Ch3. Decorator Pattern

데코레이터 패턴

초대형 커피 전문점, 스타벅스

스타벅스는 커피 주문 시 다양한 커스텀 옵션을 제공하는 것으로 유명합니다. 고객은 원하는 커피 베이스에 우유, 시럽, 휘핑크림 등을 추가하여 자신만의 특별한 음료를 만들 수 있습니다. 이처럼 기본 음료에 다양한 옵션을 자유롭게 추가하는 방식은 소프트웨어 디자인 패턴 중 '데코레이터 패턴'과 유사합니다. 데코레이터 패턴은 기본 객체에 새로운 기능을 동적으로 추가할 수 있도록 설계된 구조로, 객체의 유연한 확장을 가능하게 합니다.

OCP 살펴보기

데코레이터 패턴을 이해하기 위해서는 객체지향 설계의 원칙 중 하나인 'OCP(개방-폐쇄 원칙)'를 살펴볼 필요가 있습니다. OCP는 소프트웨어 구성 요소가 확장에는 열려 있어야 하지만, 변경에는 닫혀 있어야 한다는 원칙입니다. 즉, 새로운 기능을 추가할 때 기존 코드에 수정을 최소화해야 한다는 것입니다. 데코레이터 패턴은 이 OCP 원칙을 잘 준수할 수 있도록 도와줍니다. 예를 들어, 커피 주문 시스템에서 새로운 옵션을 추가할 때, 데코레이터 패턴을 사용하면 기존의 커피 클래스는 그대로 두고, 새로운 데코레이터 클래스를 추가함으로써 기능을 확장할 수 있습니다.

데코레이터 패턴 살펴보기

데코레이터 패턴은 기존 객체의 인터페이스를 그대로 유지하면서, 객체에 새로운 기능을 추가하는 디자인 패턴입니다. 이 패턴은 상속 대신 조합을 사용하여 기능을 확장합니다. 상속을 사용하면 클래스의 개수가 기하급수적으로 늘어나고, 코드의 복잡성이 증가할 수 있습니다. 하지만 데코레이터 패턴을 사용하면 필요한 기능만 조합하여 사용할 수 있어, 코드의 유연성과 재사용성이 크게 향상됩니다.

주문 시스템에 데코레이터 패턴 적용하기

커피 전문점의 주문 시스템을 예로 들어 데코레이터 패턴을 어떻게 적용할 수 있는지 알아보겠습니다. 우선, 기본 커피 클래스를 정의하고, 이 클래스에 데코레이터를 사용해 다양한 옵션(예: 우유, 모카, 휘핑크림 등)을 추가할 수 있도록 설계할 수 있습니다. 이렇게 하면 각 옵션이 독립된 클래스로 구현되므로, 새로운 옵션을 추가할 때 기존 클래스를 수정할 필요가 없습니다. 각 데코레이터는 기본 커피 클래스와 동일한 인터페이스를 구현하여, 기본 객체를 감싸면서도 새로운 기능을 추가할 수 있습니다.

abstract class Beverage class Espresso extends Beverage abstract class CondimentDecorator extends Beverage

abstract class Beverage {
    String description = "Unknown Beverage";

    public String getDescription() {
        return description;
    }

    public abstract double cost();
}

class Espresso extends Beverage {
    public Espresso() {
        description = "Espresso";
    }

    public double cost() {
        return 1.99;
    }
}

abstract class CondimentDecorator extends Beverage {
    public abstract String getDescription();
}

class Mocha extends CondimentDecorator {
    Beverage beverage;

    public Mocha(Beverage beverage) {
        this.beverage = beverage;
    }

    public String getDescription() {
        return beverage.getDescription() + ", Mocha";
    }

    public double cost() {
        return 0.20 + beverage.cost();
    }
}

이 예시에서는 Espresso 클래스가 기본 커피 객체로, Mocha 클래스가 데코레이터로 사용되었습니다. Mocha 클래스는 CondimentDecorator를 상속받아, Espresso 객체에 모카를 추가하는 역할을 합니다.

데코레이터 패턴의 정의

데코레이터 패턴은 런타임에 객체의 행동을 동적으로 확장할 수 있도록 하는 구조적 패턴입니다. 상속을 통해 기능을 확장하는 대신, 데코레이터 패턴은 객체를 감싸서 추가적인 기능을 부여합니다. 이 패턴은 기존 객체의 코드 변경 없이도 기능을 확장할 수 있어, 코드의 유연성과 확장성을 크게 향상시킵니다.

데코레이터 패턴의 실습 및 코드 구현

Beverage 클래스 장식하기

앞서 설명한 기본 커피 클래스와 데코레이터 패턴을 실제 코드로 구현해 보겠습니다. Beverage 클래스를 다양한 옵션으로 장식하며 데코레이터 패턴의 유용성을 확인해 보겠습니다. Beverage 클래스는 음료의 기본적인 기능과 속성을 정의하고, 각 음료 옵션은 별도의 데코레이터 클래스로 구현됩니다.

기본 Beverage 클래스와 Espresso 음료를 예제로 들자면, Beverage는 모든 음료의 공통 속성과 메서드를 정의하고, Espresso는 이를 상속받아 구체적인 음료를 나타냅니다. 데코레이터 클래스는 Beverage를 상속받아 특정 옵션을 추가하는 역할을 합니다.

class HouseBlend extends Beverage

class HouseBlend extends Beverage {
    public HouseBlend() {
        description = "House Blend Coffee";
    }

    public double cost() {
        return 0.89;
    }
}

class Soy extends CondimentDecorator {
    Beverage beverage;

    public Soy(Beverage beverage) {
        this.beverage = beverage;
    }

    public String getDescription() {
        return beverage.getDescription() + ", Soy";
    }

    public double cost() {
        return 0.15 + beverage.cost();
    }
}

class Whip extends CondimentDecorator {
    Beverage beverage;

    public Whip(Beverage beverage) {
        this.beverage = beverage;
    }

    public String getDescription() {
        return beverage.getDescription() + ", Whip";
    }

    public double cost() {
        return 0.10 + beverage.cost();
    }
}

위 코드에서 HouseBlend는 또 다른 기본 음료 클래스로, 소이와 휘핑크림을 각각 추가할 수 있는 Soy, Whip 데코레이터 클래스와 결합하여 음료를 구성할 수 있습니다.

데코레이터 패턴 적용 연습

데코레이터 패턴을 통해 새로운 음료 옵션을 추가할 때는, 기존의 클래스를 수정하지 않고도 기능을 확장할 수 있습니다. 예를 들어, 새로운 시럽 옵션을 추가한다고 가정해 보겠습니다. 다음과 같이 Syrup 데코레이터 클래스를 추가하기만 하면 됩니다.

class Syrup extends CondimentDecorator

class Syrup extends CondimentDecorator {
    Beverage beverage;

    public Syrup(Beverage beverage) {
        this.beverage = beverage;
    }

    public String getDescription() {
        return beverage.getDescription() + ", Syrup";
    }

    public double cost() {
        return 0.25 + beverage.cost();
    }
}

이처럼 새로운 옵션을 추가할 때는, 간단히 새로운 데코레이터 클래스를 정의하여 기존 Beverage 객체에 추가하면 됩니다.

커피 주문 시스템 코드 만들기

이제 앞에서 정의한 Beverage 클래스와 데코레이터 클래스를 활용해, 실제 커피 주문 시스템을 구현해 보겠습니다. 주문 시스템은 다양한 음료와 옵션을 조합하여 최종 음료의 가격과 설명을 출력할 수 있어야 합니다.

class CoffeeShop

public class CoffeeShop {
    public static void main(String args[]) {
        Beverage beverage = new Espresso();
        System.out.println(beverage.getDescription() + " $" + beverage.cost());

        Beverage beverage2 = new HouseBlend();
        beverage2 = new Soy(beverage2);
        beverage2 = new Whip(beverage2);
        System.out.println(beverage2.getDescription() + " $" + beverage2.cost());
    }
}

위 코드에서 CoffeeShop 클래스의 main 메서드를 통해 실제 음료를 주문하고, 선택한 옵션들을 추가하여 최종 가격을 계산할 수 있습니다. 예를 들어, HouseBlend에 소이와 휘핑크림을 추가한 음료의 가격과 설명이 출력됩니다.

데코레이터 패턴 적용 사례: 자바 I/O 시스템

데코레이터가 적용된 예: 자바 I/O

자바의 I/O(Input/Output) 시스템은 데코레이터 패턴의 대표적인 사례입니다. 자바의 java.io 패키지는 다양한 스트림 클래스를 제공하며, 이들 스트림은 데코레이터 패턴을 사용하여 기능을 확장합니다. 예를 들어, FileInputStream은 기본적인 파일 읽기 기능을 제공하며, 이를 데코레이터로 감싸면 추가적인 기능(예: 버퍼링, 데이터 필터링 등)을 추가할 수 있습니다.

FileInputStream fileInput = new FileInputStream("test.txt");
BufferedInputStream bufferedInput = new BufferedInputStream(fileInput);

위 코드에서 BufferedInputStream은 FileInputStream을 감싸서 버퍼링 기능을 추가합니다. 이는 데코레이터 패턴의 전형적인 사용 예입니다. 스트림에 새로운 기능을 추가할 때, 기존 클래스들을 수정할 필요 없이 새로운 데코레이터 클래스를 사용하여 쉽게 기능을 확장할 수 있습니다.

java.io 클래스와 데코레이터 패턴

자바의 java.io 패키지에 포함된 클래스들은 데코레이터 패턴을 완벽히 구현하고 있습니다. 이 패턴을 통해 파일 읽기, 쓰기 등의 기본적인 기능에 다양한 부가 기능을 동적으로 추가할 수 있습니다. 예를 들어, DataInputStream을 사용하면 기본 입력 스트림에 데이터 변환 기능을 추가할 수 있습니다.

DataInputStream

DataInputStream dataInput = new DataInputStream(
    new BufferedInputStream(
        new FileInputStream("data.bin")
    )
);

이 코드에서는 파일을 읽을 때, 버퍼링 기능을 추가한 후, DataInputStream을 통해 기본 데이터를 자바 기본형으로 변환할 수 있습니다. 이처럼 데코레이터 패턴은 기능을 필요한 만큼 쌓아 올리는 방식을 가능하게 합니다.

자바 I/O 데코레이터 만들기

기존의 자바 I/O 클래스들을 활용해 데코레이터를 만들어 보겠습니다. 예를 들어, 로그를 남기는 기능을 추가하고 싶다면, 이를 위해 FilterInputStream을 상속받아 새로운 데코레이터 클래스를 작성할 수 있습니다.

class LoggingInputStream extends FilterInputStream

class LoggingInputStream extends FilterInputStream {
    public LoggingInputStream(InputStream in) {
        super(in);
    }

    @Override
    public int read() throws IOException {
        int data = super.read();
        System.out.println("Read data: " + data);
        return data;
    }
}

LoggingInputStream 클래스는 FilterInputStream을 상속받아, 데이터가 읽힐 때마다 로그를 출력하는 기능을 추가했습니다. 이렇게 새로운 기능을 추가하려면, 기본 스트림 클래스에 직접적으로 수정할 필요 없이, 데코레이터 패턴을 활용해 기능을 확장하면 됩니다.

새로 만든 자바 I/O 데코레이터 테스트

앞서 만든 LoggingInputStream 데코레이터를 실제 코드에 적용하여 테스트해 보겠습니다.

class TestLoggingInputStream

public class TestLoggingInputStream {
    public static void main(String[] args) throws IOException {
        InputStream input = new LoggingInputStream(new BufferedInputStream(new FileInputStream("test.txt")));
        while (input.read() != -1) {
            // 데이터를 읽으면서 로그가 출력됨
        }
        input.close();
    }
}

위 코드에서 파일을 읽는 동안 각 바이트가 콘솔에 로그로 출력됩니다. LoggingInputStream 데코레이터를 추가한 덕분에 파일 읽기 기능에 로그 출력 기능이 자연스럽게 통합되었습니다.