적인 세계가 아니다. 개와 고양이는 (관념적으로는) 같은 동물이긴 하지만 개와 고양이는 같은 개념으로 묶을 수 있는 단위가 아니다. 하지만 우리의 두뇌는 현실을 관념적으로 파악하기 때문에 거리낌 없이 개와 고양이를 묶어 동물이라고 부른다. 그리고 아이러니하게도 이렇게 비현실적인 관념으로 세계를 파악하는 방식이 전체를 분리하지 않은 체 이해하는 방식보다 거의 언제나 더 유용하다. 유용하다는 말은 더 빠르고 정확하게 이해할 수 있다는 말이다. 따라서 프로그래밍 언어에 객체지향이라는 개념이 도입된 이유는 인간이 객체를 중심으로 프로그래밍을 하는 편이 더 빠르고 정확하게 이해하면서 구현하는 것이 가능하기 때문이다. 이 점은 매우 중요한데, 프로그래밍의 도구는 오직 두뇌 뿐이고, 두뇌가 더 빠르고 정확하게 문제를 이해하는 것은 프로그래밍에 그만큼 유리하게 작용하기 때문이다.

2016년 6월 기준으로 Java, C++, Python, C#, PHP, Javascript, Ruby, Objective-C 등과 같이 굵직한 언어들 중에서 객체지향을 온전히, 혹은 상당 부분 지원하는 언어의 비중을 따져보면 약 44.5%를 차지했다. 만약 하드웨어적인 제약 사항을 만족시키기 위한 언어(C, Assembly)나 제한된 목적을 위한 언어(Cobol, Matlab, Delphi, Visual Basic 등)를 제외한다면 범용적이고 일반적인 어플리케이션의 대부분은 객체지향 언어로 만들어진다고 볼 수 있을 것이다.

프로그래밍 언어의 역사와 객체지향

우리가 현실 세계를 객체로 이해하고 있다는 점을 이해한다면 객체지향 언어가 프로그래밍 언어 영역에 도입된 시기는 매우 빨랐을 것으로 추측할 수 있다. 실제로도 그렇다. 이반 서덜랜드(1938~)는 1963년도에 "스케치패드 : 사람과 기계와의 그래픽 대화 시스템"이라는 논문을 통해 객체지향 개념을 기반으로 구현한 그래픽 프로그램을 발표한다.("누가 소프트웨어의 심장을 만들었는가") 이후 시뮬라67 언어가 만들어지고(1967), 앨런 케이에 의해 스몰 토크라는 언어가 만들어짐으로써 온전한 객체지향 언어가 탄생하게 된다. 시기적으로 보면 현대에 가장 많이 사용되고 있는 비 객체지향 언어인 C 언어가 1972년에 만들어졌으니 객체지향 언어는 완성된 비 객체지향 언어보다도 개념적으로 더 오랜 역사를 가지고 있는 셈이다.

하지만 이율배반적이게도 많은 사람들이 객체지향 언어를 접한 시기는 상대적으로 최근의 일이다. 여기에는 여러가지 이유가 있다. 첫째 객체지향 언어는 컴퓨팅 파워가 뒤쳐졌던 70년대에는 다른 언어들에 비해 상대적으로 비인기 언어였다. 낮은 하드웨어 성능을 최대한 끌어낼 수 있는 절차지향 언어가 먼저 인기를 끌었다. 둘째, 우리에게는 객체를 중심으로 현실을 이해하는 것 만큼 익숙한 이해의 방식이 하나 더 있기 때문이다. 이것은 어떤 문제(또는 일)를 시간과 인과 관계의 순서로 이해하는 방식이다. "처음엔 A였다가 B라는 이유로 C가 되었다가 결국엔 D로 끝났어"와 같은 서술 방식은 시간과 공간 속에서 살아가는 인간에게 매우 익숙한 상황 인식 및 설명의 방식이다. 이러한 방식을 프로그래밍 언어에 도입한 것이 절차지향 언어이다. 첫번째 이유로 인해 기피되던 객체지향 프로그래밍 방식이 초반부터 매우 강력한 경쟁자를 만난 셈이다.

세번째 이유는 객체지향 언어를 이해하는 것이 절차지향 언어에 비해 상대적으로 어렵다는 점이다. 객체를 중심으로 이해하는 것이 현실을 이해하는데 유용하다는 점에서 볼 때는 매우 아이러니한 일이 아닐 수 없다. 우리는 매우 자연스럽게 세계를 객체 중심으로 이해한다. 이 과정은 너무나도 자연스럽기 때문에 그 메커니즘에 대해서는 잘 인지하지 못한다. 우리는 개와 고양이를 개와 고양이라고 부르면서 구분하고 있고, 동시에 동물이라는 카테고리 안에 이 둘을 자연스럽게 포함시킨다. 또 동물과 식물을 구분하고 있으면서 동시에 생물이라는 카테고리 안에 이 둘을 포함시킨다. 이것을 그림으로 그리면 트리 구조가 될 것이다. 하지만 우리는 이러한 구분을 트리 구조를 통해서 이해하고 있지 않다. 그냥 자연스럽게 그 인식 과정을 받아들인다. 하지만 이러한 메커니즘을 모사하여 프로그래밍 언어에 도입하는 과정은 그다지 순탄하지 않다. 개와 고양이를 구분하려면 개를 개념적으로 명확하게 정의하고 고양이를 개념적으로 명확하게 정의할 수 있어야 한다. 그리고 이들 둘을 동물이라는 같은 개념으로 묶을 수 있으려면 두 동물이 가진 개념 중에서 공통점을 추출할 수 있어야 한다. 또한 동물의 특성을 개와 고양이가 가질 수 있게 하려면 상속이라는 개념을 도입해야 하고, 동물이라는 개념으로 개와 고양이를 다룰 수 있으려면 다형성이라는 개념을 도입해야 한다. 요컨데 인간의 두뇌가 현실을 이해하는데는 엄밀한 정의도 필요하지 않고, 전체적인 논리적 완결성을 추구할 필요가 없지만 이를 매우 논리적인 완결성을 요구하는 프로그래밍 언어에 도입하는 데에는 다양한 개념의 정립이 필요하다.

객체지향이 대두된 이유

그렇다면 절차지향 언어가 계속 우위에 설 수도 있었을텐데 객체지향 언어는 왜 다시 대두되었고, 현재와 같은 주류 언어가 될 수 있었을까?

기초적이고 단편적인 이유들을 먼저 설명해 보자. 첫째로 컴퓨터의 연산 능력이 좋아졌다는 점이다. 객체지향 언어가 생겨난 70년대 이후 수십년에 걸쳐 하드웨어는 비약적인 발전을 거듭해 왔다. 그리고 하드웨어적/소프트웨어적 발전으로 인하여 하드웨어는 단일한 플랫폼을 넘어서 병렬화되면서 성능은 더더욱 좋아지게 되었다. 이것은 상대적으로 연산량을 많이 필요로 하는 객체지향 언어가 활동할 수 있게 된 배경이 된다. 둘째로 절차지향 언어의 한계점이 대두되었기 때문이다. 앞서 말했듯이 절차지향 언어는 시간과 공간 상에서의 인과 관계를 중심으로 현실을 이해하는 인간의 인식 방식을 모방한 것이기 때문에 이해하기 쉽고 다루기 쉬운 프로그래밍 언어이다. 하지만 절차지향 언어로 개발된 소프트웨어는 어느 일부분을 떼어 내어 다른 소프트웨어를 만드는 것이 어렵다. 절차지향 언어가 함수라는 독립된 단위로 소프트웨어를 분할하고 있지만 각 함수는 연쇄적으로 호출되면서 동작하기 때문에 어떤 부분만을 별도로 나누어 다른 시스템에 적용시키기가 어렵다. 또한 절차 전체에서 메모리를 공유하거나, 특정 절차가 어떤 데이터와 연관되는지를 쉽게 알 수 없기 때문에 전체 동작을 이해하기 위해서는 각 절차들의 내부를 자주 들여다 봐야 되고, 이런 방식으로는 큰 소프트웨어를 작성하기가 어려워진다.

하지만 보다 근본적인 이유는 따로 있다. 1930년대 후반에 소위 "컴퓨터"라는 것이 발명된 직후, 컴퓨터의 용도는 주로 암호 해독이었다. 일련의 덧셈, 뺄셈, 곱셈, 나눗셈 등을 이용하여 인코딩된 정보를 디코딩하는 용도라고 할 수 있다. 1940년대에는 군사 분야쪽으로 용도가 넓어진다. 포탄 궤적용 표, 폭발 계산(원자폭탄 개발), 탄도 미사일 계산과 같이 군사 물리적인 용도가 주를 이루었다. 1950년대에는 FORTRAN 언어가 개발되면서 과학 연구 분야에 컴퓨터가 활용되기 시작한다. 초신성 폭발, 수치해석, 일기예보 등이 그 예이다. 1960년대에는 운영체제와 COBOL 언어가 등장함으로써 고등 제조 기술 분야와 비즈니스 분야에 소프트웨어가 활용된다. 항공기 설계(특히 엔진 설계), 우주선의 제작 및 우주선 궤도 계산 분야, 비즈니스 소프트웨어 분야에 활용되었다. 1970년대에 이르러서는 PC가 출현하고 유저 인터페이스 및 인터넷이 탄생한다. 이와 함께 PC용 소프트웨어가 개발되면서 소프트웨어는 산업 전반에 걸쳐 사용된다. 애플I이 개발된 것이 1976년의 일이다. 1980년대는 PC 시대가 활짝 열리게 된다. MS-DOS가 발명되고(1981), PC의 대중화를 주도한 맥킨토시(1984)가 발명된 것도 이 시기이다. 특히 맥킨토시는 최초의 GUI와 마우스를 채용함으로써 그래픽 기반의 소프트웨어 시대를 열었다. 1990년대는 뭐니뭐니해도 WWW, 즉 월드 와이드 웹의 시대이다. HTML과 웹 브라우저로 인하여 전 세계의 컴퓨터가 서로 정보를 주고 받을 수 있는 세상이 되었다. 이로 인하여 소프트웨어는 닫힌 공간을 위한 용도에서 연결된 공간을 위한 용도로 활용되게 된다. 2000년대는 소셜 네트워크 및 집단 지성의 시대이다. 이 시기에 구글이 기존과는 완전히 다른 개념의 검색 기술을 개발(2003)하였고, Wikipidia(2001)와 같이 집단 지성을 활용하는 시대가 되었다. Facebook(2004)은 SNS의 시대를 열었고, 아이폰(2007)은 이 연결을 통한 가치 창출을 모바일의 영역으로 확대하였다. 2010년대는 빅데이터와 인공지능의 시대이다. IBM은 왓슨(2011)을 통해 빅데이터 기반으로 훈련된 인공지능을 선보였고, 2016년에는 이세돌과 알파고의 대결을 통해 인간의 능력을 넘보는 인공지능의 시대가 시작되었다.

소프트웨어의 역사에서 가장 주목할만한 것은 소프트웨어 활용 영역이 지속적으로 확대 되었다는 점이다. 소프트웨어는 컴퓨터의 초기부터 지금까지 그 적용 분야가 계속 확대되어 왔다. 그러면 이제부터는 그 적용 분야가 점차 축소될 것인가? 인공지능 분야는 현재 제한적인 부분에서만 인간의 능력을 뛰어 넘는 수준에 머물러 있지만 앞으로 적어도 모든 분야에서 인간의 능력을 뛰어넘기 전까지는 계속 발전하게 될 것이다. 이를 위해서는 더 많은 정보가 수집되어 분석되어야 한다. 당연히 데이터는 계속 수집될 것이고, 인간의 능력을 뛰어넘는 분야는 점점 넓어질 것이다. 사람들이 가지고 있는 모든 지식과 컴퓨터 뿐만 아니라 모든 센서가 연결되고 그 데이터가 수집될 때까지 이 과정은 지속될지 모른다. 즉, 소프트웨어는 적용 분야, 크기, 연산량이 확대되는 방향으로 발전해 갈 수 밖에 없다.

이 과정에서 소프트웨어가 갖추어야 할 기능의 필요성, 즉 요구사항의 증가는 필연적이다. 요구사항은 계속 증가한다. 단순히 양만 증가하는게 아니고 적용 분야가 증가하면서 종류도 다양해진다. 또한 소프트웨어와 인간이 만나는 횟수가 증가하면서 요구사항은 점점 더 다양해지고 또 자주 바뀌게 된다. 개별적인 인간의 개성이나 변덕의 수준을 맞추기 위해서는 소프트웨어가 더 많이 바뀌고 더 자주 바뀌고 더 빨리 바뀔 수 있어야 한다. 이렇게 잘 바뀌는 특성, 즉 유연성(flexibility)이 소프트웨어의 최고 덕목이 된다. 그래서 프로그래밍 언어 중에서도 가장 유연성이 뛰어난 객체지향 언어가 새로운 강자로 떠오르게 된 것이다.

소프트웨어가 가져야 할 가치

TDD, xUnit 테스트, 애자일의 창시자로 유명한 소프트웨어 프로그래머 켄트 벡은 "켄트 벡의 구현 패턴"에서 소프트웨어가 가져야 할 가치를 유연성, 단순성, 커뮤니케이션으로 정의하였다. 커뮤니케이션은 갈수록 커져가는 소프트웨어의 규모를 맞추기 위해서는 여러 사람들의 협력이 필요하고, 이를 위해서는 소프트웨어가 자기 스스로를 설명할 수 있는 능력, 즉 커뮤니케이션 도구로서의 기능을 가져야 한다. 또한 사용자의 요구사항은 예측이 불가능하게 변화하거나 추가되기 때문에 소프트웨어는 유연성을 꼭 가져야만 한다. 이들 덕목을 갖추면서도 기능을 구현하는 가장 단순한 방법을 추구하는 단순성을 가지고 있어야 한다.

이들 중에서 소프트웨어의 유연성은 소프트웨어의 존재 이유에 해당하는 가치라고 볼 수 있다. 소프트웨어는 하드웨어와 같은 다른 요소가 감당하지 못하는 기능 변경 요구사항을 수용하기 위해서 만들어진 요소이다. 이로 인하여 소프트웨어의 생애 주기 중 대부분은 수정과 개선 기간이 된다. 로버트 L. 글래스는 (우리가 미처 알지 못한) 소프트웨어 공학의 사실과 오해라는 책을 통해서 소프트웨어의 유지보수가 보통 소프트웨어 비용의 40~80%를 차지한다고 말한다. 이와 함께 60/60 법칙을 제시하는데 소프트웨어 비용의 60%는 유지보수에 사용되고, 유지보수 비용의 60%는 소프트웨어 기능의 개선을 위해 사용된다고 한다. 이는 소프트웨어가 얼마나 자주 변경되는지, 요구사항이 얼마나 자주 바뀌는지를 말해준다. 더불어 유연성이 소프트웨어의 가치 중에서 얼마나 큰 비중을 차지하는지를 알 수 있게 해준다.

객체지향은 소프트웨어의 유연성이라는 측면에서 가장 뛰어난 접근 방식이다. 객체지향 언어는 소프트웨어에 새로운 기능을 추가하거나 기존의 기능을 변경하는 것, 또는 더 이상 필요 없는 기능을 제거하는 유지 보수 작업에 가장 유리한 언어이다. 다음 글에서는 객체지향 언어가 이 유연성을 어떻게 확보하는지를 알아보겠다.

로버트 L.글래스의 우리가 미처 알지 못한 S/W공학의 사실과 오해

간만에 정신이 맑아지고 현실과 미래가 뚜렷히 보이는 명쾌한 작품을 읽은 느낌이다. 왜 이 책이 그렇게 많은 사람들에게 회자되고 인용되었는지 알 수 있었다. 이 책은 소프트웨어가 세상에 등장한 이후부터 이 책이 쓰여진 시점까지 소프트웨어 분야에서 일어났던 모든 일들을 집약한 책이라고 설명할 수 있겠다. 우리가 소프트웨어를 개발하면서 만났던 수많은 일들, 경험적으로는 알고 있었으나 증명하기 어려웠던 문제들, 소프트웨어 개발 과정에서 겪었던 어려움과 그 이유들, 수많은 문제들 중에서 어떤 문제에 집중하는 것이 옳고 어떤 자세로 임해야 하는지 등에 대한 명료한 답을 제시해 준다.

이 글은 이 책(원 제목은 Facts and Fallacies of Software Engineering)에서 얻은 내용들을 정리한 것이다. 하지만 이 글만 읽어보고 책을 읽지 않게 되는 것은 내가 원하는 것과는 정 반대의 일이다. 내가 이 책을 누군가에게 소개한다면 다음과 같을 것이다. 이 책은 소프트웨어 개발과 관련된 모든 사람들이 읽어야 할 책이다. 소프트웨어를 직접 개발하는 사람이라면 꼭 읽어야 할 책이다. 이 책을 모르고 소프트웨어 개발을 해왔던 시간들이 너무 아깝다.

1장  관리

사람

사실 1. 소프트웨어 직업에서 가장 중요한 요소는 프로그래머가 사용하는 도구나 기술이 아니라, 프로그래머의 자질이다.

-       “사람이 (소프트웨어 개발) 성공의 열쇠다”

-       엄격한 방법론을 적용한 프로젝트를 한꺼풀 벗기고 프로젝트의 성공 이유를 물으면 그 답은 사람이다.

-       소프트웨어 생산성에 있어 가장 중요한 요소는 소프트웨어 실무자 개인의 역량이다.

사실 2 최고의 프로그래머는 최하의 프로그래머보다 28배 뛰어나다.

-       뛰어난 소프트웨어 실무자가 (동료들보다) 5배에서 28배까지 뛰어나다는 사실을 알 수 있다면, 가장 뛰어난 사람들을 잘 돌보는 것이 소프트웨어 관리자의 가장 중요한 업무라는 것은 자명한 일이다.

-       “우리의 연구에서 가장 중요한 실질적 발견은 프로그래머 실무 능력의 현저한 개인차다”

-       “개인간에 5배 정도의 생산성 차이는 흔한 것이다.”

사실 3 지체된 프로젝트에 사람을 추가 투입하면 프로젝트가 더 늦어진다.

-       사람이 많을수록 커뮤니케이션은 더욱 복잡해진다. 따라서 프로젝트가 지연될 때 인력을 투입하면 프로젝트는 더 늦어지는 경향이 있다.

사실 4 작업환경은 생산성과 품질에 지대한 영향을 미친다.

-       프로젝트에서 상위 25%와 하위 25%에 대해서(이들간에는 2.6배 생산성 차이가 났다) 작업환경을 조사한 결과, 상위 그룹은 1.7배 넓은 공간에서 일했고, 충분히 조용한 환경이라고 대답한 비율이 2배 높았고, 개인 공간이라고 말한 비율은 3배 이상 높았으며, 전화를 돌리거나 꺼놓을 수 있다고 답한 비율은 각각 4배와 5배 많았다.

도구와 기술

사실 5 소프트웨어 업계에는 과대선전(도구와 기술에 대한)이 만연해 있다.

-       소프트웨어 기술 각각으로 얻을 수 있는 생산성 향상은 기껏해야 5~35% 정도이다.

-       재사용(공용화)으로 얻을 수 있는 이득도 10~35% 정도이다.

사실 6 새로운 도구와 기술은 도입 초기에 생산성/품질 저하를 초래한다.

-       도구와 기술을 익히는데는 적어도 6개월 ~ 2년 이상이 걸리고, 이 기간동안의 생산성은 기존보다 저하된다.

사실 7 소프트웨어 개발자는 도구에 대해 많은 말을 하지만, 별로 사용하지 않는다.

-       좋은 개발 도구라는 것 중 대다수는 계속 사용되지 않고 폐기된다.

추정

사실 8 폭주하는 프로젝트의 가장 흔한 원인 두 가지 중 하나는 부정확한 추정이다.

-       아직까지 소프트웨어 프로젝트가 걸리는 시간을 추정할 수 있는 정밀한 방법은 없다.

-       다만 분야의 전문가가 하는 추정만이 좀 더 정확할 뿐이다.

사실 9 소프트웨어 추정은 보통 부적절한 시기에 수행된다.

-       소프트웨어 추정은 보통 요구사항이 구체화 되기 전에 이루어진다.

-       많은 프로젝트가 이미 완료 기한이 정해진 상태로 시작된다.

사실 10 소프트웨어 추정은 보통 부적절한 사람들에 의해 수행된다.

-       많은 추정은 경영진이나 마케팅에 의해 결정된다.

사실 11 프로젝트가 진행되면서 소프트웨어 추정을 수정하는 경우는 거의 없다.

-       NASA에서는 소프트웨어 추정 재평가를 주창하며 라이프 사이클 상의 재평가 시점까지 정의한 연구가 있으나 권고를 따르는 사람을 본 적은 없다.

사실 12 소프트웨어 추정이 부정확한 것은 별로 놀라운 일이 아니다. 그러나 우리는 추정이 죽고 산다!

-       일정에 대한 추정이 부적절하다고 해도 프로젝트는 대부분 정해진 일정에 의해 관리된다.

사실 13 경영진과 프로그래머 사이에는 단절이 있다.

-       (경영진이 정한 추정에 맞지 않아) 실패라고 평가된 프로젝트에 대해 기술자의 다수가 가장 성공적인 프로젝트로 평가했다. 애초에 불가능했던 일정과 예산을 포기하고 도전적인 목표를 성공적으로 완료 했다고 생각 했기 때문이다.

사실 14 타당성 조사에 대한 대답은 항상 “타당하다” 이다

-       프로젝트 시작 전에 이루어지는 기술적 타당성(구현 가능성을 검증하는) 조사는 거의 항상 타당하다는 결론을 낸다.

재사용

사실 15 소규모 재사용은 잘 해결된 문제다.

-       소규모 재사용(보통 라이브러리라고 불리는 함수 단위 재사용)은 1950년대부터 있어 왔으며 이미 증명된 문제다.

사실 16 대규모 재사용은 여전히 해결되지 않은 어려운 문제다.

-       대규모 재사용(일명 “공용화”)은 일반적으로 다양해지는 요구사항에 의해 제대로 활용되기 어렵다.

-       매우 좁은 도메인(예에서는 항공 역학) 내에서는 70%까지 재사용 모듈로 구축될 수 있었다.

사실 17 대규모 재사용은 서로 관련 있는 시스템 사이에서 가장 잘 적용된다.

-       대규모 재사용은 도메인 종속적이다.

-       여러 프로젝트나 여러 도메인에 걸쳐 적용하려 한다면 성공할 가능성이 거의 없다.

사실 18 재사용 가능 컴포넌트는 만들기가 3배 어렵고, 3곳에 적용해봐야 한다.

-       3이라는 숫자는 모두 경험적인 숫자이다. 다만 재사용 가능한 컴포넌트는 일반적인 것보다 만들기가 훨씬 어렵고, 잘 적용되는지를 여러 번 검증해 봐야 한다.

사실 19 재사용된 코드를 수정하는 것은 특히 오류를 범하기 쉽다.

-       ‘기존의 솔루션을 이해하는 것’은 소프트웨어 작업 중에서 가장 어려운 일이기 때문에, 재사용을 위해서 기존의 컴포넌트를 수정하는 것은 새로 만드는 것에 비해 매우 어렵다.

-       20~25% 이상을 수정해야 할 경우 처음부터 다시 만드는 것이 더 효율적/효과적이다.

-       “소프트웨어 작업은 인류가 지금까지 해온 것 중 가장 복잡한 작업이다.”

사실 20 디자인 패턴 재사용은 코드 재사용 문제에 대한 해결책이다.

-       이 사실은 디자인 패턴과 같은 잘 알려진 설계에 대한 지식이 매우 중요함을 드러낸다.

-       구현된 컴포넌트는 재사용이 어렵지만, 소프트웨어의 구조 및 설계의 재사용은 가능하다.

복잡성

사실 21 문제의 복잡성이 25% 증가하면 솔루션의 복잡성은 100% 증가한다.

-       왜 그렇게 사람이 중요한가? 복잡성을 극복하는 데는 상당한 사고력과 기술이 필요하기 때문이다.

-       왜 대규모 재사용은 성과가 좋지 않을까? (도메인의 차이로 인한) 복잡성이 증대되기 때문이다.

-       왜 코드 리뷰(inspection)가 오류 제거에 대한 가장 효과적, 효율적인 접근 방법인가? 그 모든 복잡성을 걸러내고 오류의 위치를 찾는 데는 결국 사람의 노력이 필요하기 때문이다.

-       왜 “기존의 제품을 이해하는 것”이 소프트웨어 유지보수에서 가장 중요하고도 어려운 작업인가? 하나의 문제를 해결하는데 적용할 수 있는 접근방법이 매우 많기 때문이다.

-       왜 소프트웨어에는 그렇게 많은 오류가 있는가? 처음부터 소프트웨어를 올바르게 이해하는 것은 매우 어렵기 때문이다.(여기에는 다른 견해가 있다. 소프트웨어는 불완전성의 원리에 지배 받기 때문에 사람의 두뇌가 아니면 오류를 잡아 낼 수 없다. 그리고 그 사람들은 모두 전문가인 것이 아니다. 물론 전문가라고 해서 오류를 만들어 내지 않는 것은 아니지만.)

사실 22 소프트웨어 작업의 80%가 지적인 작업이다. 그 중 상당 부분이 창조적인 작업이다. 사무적인 일은 거의 없다.

-       소프트웨어 실무자가 하는 일에 대한 관찰 연구 결과 80%는 지적인 작업, 20%는 사무적인 작업으로 분류되었다. 이 중 창조적인 작업은 6%에서 29%에 해당한다.

2장  생명 주기

요구사항

사실 23 폭주하는 프로젝트에서 가장 흔한 원인 두 가지 중 하나는 불안정한 요구사항이다.

-       고객과 사용자는 (그리고 대부분의 관리자들도) 보통 어떤 문제를 해결해야 하는지에 대해 확실하게 알지 못한다.

-       프로토타이핑은 요구사항이 명확하지 않을 때 자주 사용한다.(AOM 패턴을 이용해 볼만한 과정이다.)

사실 24 요구사항의 오류는 생산 단계에서 수정하는데 가장 비용이 많이 든다.

(너무 당연한 일이다)

사실 25 누락된 요구사항은 가장 수정하기 힘든 오류다.

-       누락된 요구사항은 이미 만들어졌거나 만들어지고 있는 코드에 대한 설계 수준의 수정을 요구한다.

설계

사실 26 명시적 요구사항을 설계로 옮겨갈 때 ‘파생 요구사항’이 폭발적으로 증가한다.

-       (명시적) 요구사항은 실제 어떻게 구현해야 할지를 결정하는 설계 단계에 오면 암시적 요구사항을 파생 시키고, 이 파생 요구사항은 명시적 요구사항의 50배에 달한다.

사실 27 소프트웨어 문제에서 최적의 솔루션이 하나 존재하는 경우는 거의 없다.

-       소프트웨어적인 문제는 문제에 대한 해결책이 매우 많다. 그 중에서 최상의 해결책은 없거나 알아내기가 매우 어렵다.

사실 28 설계는 복잡하고 반복적인 과정이다. 초기 설계 솔루션은 보통 잘못 되었거나, 최적이 아닌 경우가 많다.

-       (이는 애자일 진영의 XP, TDD, 리팩토링과 같은 기술 및 개발 방법론의 정당성에 힘을 실어 준다.)

-       전문 설계자는 설계상 핵심적인 문제에 대해 직접 구현해 보거나 솔루션을 찾아 놓은 다음에야 전체 설계 문제로 넘어간다.(이는 아키텍쳐는 코딩을 해야 한다는 주장을 뒷받침한다.)

코딩

사실 29 설계자의 기본단위와 프로그래머의 기본단위가 일치하는 경우는 거의 없다.

-       설계자의 코딩 경험, 전문 코딩 분야, 역량 등에 의해 설계 기본 단위의 크기가 달라진다. 이와 함께 코딩 실무자 역시 경험, 전문 분야, 역량에 따라 이에 대응되는 기본 단위가 달라지게 된다. 따라서 이 둘이 매칭되기는 어렵다.

-       (이것은 코딩 실무자의 능력이 설계자 수준과 비슷하게 뛰어나야 하고, 설계 수준이 낮거나 설계자가 없을 경우에는 코딩 실무자의 능력이 (설계를 커버할 수 있을 만큼) 매우 뛰어나야 한다는 것을 의미한다.)

-       “나는 이 사실 때문에, 설계와 코딩 작업을 분리하는 것은 좋지 않다고 생각한다.”

-       “소프트웨어 개발에서 전통적인 작업 분할 방식(설계자, 구현자, 테스터와 같이 전문 담당 업무를 분할하는 방식)은 적절하지 않다.”

사실 30 COBOL은 별로 훌륭한 언어가 아니지만, (비즈니스 데이터 처리에 대해서는) 다른 언어도 마찬가지다.

오류제거

사실 31 오류 제거는 생명주기에서 가장 많은 시간을 소모하는 단계다.

-       일반적으로 요구사항분석(20%) – 설계(20%) – 코딩(20%) – 오류 제거(40%)의 시간을 소모한다.

테스트

사실 32 프로그래머가 완전하게 테스트 했다고 믿는 소프트웨어도 보통은 로직 경로의 55~60%만 테스트 된 경우가 많다.

사실 33 100% 테스트 커버리지도 결코 충분하지 않다.

-       대략 소프트웨어 결함의 35%는 누락된 로직 경로(구현하지 않은 로직)에서, 40%는 로직 경로의 특정 조합을 실행할 때(로직 실행 후 다시 실행할 때 일부 변수가 초기화 되지 않아서 발생하는 오류가 대표적인 예이다) 나타난다. 따라서 100% 커버리지로도 잡히지 않는다.

사실 34 테스트 도구는 꼭 필요하지만, 많은 경우 거의 사용되지 않는다.

-       이유는 테스트 단계 자체가 관심을 많이 받지 못하기 때문이다. 자동화 테스트 도구는 매우 유용하다.

사실 35 특정 테스트 프로세스는 자동화할 수 있고, 또 자동화해야 한다. 그러나 자동화 할 수 없는 테스트 작업도 많다.

-       요구사항 명세서로부터 코드를 자동 생성할 수 있다는 개념은 이미 사라졌다. 따라서 ‘프로그래머 없는 프로그래밍’과 ‘프로그래밍의 자동화’에 대한 아이디어 역시 이미 사라졌다.(따라서 코더 개념 역시 사라져야 할 개념이다.)

-       (소프트웨어 개발 단계에서 가장 단순해 보이는) 테스트 조차도 완전히 자동화 할 수 있는 방법은 없다.(사실 모든 소프트웨어 개발 단계 중에서 자동화 할 수 있는 것은 없다.)

사실 36 프로그래머가 작성한 디버그 코드는 테스트 도구에 대한 중요 보완 수단이다.

-       컴파일러 옵션이나 외부 파일을 이용하여 테스트 코드를 실행할 수 있도록 만들어 놓는 것도 테스트에 도움이 된다.(이 책이 쓰여질 당시에는 Unit Test가 널리 보급된 상태가 아니었음을 상기하기 바란다.)

검토와 검사

사실 37 엄격한 검사는 첫 번째 테스트 케이스를 실행시키기도 전에 소프트웨어 제품에 포함된 오류의 90% 까지 제거할 수 있다.

-       (엄격한 검사란 inspection이라는 것으로 우리가 보통 이야기 하는 코드 리뷰이다)

-       (이는 인간의 두뇌만이 소프트웨어를 관리할 수 있는 유일한 도구라는 내 생각을 뒷받침한다)

-       이렇게 좋은 방법임에도 잘 실행되지 않는 것은 오류 검사 단계에 대한 무관심과 엄격한 검사 과정의 어려움(“이미 작성된 코드에 대한 이해”가 가장 어려운 것이라는 점을 상기하기 바란다.) 때문이다.

-       (여기에 덧붙이자면 많은 관리자들이 코드리뷰나 페어 프로그래밍을 지적 유희라고 생각하거나 베테랑이 초보자에게 가르치기 위해 하는 일이라고 생각한다. 우리나라의 많은 관리자들은 프로그래밍을 저급한 업무로 취급하면서 모든 개발자가 1~2년쯤 지나면 다들 베테랑이라고 생각하기 때문에 페어 프로그래밍 하려는 사람들을 야단친다.)

사실 38 엄격한 검사도 테스트를 대체할 수는 없다.

사실 39 출시 후 검토(회고라 부르는 사람들도 있다)는 중요하지만, 거의 실행되지 않는다.

사실 40 검토는 기술적 측면과 사회학적 측면을 모두 가지는데, 어느 쪽도 무시하면 안 된다.

-      동료 검토(peer review)에 의해 이성과 감정에 상처를 받지 않도록 해야 한다.

-      비자아적 프로그래밍(코드에 자신의 자존심을 투영하지 않는 것)을 당부하지만 대부분의 개발자들은 자신의 코드에 대해 자부심을 가지려고 한다. (이는 미묘한 문제이면서도 코드를 통한 커뮤니케이션이나 형상 관리를 방해하는 문제이기도 하다. 자신 있는 코드라면 공개하는 것이 마땅하고, 자신 없는 코드라면 공개하고 조언을 받아야 하는 것이 마땅하다. 어느 편이든 코드는 공개되어야 한다.)

사실 41 유지보수는 보통 소프트웨어 비용의 40~80%를 차지한다. 따라서, 유지보수는 소프트웨어 생명주기 중 가장 중요한 단계일 것이다.

-       (일단 다음 절에서 유지 보수란 단순한 오류 수정이 아니라 기능의 개선 및 추가까지 포함한 작업이라는 것을 기억하기 바란다.)

-       유지 보수 비용이 높은 이유는 “이미 만들어진 기능을 이해”하기가 어렵기 때문이다.

-       (따라서 가독성 높고 간결한 코드를 만드는 것이 개발자의 자질 중 가장 중요한 것이다.)

사실 42 유지보수 비용의 60%는 개선 작업에 소요되는 비용이다.

-       소프트웨어를 처음 개발할 때 고객과 사용자는 새로운 소프트웨어로 무엇을 할 수 있을지에 대해 단지 비전의 일부만 갖고 있을 뿐이다. 소프트웨어가 출시되어 한동안 사용해 본 후에야 사용자는 그 소프트웨어 시스템을 개선해 무엇을 더 할 수 있을지 깨닫기 시작한다.

-       60/60 법칙 : 소프트웨어 비용의 60%는 유지보수에 사용되며, 유지보수 비용의 60%는 개선에 사용된다. 따라서 기존 소프트웨어를 개선하는 것은 큰 일이다.

-       60%는 개선 17%는 오류 수정 18%는 포팅, 5%는 기타 작업

사실 43 유지보수는 문제가 아니라 해결책이다.

(다른 산업 분야와는 달리) 소프트웨어의 유지보수는 대부분 기능의 개선을 위한 것이기 때문에 문제가 아니라 해결책이다. 따라서 부정적으로 보지 않아야 한다.

사실 44 유지보수에서 가장 어려운 작업은 기존 시스템을 이해하는 것이다.

-       유지보수 작업에서 가장 중요한 요소는 이해력이다 –Ned Chapin, 유지보수 분야 개척자-

-       소프트웨어 업무 중에서 가장 어려운 일이 유지보수 작업이다. 보통은 (내가 만든 게 아닌) 다른 사람이 만든 소프트웨어를 다루어야 하기 때문이다.

사실 45 더 좋은 소프트웨어 공학 기술로 개발하면 더 많은(더 적은 게 아니라) 유지보수가 필요하다.

-       현대적 개발 방법론 및 소프트웨어 기술이 적용된 소프트웨어는 더 수정하기 쉽기 때문에 더 많은 수정이 가해지고 더 오랫동안 개선되면서 사용된다.

3장  품질

품질

사실 46 품질은 속성의 집합이다.

-       이식성, 신뢰성, 효율, 사용편의성, 테스트 용이성, 이해 용이성, 수정 용이성

사실 47 품질은 사용자 만족, 요구사항 충족, 비용과 일정 목표 달성, 또는 신뢰성이 아니다.

신뢰성

사실 48 대부분의 프로그래머가 흔히 범하는 오류가 있다.

-       인간은 하나씩 밀린 인덱스, 정의/참조의 불일치, 중요한 설계 항목 누락, 자주 사용하는 변수에 대한 초기화 실패, 일련의 조건 중 하나의 조건 누락 등 특정 종류의 작업에서 쉽게 실수한다.

사실 49 오류는 뭉치는 경향이 있다.

-       오류의 반이 모듈의 15%에서 발견된다.

-       오류의 80%가 단지 모듈의 20% 이내에서 발견된다.

-       대략 80%의 결함이 모듈의 20%에서 나오고, 모듈의 절반 정도는 오류가 없다.

-       특정 모듈이 특히 더 어렵기 때문에, 여러 개발자가 모듈 별로 개발하기 때문에(개인 능력차 때문에) 그럴 것이다.

사실 50 소프트웨어 오류 제거에 있어서 단 하나의 최상의 방법은 없다.

사실 51 오류는 항상 남아 있다. 심각한 오류를 제거하거나 최소화하는 것이 목표가 돼야 한다.

-       오류 없는 소프트웨어를 개발하는 것은 불가능하다.

-       CMM 레벨 4인 팀과 다른 정형방법을 사용하는 팀 둘이서 충분한 비용과 일정에도 불구하고 98% 신뢰성의 간단한 제품을 만들어 내지 못했다.

효율

사실 52 효율은 훌륭한 코딩보다는 훌륭한 설계에 더 많은 영향을 받는다.

사실 53 고급 언어 코드도 어셈블리어 코드의 90%에 가까운 효율을 낼 수 있다.

-       항공 애플리케이션에서 고급 언어의 비효율성(어셈블리 대비 C언어)은 10~20% 정도이다.

>  최적화 컴파일러를 이용하면 10% 성능향상

> 튜닝을 통해 2~5% 더 향상 시킬 수 있다.

사실 54 크기와 속도 사이에는 트레이드오프가 있다.

4장  연구

연구

사실 55 많은 연구자들이 연구보다는 옹호에 치중한다.

2부 오해 5+5

5장  관리

관리

오해 1 측정할 수 없는 것은 관리할 수 없다.

-       측정할 수 없는 것은 통제할 수 없다는 말은 사실이지만 관리할 수 없다는 말은 아니다. 소프트웨어 설계라는 것은 측정 불가능하지만 관리할 수 있는 대상이다.

-       몇몇 회사에서는 메트릭을 통한 관리를 중요시한다. 그리고 자주 사용하는 소프트웨어 메트릭이 개발되어 사용되고 있다.

-       (우리나라에서 메트릭을 통해 소프트웨어를 관리하지 않는 이유는 관리자들의 소프트웨어에 대한 이해가 부족하고, 필요한 경우 외주를 통해 해결할 수 있는 수준의 저급한 업무로 폄하되고 있기 때문이다. 야구나 농구에서 데이터를 관리하거나 기업의 재무제표가 관리되는 이유와 정반대 이유다.)

오해 2 소프트웨어 품질은 관리로 해결할 수 있다.

-       소프트웨어 품질에는 기술적 요소가 많아 관리만으로 해결할 수는 없다.(이는 소프트웨어를 외주로 개발하는 행위에 대해 경종을 울린다. 자체 기술 부족으로 인하여 기술이 검증된 업체를 통해 개발하고 그 기술을 내제화 하기 위한 외주가 아니라 단지 시간이 부족하거나 허드레 업무라고 생각해서 외주를 주는 경우 관리만으로 품질을 확보하는 것은 불가능하다. 이로 인한 짐은 고스란히 개발자에게 넘겨진다.)

오해 3 프로그래밍은 비자아적이 될 수 있고, 또 되어야 한다.

-       (많은 개발자들은 자신의 코드가 자신의 지적 능력을 대변한다고 생각한다. 그래서 코드에 대해 자아를 투영하곤 한다. 하지만 이러한 자세는 원활한 시스템 통합, 오류 검사, 형상 관리를 방해한다.)

-       오류 없는 프로그램을 작성하는 것은 불가능하다는 것을 인정하고, 기술적 약점이 잘 발견될 수 있도록 열린 자세를 가져야 한다.

도구와 기술

오해 4 도구와 기술 : 한 가지로 모든 문제를 해결할 수 있다.

-       소프트웨어 문제를 해결할 완전한 한가지 기술이나 도구는 없다.

오해 5 소프트웨어 분야에는 더 많은 방법론이 필요하다.

-       많은 방법론이 교수들이나 대학원생 등 소프트웨어 비 실무자들에 의해 개발된다. 특히 엄격한 방법론(융통성을 거부하고 전체 개발 프로세스를 감시하려는 방법론, 예를 들어 전통 waterfall과 같은 방법론)을 경계해야 한다.

추정

오해 6 비용과 일정을 추정하기 위해서는 먼저 LOC(Lines of Code)를 추정해야 한다.

-       LOC 만으로는 부정확한 메트릭이다.(프로그래밍 언어, 도메인, 주석과 같은 요소를 고려해야 한다.)

-       (특히 이 절은 비용과 일정을 추정하기 위해 LOC를 “추정”하는 문제에 대해 언급하고 있음을 기억해야 한다. 추정을 위해서 부정확한 메트릭을 사용하는 것에 대한 주의이다.)

-       (LOC는 몇몇 부수적인 메트릭과 함께 사용되면 훌륭하게 기능할 수 있다. 특히 코드의 조건문 빈도, 중복 코드 비율, 모듈 특성 등과 함께 사용한다면 개발자의 생산성을 판단하는데 매우 유용할 수 있다. 같은 모듈이나 계층을 개발하는 개발자들간에도 LOC가 10배 이상 차이 나는 경우가 흔하다. 2배 이하라면 큰 의미는 없다.)

6장. 생명주기

테스트

오해 7 랜덤 테스트 입력은 테스트를 최적화 하는 좋은 방법이다.

-       소프트웨어의 복잡성이 늘어나면 늘어날수록 랜덤 테스트를 통해 찾아낼 수 있는 오류는 줄어든다.

검토

오해 8 “보는 눈이 많으면, 모든 버그는 그 깊이가 얕다.”

-       오픈소스에 대한 이야기인데, 많은 오픈소스가 다수의 눈을 거쳐 수정되는 과정을 거치지 않고, 수정되는 버그는 대부분 발견하기 용이한 것들이다. 중요하고 심각한 버그들은 여전히 숨어 있을 가능성이 있다.

유지보수

오해 9 과거의 비용 데이터를 살펴봄으로써 미래의 유지보수 비용을 예측할 수 있고 시스템 교체 결정을 내릴 수 있다.

-       다양한 연구가 있으나 (기본적으로 소프트웨어의 유지 보수가 대부분 새로운 기능을 추가하는 일이고, 이것은 이미 매우 어려운 일로 알려져 있으므로) 유지보수 비용을 예측하는 것은 매우 어려운 일이다. 따라서 이를 기반으로 시스템 교체 결정을 내리는 것은 불가능하다.

7장.  교육

테스트

오해 10 프로그래밍을 가르칠 때 프로그램을 어떻게 작성하는지 보여주며 가르친다.

-       잘 만들어진 코드를 읽어 보는 것은 직접 작성하는 것만큼(혹은 그보다 더) 중요하다. 하지만 잘 만들어진 코드 샘플을 찾아 내는 것은 어렵다.

-       다른 사람의 코드를 읽는 것은 소프트웨어 개발에서 가장 어려운 작업을 훈련할 수 있는 일이다.

-       (페어 프로그래밍이나 코드 리뷰에 힘을 실어 주는 사실이다. 다른 사람의 코드를 보지 않거나 고쳐보지 않은 개발자, 잘 만들어진 오픈소스나 라이브러리 코드를 보지 않는 사람의 개발 능력은 언제나 낮기 마련이다.)

 dynamicJarLoader.zip

라이브러리에 대한 동적 로딩은 사용자의 요구가 다양하게 변화하는 어플리케이션을 위한 기술이다. Java에서는 URLClassLoader라는 라이브러리 클래스를 통해서 이 기능을 지원하고 있다.

이를 이용할 상황을 하나 생각해 보도록 하자.

화면에 도형을 그리는 어플리케이션을 만들어 사용자에게 배포하였다고 가정하자. 이미 도형에 대한 클래스 모델링이 잘 되어 있기 때문에 Shape이라는 인터페이스는 이미 배포되어 있다. 그리고 몇몇 도형들 역시 배포된 상태다. 소프트웨어 내부에서는 이미 배포된 jar 파일을 통해 도형들을 생성해서 사용하고 있다.

이 상황에서 고객이 새로운 도형을 만들어 달라고 요청해 왔다. 필요한 도형은 Circle과 Triangle이다. 이 파일들은 개발자에 의해서 개발되었고 사용자에게 배포되었다. 이 때 이미 동작 중인 어플리케이션은 종료할 수 없다. 이런 경우에 어플리케이션을 중단시키지 않아도 클래스들을 로드할 수 있는 동적 로더가 활용될 수 있다.

아래 클래스 다이어그램을 보자.

위에서 설명했듯이 Shape 인터페이스는 이미 배포된 상태이다. 여기서 사용자가 원하는 Circle과 Triangle을 각각의 이름으로 된 jar 파일을 배포하였다.

여기서 사용자가 어플리케이션을 종료하지 않고 이들 jar 파일들을 로드하려면 동적 Jar 로드 기능이 탑재되어 있어야 한다. 이를 구현한 것이 DynamicJarLoader 클래스이다.

DynamicJarLoader 클래스 설명

이 클래스는 객체 생성자를 통해서 Jar 파일이 들어 있는 폴더 경로(String jarPath)를 입력 받는다.

이후 load(jarFileName : String) 메소드를 통해서 Jar 파일 이름을 입력해주면 라이브러리가 로드된다.

특히 DynamicJarLoader 클래스는 내부에 있는 loaderMap을 통해서 여러 이름의 라이브러리를 동시에 로드할 수 있다. 따라서 이 객체 하나 만으로도 여러 라이브러리 파일을 로드하고, 로드된 라이브러리들을 통해서 객체를 생성할 수 있다. 리턴되는 boolean 값은 라이브러리 로드가 성공했는지 여부를 알려준다.

unload(jarFileName : String) 메소드는 이미 로드된 라이브러리를 메모리에서 내리거나, 새로운 버전의 라이브러리를 열기 위해서 기존에 이미 열려진 라이브러리를 닫아야 할 경우에 호출하는 메소드이다.

이미 라이브러리가 로드되어 있다면 열린 라이브러리를 통해서 객체를 새로 생성할 수 있어야 한다. newInstance() 메소드는 클래스 이름(className)을 통해서 객체를 로드할 수 있도록 구현된 메소드이다. newInstance() 메소드는 두 개가 있는데, 하나는 className만으로 객체를 생성하도록 하고, 나머지 하나는 jar 파일 이름까지 입력해서 보다 정확한 객체를 생성하도록 한다.

첨부파일

맨 위쪽에 첨부된 첨부파일은 shape.jar / circle.jar / triangle.jar 파일과 DynamicJarLoader 클래스, 그리고 이들 라이브러리 동적 로딩을 테스트해 볼 수 있는  Use 클래스를 포함하고 있는 eclipse 프로젝트 파일이다.(JDK 1.7 이상을 사용하기 바란다.)

아래는 DynamicJarLoader 클래스의 소스이다.

*이 문제는 Programming Challenges : 알고리즘 트레이닝 북에 출제된 문제입니다.

지뢰 찾기(Minesweeper)

이 문제는 문제 자체가 어렵진 않지만 코드를 깔끔하게 작성하는 연습을 하기에는 좋은 문제이다. 코드를 깔끔하게 작성하기 좋은 팁은 다음과 같다.

1. 지뢰 찾기 맵을 char[][] map; 로 만들고, 지뢰가 아닌 곳은 아스키 문자 '0'을 넣는다.

    이렇게 하면 주위에 지뢰가 있을 때 map[i][j] ++를 호출해주면 자동으로 아스키 문자가 '1', '2', '3'.... 순서로 1씩 증가 된다.

2. 지뢰를 만나서 주변 8개 지뢰에 대한 카운트를 증가 시킬 때 해야 할 일을 함수로 빼낸다.

    "지뢰 주변"을 탐색하면서 맵을 벗어난 곳을 체크하기가 수월해진다.

3. 카운트 증가 조건에 맞으면 업데이트 하지 말고 조건에 맞지 않을 경우 리턴한다.

    리턴문(return)을 잘 활용하면 로직이 복잡해지는 것을 막을 수 있다.

아래는 직접 구현한 지뢰 찾기 소스이다.

이 구현에서 핵심 부분은 calculateMap() 메소드와 이 메소드에 호출되는 addCountAround() 그리고 addCount() 메소드일 것이다.

calculateMap()은 가로와 세로 방향으로 for문을 돌아서 모든 맵을 방문하는 일을 담당한다. 만약 이 과정에서 지뢰(*)를 만나면 addCountAround(i, j) 메소드를 호출하는 것으로 자기 임무를 마친다.

addCountAround()는 지뢰 주변의 9개 타일(자기 자신 포함) 타일들을 방문한다. 그리고 addCount() 메소드를 호출하는 것으로 자기 임무를 마친다.

addCount() 메소드가 실질적으로 카운트를 증가시킨다. 이 때 중요한 것은 예외 처리이다. 만약 타일이 지뢰이거나 맵의 경계를 넘어갔다면 카운트를 증가시키면 안된다. 따라서 미리 예외의 경우들을 체크하고 적절한 타일이 아니라면 리턴한다. 그리고 정상적인 타일인 경우에면 카운트를 증가시킨다.

또한 run() 메소드에서는 문제에서 주어진 절차를 모두 메소드로 만들고 절차에 맞는 적절한 이름을 할당해 줌으로써 전체 동작이 어떤지를 한눈에 알 수 있도록 만들어 주는 것이 코드를 깔끔하게 만들 수 있는 비결이다.

중간에 Input 클래스를 사용하는데 이에 대해서는 [Programming Challenges]Sample 및 표준 입력 데이터 이중화 글을 참고하기 바란다.

programmingChallenges.zip

당분간 알고리즘 공부에 전념해보고자 전에 사서 킵 해 두었던 Programming Challenges 알고리즘 트레이닝 북을 꺼내 들었다.

이 책은 여러 알고리즘 문제를 난이도별, 특성 별로 나누어 제공하고 있고, 이에 대한 해답도 소스로 첨부되어 있다. 특히 온라인 페이지를 통해서 자기가 작성한 답안을 올리고 채점을 받을 수 있도록 되어 있어서 좋다. 또한 로컬에서 테스트를 해 볼 수 있도록 샘플 입력 데이터들도 제공한다. 아래는 온라인 채점 사이트이다.

http://www.programming-challenges.com/pg.php?page=index

Sample 및 표준 입력 데이터 이중화

위에서 설명한 것처럼 온라인으로도 채점이 가능하고 로컬에다가 샘플 데이터를 받아서 테스트를 해 볼 수 도 있다.

문제는 온라인에서 채점할 경우 내가 제출한 소스로 동작한 결과를 확인해 볼 수 없다는데 있다. 따라서 로컬에서 샘플 데이터를 통한 테스트가 필수이다. 하지만 샘플 데이터는 파일 입력이고, 온라인에서 소스에 데이터를 입력 받을 때는 표준 입출력(일반적으로 키보드 입력이라 부르는)이다. 따라서 온라인에 답안을 올릴 때와 샘플 데이터를 이용할 때의 입력 방식이 달라서 불편한 점이 있다.

자동으로 Sample 데이터와 표준 입력을 전환

위의 첨부 파일을 받아 보면 이미 Programming Challenges 사이트에서 제공하는 샘플 데이터가 Samples 폴더에 들어 있다.

자동으로 Sample 데이터와 표준 입력을 자동으로 전환하는 방법은 단순하다. 로컬에 샘플을 저장한 폴더에서 원하는 샘플 파일을 열어보고 예외가 발생하면 표준 입력을 사용하도록 하는 것이다.

이에 대한 소스는 아래와 같다.

Input 클래스는 생성시 생성자에서 initInputSource() 메소드를 호출한다. 이 메소드에서는 일단 Problem 클래스를 생성한 후 그 안에서 pcId 값을 읽어 파일명으로 변환한 후 samples 폴더에서 파일을 열어본다. 만약 파일이 열리면 파일을 입력 소스로 사용한다. 만약 파일을 여는데 실패하면 FileNotFoundException이 발생하고 isSampleSource 값을 false로 함으로써 표준 입출력을 사용하도록 되어 있다.

사용법

첨부 파일은 Eclipse 프로젝트이다. samples 폴더에는 샘플 데이터들이 들어 있다.

programmingChallenges.submitForm 패키지 아래에 있는 Main.java 파일은 위의 소스를 포함하여 알고리즘을 작성할 부분과 필요한 클래스를 작성해 넣을 수 있는 부분을 비워 둔 소스이다. 따라서 이 소스에 알고리즘을 작성해 넣으면 된다. 이 때 소스 파일 지정을 위해서 Problem 클래스 안에 pcId는 책에 나오는 PC Id를 입력해 주어야 한다.

programmingChallenges.threeNPlusOne 패키지 아래에 있는 Main.java 파일은 책에 나오는 첫번째 문제인 3n + 1 문제를 풀어 채워 넣은 파일이다. 실제로 채점 사이트에 올려 보고 해결되는 것을 확인해 본 소스이다. 물론 로컬에서 실행을 시켜 보면 로컬의 samples 폴더에 있는 테스트 데이터를 입력 받아 동작함을 알 수 있다.

혹시 Programming Challenges 알고리즘 트레이닝 북을 가지고 알고리즘을 공부하는 사람 중에서 Java를 사용할 의향이 있다면 편리하게 사용할 수 있을 것이다.

TDA 원칙이라고도 불린다.

우리 말로 번역해 보자면 "물어보지 말고 그냥 시켜라"가 될 수 있다.

이는 객체와 객체가 협력하는 경우, 다른 객체에게 정보를 요구하지 말고 그냥 행위하도록 시키라는 의미이다. 즉 정보 은닉의 중요성을 강조하는 원칙이라고 할 수 있겠다.

정보를 처리하는 소프트웨어 구현의 경제성 관점에서 보면 이렇다.

소프트웨어의 복잡성은 다루어야 할 정보의 양에 영향을 받는다. 다루어야 할 정보가 많아지면 더 많은 정보를 가공해야 하고, 정보의 값에 의한 제어 변경(보통 상태라고 부른다)이 더 자주 발생하게 된다. 

하지만 꼭 정보의 양만 복잡도를 가늠하는 척도는 아니다. 정보를 처리하는 단계가 짧고, 정보를 다루어야 할 객체가 적고, 정보에 대한 처리 과정을 중복되지 않고 간결하게 처리한다면 같은 데이터를 처리하더라도 훨씬 단순한 소프트웨어를 만들 수 있을 것이다. 이 과정에서 TDA 원칙의 중요성이 떠오르게 된다. 정보를 입수했을 때 그 정보를 한정적인 범위 내에서만 다루도록 하고(예를 들어 단일 객체), 혹시 외부에서 그 정보에 기반하여 동작을 수행해야 할 경우에는 정보를 가지고 있는 쪽에 동작을 요청하도록 하면 넓은 범위에서 데이터를 입수하여 처리하는 방식에 비해서 훨씬 복잡도가 줄어들게 될 것이다.

아래 그림을 살펴보자.

이 그림에서 데이터는 최초로 객체1에 전달된다. 그림 상에서는 객체1이 받은 데이터를 객체2와 객체3에 주고, 객체3은 이를 다시 객체 4에 준다. 이렇게 데이터가 전달되는 방식은 크게 두 가지가 있다.

1. getter를 통해 데이터를 요청하는 경우.

2. 다른 객체의 API에 데이터를 인자로 넣게 되어 있는 경우.

Tell, don't ask라는 것은 1번에 해당하는 말이다. 즉, 데이터를 getter로 요청하지 말 것을 의미한다. 하지만 데이터를 전파하는 방법은 2도 해당하므로 이 두가지 경우가 발생하지 않도록 설계해야 한다.

자, 그림 상에서 1번이든 2번이든 어떤 방식으로든 데이터를 전달하도록 설계했다고 하자. 그러면 저 그림의 모든 객체들은 데이터의 값에 영향을 받게 된다. 그것이 조건문으로 나타나든, 변수로만 나타나든 어떻게든 코드 상에 모습을 드러내게 된다. 이것은 다음과 같은 문제들을 발생시킨다.

코드가 복잡해진다

데이터를 가지고 있으면 데이터를 핸들링 해야 한다. 핸들링하는 코드는 단순히 전달하거나 저장하는데만 그치는 경우도 있고, 데이터 값의 범위에 따라서 조건문이나 제어문이 필요한 경우도 있다. 어떤 식으로든 코드가 늘어나면 문제가 생기는 것은 당연하다.

데이터의 변경에 다수의 객체가 영향을 받는다

일단 데이터를 가지고 있으면 더이상 쓸모없는 데이터여서 지우거나, 새로운 데이터가 더해지거나 데이터의 타입이 변경되는 등의 여러가지 변경사항에 영향을 받게 된다. 이는 OCP(Open Close Principle) 원칙을 위배하게 된다.

데이터의 무결성을 지키기 어렵다 

각 객체들이 가지고 있는 데이터 값이 시간에 따라서 달라짐으로써 관리가 어려워지게 된다. 특히 멀티 쓰레드 환경에서 여러 곳에 데이터가 흩어져 있으면 데이터의 무결성을 지키기는 더더욱 어렵고 복잡해진다.

중복 코드가 발생할 가능성이 높다

간단히 이야기 하자면, 데이터가 입력된 이후에는 데이터를 핸들링하는 객체를 별도로 생성하여 관리하면 된다. 위 그림에서는 데이터 객체가 이에 해당한다. 객체1은 데이터를 받아서 데이터 객체를 생성하거나 데이터 객체에 전달해 주는 것으로 자기 일을 마친다. 그리고 기존에 데이터를 가지고 다루던 객체들은 모두 데이터 객체에게 일을 시키는( tell() ) 형태로 설계를 변경한다. 그러면 데이터와 관련된 모든 일은 데이터 객체가 수행하게 되면서 다른 객체들이 데이터에 의존하는 것을 막을 수 있다.

이를 단계별로 설명해보면 다음과 같다.

데이터를 수신(생성) 단계

소프트웨어의 어떤 부분이든 데이터를 수신하거나 생성해 낸 곳이 있기 마련이다. 데이터는 발생 시점부터가 중요하다. 데이터를 최초로 수신한 객체는 일단 다른 곳으로 데이터를 전파시킬 수 없어야 한다. getter를 통해서 다른 객체들이 데이터를 가지고 가게 하거나, 다른 객체의 매개변수로 데이터를 전송해서는 안된다.

데이터 객체 생성 단계

데이터를 처리할 객체를 생성한다. 데이터는 생성된 이후에는 오직 이 객체에게만 전달된다. 데이터를 처리하는 방식은 두가지가 있다.

1. 데이터 처리를 전담하는 객체가 있다. 이 경우라면 최초로 데이터를 수신한 객체는 처리 객체에 데이터를 넘겨주기만 하면 된다.

2. 데이터 처리를 전담하는 객체가 없고, 여러 객체들이 데이터에 대한 의존성을 가지고 있는 경우가 있다. 이런 경우에는 데이터 객체를 (필요시) 생성하고, 이 데이터 객체를 다른 객체에 전달하여 준다. 이 객체는 데이터가 변경되었을 때 다른 객체를 어떻게 변경시켜야 하는지를 알고 있다. 이렇게 데이터를 객체화 하여 전달하는 것은 State 패턴이나 Strategy 패턴과 유사한 모양이 된다.

데이터 처리 단계

데이터 객체 생성 단계에서 방법이 두가지가 있듯이 처리 방식도 두가지이다.

1. 데이터 처리 전담 객체의 경우에는 다른 객체들이 수시로 데이터 갱신이 이루어 졌는지를 데이터 처리 전담 객체에게 물어보는 방식이 있고, 다른 객체들이 데이터 처리 객체에 자신을 이벤트 리시버로 등록하는 경우가 있다. 후자는 Observer 패턴과 유사하다.

2. 데이터 객체가 생성되서 다른 객체로 전송되어 오면 각 객체들은 이 데이터 객체를 이용하여 변경된 데이터에 의한 동작을 수행해야 한다. 이 때 각 객체들은 데이터를 모르기 때문에 직접 자기 자신의 행위를 변경할 수는 없다. 따라서 데이터 객체에게 자신의 상태를 변경해 달라고 요청해야 한다. 따라서 이를 실행하면 아래와 같은 형식의 코드가 된다.

이러한 방식을 켄트 벡의 구현 패턴에서는 "더블 디스패치"라고 한다. 데이터를 알고 있는 쪽에서 데이터에 종속적으로 동작하는 객체를 넘겨 받아서 자기가 알고 있는 데이터를 기반으로 넘겨 받은 객체의 행위를 호출하는 것이다. 이렇게 하면 데이터를 넘겨주지 않고도 데이터가 넘어 갔을 때 일어나야 하는 행위를 호출할 수 있게 된다.

"정보"의 전달을 금지하는 원칙

기본적으로 정보 은닉(information hiding)은 단순히 캡슐화만을 의미하는 것이 아니다. 정보 은닉(information hiding)에 대한 올바른 이해에서도 이야기 했듯이 생성된 객체의 구체적인 타입을 숨기는 것이나 구현을 숨기는 것도 정보 은닉에 해당된다. 또한 아무리 캡슐화를 잘 했다고 해도 getter를 통해서 데이터를 전달하거나 매개변수로 데이터를 다른 객체에 넘겨버리면 기껏 정보 은닉을 강조한 보람이 없어진다.

정보 은닉은 데이터의 종류를 막론하고 데이터 처리를 수행하는 전담 객체가 아니면 어떠한 객체도 데이터를 전달해주지 않아야 한다는 원칙으로 해석해야 한다. 이 정보에는 외부에서 받은 데이터도 포함되지만 생성한 객체의 구체적인 타입이나 구현부와 같이 프로그래밍 요소의 정보도 포함이 된다. 그리고 이런 정보들은 생성과 동시에 은닉 됨으로써 정보에 의존하는 코드들의 생성을 막아야 한다. 이것이 Tell, don't ask 원칙과 정보 은닉 원칙이 추구하는 방향이다.

Adaptive Object Model(이하 AOM) 패턴은 간단히 이야기 하자면 동적 객체 생성 패턴이다. 그래서 Dynamic Object Model 패턴이라고도 불린다.

이 패턴은 몇 개의 다른 패턴들이 결합되어 생겨난 패턴이다. 이에 대한 자세한 설명은 넥스트리(Nextree)의 블로그에서 확인할 수 있다.(http://www.nextree.co.kr/p2469/)

그리고 이 패턴을 응용하여 다양한 시도들이 이루어지고 있는데 이에 대한 자료는 Adaptive Object Model 패턴 공식 홈페이지(http://adaptiveobjectmodel.com/)에서 확인할 수 있다.

이 패턴은 실제 제품에도 활용된 사례가 있다. Tridium 사에서 개발한 Niagara Platform이라는 빌딩용 네트워크 시스템에 탑재되는 Niagara 소프트웨어가 이 패턴을 통해 구현되어 있다.(https://www.niagara-community.com/Comm_Home)

이 패턴은 객체의 동적 선언과 동적 생성이라는 두가지 특성을 모두 지원해주는 패턴이다. 그 자체가 매우 다이나믹한 특성을 가지고 있고, 이에 따라 다양한 파생 구조들이 생겨날 수 있다. 여기에서는 가장 기본이 되는 형태인 동적 선언과 동적 생성에 대해서 초점을 맞춰 보고자 한다.

만약 어떤 어플리케이션이 매우 다양한 대상을 취급한다고 가정하자. 특히 공장이나 빌딩, 대규모 상업 단지와 같이 각종 설비들이 설치될 수 있고, 이에 대한 통합적인 관리가 필요하다고 가정하자. 이런 경우에는 특히 기존에 잘 사용하던 장비를 다른 회사의 장비로 교체할 수도 있고, 새로운 장비들을 추가할 수도 있다. 이런 경우 새로운 장치는 기존에 통합 관리 시스템이 만들어질 당시에는 존재하지 않는 것일 수도 있다.

이런 장비들을 소프트웨어로 매핑하기 위해서는 수많은 장비들을 포용할 수 있는 객체를 만들어야 한다. 즉 각 장비들은 그와 대응되는 객체가 정의 되어 있어야만 정확하게 정보를 얻고 저장할 수 있다. 하지만 이미 이야기 했다 시피 장비의 종류는 너무나도 다양하고, 매번 새로운 장비들이 개발되게 되어 있다. 이런 상황에서는 아무리 객체 설계를 잘 했다고 해도 언젠가는 그 객체로는 장비 정보를 제대로 표현할 수 없게 될 것이다.

또한 현장에서의 요구사항은 항상 바뀌게 마련이다. 현장마다 장비의 종류가 각각 다르다. 그런 현장들을 지원하기 위해 매번 소프트웨어를 다시 컴파일 할 수는 없는 노릇이다. 즉, 소프트웨어가 동작하는 동안에도 새로운 장비들의 정보를 보여줄 객체를 생성할 수 있어야 하며, 이 객체는 수 많은 장치들을 모두 커버할 수 있는 객체여야 한다.

즉 문제의 핵심은 어떻게 실시간에 새롭게 정의된 객체를 생성할 수 있느냐 하는 것이다.

실세계의 장치를 지원할 객체를 디자인 한다고 하면 우리는 다음과 같은 방식들을 사용할 수 있다.

- 우선 공통된 정보들을 모아서 상위 클래스로 선언한다.(예를 들어 모든 종류의 장치를 나타내는 Device 클래스를 선언한다.)

- 그리고 상위 클래스의 속성들을 선언한다.

- 개별 디바이스 정보를 담을 하위 클래스를 선언한다. 당연히 상위 클래스의 속성들을 상속 받아야 한다.

- 하위 클래스의 속성을 선언한다.

- 장치들은 모두 하위 장치들을 포함할 수 있다. 따라서 속성 중에는 다른 장치가 포함될 수도 있다. (일종의 부품이나 참조 객체와 같은 성격이다.)

이런 방식은 우리가 객체지향 언어들을 통해서 일반적으로 장치에 대한 클래스를 선언할 때 사용하는 모델링 방식이다. 따라서 동적으로 객체를 생성할 수 있으려면, 위에서 이야기 한 상속 개념, 참조 개념을 모두 구현할 수 있어야만 한다. AOM 패턴은 상속이나 참조 개념들을 포함한 동적 객체를 모사하여 생성해 줄 수 있는 패턴이다.

AOM 패턴의 클래스 다이어그램

AOM 패턴은 TypeSquare라는 사각형 형태의 다이어그램을 가지게 된다.

이 다이어그램에서 왼쪽은 객체화되고 시간에 따라서 가변적인 정보들을 담는 객체이다. 오른쪽 두 클래스는 타입에 관한 정보를 가지고 있게 된다. 오른쪽 클래스들이 가진 정보는 일반적으로 변경되지 않는다.

우선 Klass와 KlassType에 대해 알아보자.

이 둘의 관계는 객체지향 프로그래밍에서 말하는 객체(Klass) - 클래스(KlassType)의 관계와 같다고 생각하면 된다. 우선 KlassType은 클래스명에 해당하는 name을 가지고 있다. 그리고 클래스가 가질 수 있는 상위 클래스는 parent라는 변수를 통해 가지고 있게 된다. 당연히 parent도 KlassType 객체이다. 그리고 실제 클래스는 속성(attribute)을 선언하게 된다. 이 속성에 대한 선언이 AttributeType이고, KlassType은 이를 소유하고 있다.

Klass는 실제 객체로 생성되었을 때 가지는 정보들을 선언한 클래스이다. Klass 클래스를 기반으로 객체가 생성될 때에는 무조건 한 개의 KlassType 객체를 인자로 받아야 한다. 일단 생성 이후에는 객체의 타입이 바뀌길 원하지는 않기 때문이다. 이는 마치 클래스를 기반으로 객체를 생성하는 과정과 같다. Klass 객체는 KlassType에 선언된 AttributeType을 기반으로 Attribute 객체를 생성한다.

Attribute와 AttributeType 간의 관계는 클래스의 속성 선언과 객체가 가진 속성의 관계와 같다. AttributeType이란 우리가 속성을 선언할 때 int data; 와 같이 선언하는 것처럼 우선 속성의 타입을 나타내는 typeClass 변수를 가져야 한다. 이 다이어그램에서는 이 typeClass를 Java의 클래스 객체로 선언하여 가지고 있다. 다음으로 속성의 이름에 해당하는 name 을 가지고 있어야 한다. description은 이 속성에 대한 설명을 담는 변수이다.

Attribute는 AttributeType을 기반으로 생성되는 객체이다. 실제 객체에서 데이터를 담을 수 있는 공간으로 이해할 수 있다. 따라서 자신의 타입 정보인 AttributeType 객체를 하나 가지고 있어야 하고, 데이터를 담을 value 객체를 가지고 있어야 한다. 이 Attribute는 범용적으로 쓰일 수 있어야 하기 때문에 value는 Object 타입이다.

이제 AOM 패턴의 구현을 살펴보자.

KlassType 클래스

KlassType은 객체지향 언어에서 클래스를 선언하는 것과 대응되는 클래스이다. 클래스는 클래스 이름과 상속받은 부모 클래스 명, 내부에 선언된 속성들로 구성된다.(행위는 AOM 패턴과 연관된 다른 패턴들에 의해 구현된다. 이 예제에서는 일단 배제되어 있다.)

- parent : 부모 클래스

- name : 클래스명

- attributeTypes : 선언된 속성들

맨처음 KlassType이 객체로 선언되었을 때에는 아무런 속성타입(AttributeType)을 가지고 있지 않으므로 이를 추가해 줄 수 있도록 addAttributeType()이라는 메소드를 제공해야 한다. 또한 생성자에서 부모 클래스를 나타내는 객체를 받았다면 부모가 선언한 AttributeType들도 상속 받아야 한다. 따라서 addPrentAttributeTypes() 메소드를 생성자에서 호출하게 된다.

Klass 클래스

Klass 클래스는 생성 이후에 객체 역할을 수행하는 클래스이다. 객체는 객체로서의 이름과 아이덴티티, 그리고 타입에 대한 정보 및 속성 값들을 가지고 있어야 한다.

- type : 객체의 타입 정보(AttributeType)

- name : 객체의 이름(변수명이라고 이해하면 된다.)

- id : 객체와 객체를 유일하게 구분해주는 구분자 역할. 구현에서는 UUID를 문자열화 해서 사용한다.

- attributes : 속성들을 저장한 Map. 속성명(변수명)을 키로 하여 Attribute를 저장하는 Map이다.

각 Klass 객체는 별도의 속성을 가지고 있어야 한다. 따라서 Klass 객체가 생성되면 우선 KlassType을 인자로 받은 다음, 이 KlassType에 선언되어 있는 속성 타입 정보(attributeTypes)를 얻어온다. 그리고 그 정보를 기반으로 초기화 되지 않은 Attribute 객체를 만들고 이를 attributes 맵에 저장한다.

객체는 외부에서 자신에 접근하는 연산들을 제공해 주어야 한다. 따라서 저장된 속성값을 제공해주는 get() 메소드와 속상 값을 설정할 수 있게 해주는 set() 메소드를 제공해준다.

추후에 테스트를 통해서 의도한 대로 Klass 객체가 잘 만들어졌는지 확인하기 위해서 toIndentString() 메소드도 구현해 주었다. 이 메소드는 마치 우리가 클래스를 코딩했을 때와 유사하게 내부 속성들과 클래스명, 그리고 상속 받은 클래스의 정보들을 표시하도록 되어 있다.

AttributeType 클래스

AttributeType 클래스는 속성의 선언에 해당하는 클래스이다.

- typeClass : 속성의 타입을 나타낸다. 이 구현에서는 클래스 객체를 이용하고 있다.

- name : 속성의 명칭을 나타내는 정보이다.

- description : 이 속성에 대한 설명을 넣는 변수이다.

이 클래스는 생성자를 통해서 위의 정보들을 받아 저장한다. 이 정보들은 이 후 Attribute 객체를 생성하기 위한 정보로 활용된다.

Attribute 클래스

Attribute 클래스는 실제 객체에서의 속성을 나타낸다. 따라서 Attribute는 자신이 저장할 속성 값에 대한 타입 정보를 가지고 있어야 하고, 속성 값을 함께 가지고 있어야 한다.

- type : AttributeType

- value : 속성 값을 저장하는 변수

이 속성은 외부에서 조회가 가능하고, 값이 변경되면 저장이 가능해야 한다. 따라서 getValue() 메소드와 setValue() 메소드를 통해 이런 연산들을 지원하고 있다.

이제 이 클래스들을 통해서 새로운 클래스를 선언하고 객체를 생성하는 과정을 살펴보도록 하자.

실행 함수

이 테스트 코드들이 의도하는 바는 다음과 같다.

우선 Site 클래스를 선언한다. Site 클래스는 각종 위치를 나타내기 위한 상위 클래스 역할이 된다.

House는 Site 클래스를 상속 받아 구현되는 클래스이다.

myHouse는 House의 객체(인스턴스)이다.

Car 클래스는 자동차를 나타내는 클래스이다.

myCar는 Car 클래스의 객체(인스턴스)이다.

myCar는 myHouse 내부에 선언된 속성으로 들어가게 된다. 즉 참조 객체가 된다.

설명이 좀 많긴 하지만 실행해보면 쉽게 알 수 있다. 출력은 다음과 같다.

출력

출력된 내용은 마치 소스코드와도 같다. 사실 AOM 패턴이 해결하고자 하는 문제가 딱 이런 것이다. 우리는 마치 새로운 클래스를 선언하고 이를 생성해 낸 것과 같은 효과를 얻었다. 이 과정에서 상속이나 참조 객체와 같이 객체지향 언어로 모델링을 할 경우 필요한 특성들까지도 역시 동일하게 확보할 수 있게 되었다.

이러한 특성은 또한 데이터베이스 설계에도 매우 도움이 된다. 실행 함수에서 선언한 정보들을 각각 테이블로 만들어주면 Klass / KlassType / Attribute / AttributeType과 매핑되는 4개의 테이블 만으로도 원하는 기능들을 모두 구현할 수 있다.

Actor Model 패턴에 대한 설명은 몇몇 블로그에 나와 있으나, Java를 통해 구현한 예제는 찾기 어려워서 한번 작성해 보았다.

Actor Model 패턴에 대한 일반적인 설명은 다음과 같다.

- Actor Model 패턴에서 Actor 개념과 객체지향 언어에서의 객체 개념은 상당히 유사하다. 단지 다른 점이 있다면 객체지향에서의 메소드 호출은 메소드가 모두 실행될 때까지 기다려야 하는 동기식이다. 반면 Actor Model 패턴에서의 다른 Actor에 대한 메시지 전송은 기본적으로 비동기식이다.

- 이 비동기식 메시지 전송을 지원하기 위해서는 Actor들이 모두 Active 객체, 즉 쓰레드 기반으로 동작하는 객체여야 하고, 메시지의 전송/수신에 대한 동기화 관리가 이루어 져야 한다.

- 동기화 부분은 Actor 내부에 있는 Mailbox라는 객체를 통해서 해결되기 때문에 Actor들을 구현하는데 있어서는 동기화에 대한 고려를 전혀 하지 않아도 된다.

- akka 프레임워크가 대표적이며, Go 언어에도 시범적으로 구현된 바가 있다.

Actor Model의 단점

- 모든 Actor가 개별적으로 쓰레드를 기반으로 동작하므로 동작이 느리다.(Actor 내부에 쓰레드를 넣지 않고 구현할 수도 있겠으나 일단 이는 논의 밖이다.)

- Actor 간 주고 받는 메시지의 종류에 따라 메시지의 종류도 늘어나게 된다. 단순히 API만을 만들면 되는 것에 비하면 조금은 번거롭고, 메시지들에 대한 하위 타입 컨버팅이 필요하다.

Actor Model 패턴 클래스 다이어그램

전체적인 흐름을 설명하자면 다음과 같다.

일단 메시지를 주고 받는 주체인 IActor가 있다. IActor는 인터페이스이고, Actor 클래스는 이를 구현한 추상 클래스이다. 이 클래스 내부에서 대부분의 메시지 전달 및 수신에 필요한 동작을 수행한다. 그리고 각 개별 Actor들이 다른 동작을 할 수 있도록 processMail() 메소드와 doWork() 메소드를 추상 메소드로 제공한다.(Template Method 패턴)

Actor들이 서로간에 메시지를 전송하기 위해서는 두가지 요소가 필요하다. 우선 메시지를 받아 저장하고, Actor가 메시지를 처리할 때 저장하고 있던 메시지를 보내 주는 역할을 하는 Mailbox가 필요하다. 특히 Mailbox는 모든 동시성 문제를 처리하는 역할을 한다. 그리고 메시지를 담아 전달될 Mail 객체가 필요하다. Mail 객체 내에 실제 전달할 내용(content)이 들어가게 된다.

소스가 좀 길기 때문에 부분으로 나누어 설명하도록 하겠다.

IActor - Actor - TempControlActor/ThermostatActor/DatabaseActor