SOLID 5가지 설계 원칙

2021.01.17 - [Engineering WIKI/Docs] - 객체지향 (SO)

2021.01.17 - [Engineering WIKI/Docs] - 객체지향 (LID)

 

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객체지향 설계 개념

• 클래스(class): 공통되는 것들을 묶어서 대표적인 이름을 붙인 것(추상화 결과)
• 인스턴스(instance): 클래스가 메모리 공간에 할당된 실체
• 객체(object): 명확한 의미를 담고 있는 대상(설계자 관점), 클래스에서 생성된 변수(개발자 관점), 유일한 식별자, 상태 존재, 연산가능한 메서드

클래스 class 객체 object

핸드폰 설계도	핸드폰
자동차 설계도	자동차
붕어빵 틀	붕어빵

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SOLID

• 객체 지향 프로그래밍(OOP: Object Oriented Programming) 대표적 원칙

 

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단일 책임 원칙(SRP: Single Responsibility Principle)

• 하나의 클래스는 하나의 책임만 가져야 함
• 클래스가 제공하는 모든 서비스(methods)는 그 책임을 수행하는데 집중함
• 환경이 바뀌어서 클래스를 변경해야 하는 이유는 오직 하나 뿐이어야 함
  • 환경 변화로 하나의 클래스가 여러 책임을 갖는 경우 → 클래스 분할
• 비교적 단순한 원칙
• 복잡한 프로세스 구현하거나 경험이 부족할 경우 지키기 어려움
• 대부분의 SW 위협 원인이 SRP 미준수에서 비롯되는 경우 많음
• 책임이란 기준이 모호하기 때문에 변경을 책임의 기준으로 삼으면 설계에 용이할 수 있음
• 어떠한 역할에 대해 변경사항이 발생했을때, 영향을 받는 기능만 모아둔 클래스라면 동일한 책임을 지닌 기능이 모인 집합으로써 SRP 원칙이 적용된 설계로 볼 수 있다
• 이처럼 변경사항이 있을때, 애플리케이션의 파급 효과가 적으면 SRP 원칙을 잘 따는 것이라고 볼 수 있다
  • 예) UI 변경, 객체의 생성과 사용을 분리

SRP 장점

• 클래스 책임 영역 확실 → 하나의 책임 변경에 따른 연쇄 변경에서 자유로움
• 응집도(cohesion) 강화, 결합도(coupling) 약화, 가독성 향상, 유지보수 용이

SRP 준수 전략

• 중복된 책임은 추상 클래스로 표현
• 기존의 클래스로 해결할 수 없다면 새로운 클래스 구현

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개방 폐쇄의 원칙(OCP: Open Closed Principle)

• 확장(상속)에는 열려 있어야 하고 변경에는 닫혀 있어야 함
• 변경을 위한 비용(삽질..) 최소화, 확장을 위한 비용 극대화(쉽게)
  • 요구사항의 변경이 발생하더라도 기존 요소의 수정을 발행하지 않아야 함
  • 기존 요소를 쉽게 재활용해서 쉽게 확장할 수 있어야 함
• 추상화/다형성 핵심
• 객체지향 설계의 핵심 메커니즘
• 변화로부터 시작된 삽질
  • 변화를 막을 수 있는 사람 없음
  • 그러나 개발자를 괴롭힐 변화를 그대로 수용하기보다 적절히 대응할 전략 필요함
• 접근 방법
  • 변하지 않는 것과 변하게 될 것을 모듈로 구분
  • 이 모듈이 만나는 지점에 인터페이스 정의
  • 인터페이스에서 정의한 대로 구현(코딩)
• 문제점
  
  • MemberService 클라이언트가 구현 클래스를 직접 선택
    
    • MemberRepository memberRepository = new MemoryMemberRepository(); // 기존 코드
    • MemberRepository memberRepository = new JdbcMemberRepository(); // 신규 코드
    • 구현 객체를 변경하려면 클라이언트 코드를 직접 변경해야 한다.
    • 분명 다형성을 사용했지만 OCP 원칙을 지킬 수 없었다.
  • 해결방안
    • 객체를 생성하고, 연관관계를 맺어주는 별도의 조립, 설정자가 필요하다.
  • 코드 예시

public class MemberService() {
	private MemberRepository memberRepository = new MemoryMemberRepository();

}

 

public class MemberService() {
//	private MemberRepository memberRepository = new MemoryMemberRepository();
private MemberRepository memberRepository = new JdbcMemberRepository();

}

 

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리스코프 교환(치환)의 원칙(LSP: Liskov Substitution Principle)

• 기반 클래스는 파생 클래스로 대체할 수 있어야 함
  • 프로그램의 객체는 프로그램의 정확성을 깨뜨리지 않으면서 하위 타입의 인스턴스로 바꿀 수 있어야 한다.
  • 다형성에서 하위 클래스는 인터페이스 규약을 다 지켜야 한다는 것. 다형성을 지원하기 위한 원칙, 인터페이스를 구현한 구현체는 믿고 사용하려면, 이 원칙이 필요하다.
  • 단순한 컴파일에 성공하는 것을 넘어서는 이야기
  • ex) 자동차 인터페이스의 엑셀은 앞으로 가라는 기능, 뒤로 가게 구현하면 LSP 위반, 느리더라도 앞으로 가야 함.
• 서브 타입(자식)은 언제나 기반 타입(부모)으로 교체 가능해야함
• 서브 타입은 언제나 기반 타입과 호환될 수 있어야 함
• 자동차 클래스 구현
  • 상속받아 다양한 종류의 자동차 구현
  • 헬리콥터를 구현했다면 -> IS-A 관계 성립 안됨
• 부모 클래스 인스턴스 자리에 자식 클래스의 인스턴스가 들어가도 작동해야됨
  • 자식이 부모 자리에서 작동하려면 부모와 동일하게 행동해야함 → 자식은 부모의 행동 규약 준수해야함
  • 부모 클래스의 속성과 메서드를 그대로 물려받으면 아무 문제 없음
• 문제가 발생하는 경우 -> 대부분은 오버라이딩(overriding) 과정에서 발생
  • 오버라이딩 과정에서 변수타입 변경, 메서드의 파라미터나 리턴값 변경
  • 부모의 의도와 다르게 메서드를 변경하는 오버라이딩

LSP이론

 

문제 발생할 경우 해결방법

• 추상클래스, 인터페이스 활용
• 두 객체가 하는 일에 무언가를 추가해야 한다면 상속 활용

하는 일 같은 경우 하나의 클래스로 구성하고 구분 필드 추가

하는 일 다른 경우

별개의 클래스로 구성

결론

결국 리스코프 치환 원칙이란, 다형성의 특징을 이용하기 위해 상위 클래스 타입으로 객체를 선언하여 하위 클래스의 인스턴스를 받으면, 업캐스팅된 상태에서 부모의 메서드를 사용해도 동작이 의도대로만 흘러가도록 구성하면 되는 것이다.

그리고 LSP 원칙의 핵심은 상속(Inheritance)이다.

그런데 주의할 점은, 객체 지향 프로그래밍에서 상속은 기반 클래스와 서브 클래스 사이에 IS-A 관계가 있을 경우로만 제한 되어야 한다.

그 외의 경우에는 합성(composition)Visit Website을 이용하도록 권고되어 있다.

따라서 다형성을 이용하고 싶다면 extends 대신 인터페이스로 implements하여 인터페이스 타입으로 사용하기를 권하며, 상위 클래스의 기능을 이용하거나 재사용을 하고 싶다면 상속(inheritnace) 보단 합성(composition)으로 구성하기를 권장한다.

 

참고

Inheritance vs. composition

코드 재사용에는 두 가지 방법이 있는데 하나는 inheritance이고 하나는 composition이다.

class Circle {
		int x;
    int y;
    int r;
}

class Point {
    int x;
    int y;
}

Inheritance

예를 들어 위와 같이 Point 클래스가 있고 Point 클래스의 멤버 변수를 모두 포함하는 Circle 클래스가 있을 때 Point 클래스를 상속한다면 아래와 같이 표현할 수 있다.

class Circle extends Point {
    int r;
}

Composition

Composition은 클래스 간에 포함(composite) 관계를 맺어주는 것,

즉, 한 클래스의 멤버변수로 다른 클래스 타입의 참조 변수를 선언하는 것을 의미한다.

class Circle {
    Point c = new Point();
    int r;
}

위와 같이 Point 클래스를 Circle 클래스의 멤버 변수로 선언함으로써 포함 관계를 맺을 수 있다.

그렇다면 상속 관계를 맺을지, 포함 관계를 맺을지는 어떻게 결정하면 좋을까?

Circle is a Point.

Circle has a Point

위의 예제에서는 원이 점이라기 보다는 원이 점을 가지고 있는 것이기 때문에 포함 관계를 맺어주는 것이 더 적합하다. 다시 말해 Inheritance는 object 사이에 is-a relationship을 갖고 있을 때 사용되며, compostion은 has-a relationship을 갖고 있을 때 사용된다.

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인터페이스 분리의 원칙(ISP: Interface Segregation Principle)

• 하나의 일반적인 인터페이스보다는 구체적인 여러 개의 인터페이스가 낫다.
  • 자동차 인터페이스 : 운전 인터페이스, 정비 인터페이스로 분리
  • 사용자 클라이언트 : 운전자 클라이언트, 정비사 클라이언트로 분리
  • 분리하면 정비 인터페이스가 변경되어도, 운전자 클라이언트에 영향을 끼치지 않음.
• 클래스는 자신이 사용하지 않는 인터페이스는 구현하지 말아야 함
• 어떤 클래스가 다른 클래스에 종속될 경우, 최소한의 인터페이스만 사용
• 인터페이스를 다수의 작은 단위로 구분, 사용자는 자신이 필요한 인터페이스만 사용하도록 구현

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의존 관계 역전의 원칙(DIP: Dependency Inversion Principle)

• 클라이언트는 구체 클래스가 아닌 추상 클래스(인터페이스)에 의존해야 함
  • 프로그래머는 “추상화에 의존해야지 구현체에 의존하면 안된다”. 의존성 주입은 이 원칙을 따르는 방법 중 하나
  • 앞에서 이야기 한 역할(Role)에 의존하게 해야 한다는 것과 같다. 객체 세상도 클라이언트가 인터페이스에 의존해야 유연하게 구현체를 변경 할 수 있다. 구현체에 의존하게 되면 변경이 아주 어려워 진다.
  • OCP에서 설명한 MemberService는 인터페이스에 의존하지만, 구현 클래스도 동시에 의존한다.
    • MemberService 클라이언트가 구현 클래스를 직접 선택.
    • MemberRepository m = new MemoryMemberRepository();
      • DIP 위반
• 상위 모듈은 하위 모듈에 의존해서는 안됨(상위/하위 모듈 모두 추상화에 의존해야함)
• 클래스 사이에서 의존관계를 맺을 때, 쉽게 변하는 것보다 변화가 없는 것(변하기 어려운 것)에 의존하라는 의미