December 14th, 2021

오늘보다 발전된 내일의 나를 위해…

Design Pattern-Factory Method

이번에는 면접 때 나올 수 있는 디자인 패턴에 관한 포스트를 해볼까 한다. 모든 디자인 패턴을 다 다루진 않는다. 디자인 패턴 중에 자주 쓰이거나 질문으로 나올 법한 것을 추려봤다. 해당 내용은 내가 좋아하는 유투버 Pope님의 개체지향 강의에서 나온 부분을 기록해 보려한다.

Factory Method

사용할 클래스를 정확히 몰라도 개체 생성을 가능하게 해주는 패턴
정확히 어떤 클래스를 사용해서 개체를 생성해야 되는지 몰라도 됨
부모 클래스에 알려지지 않은 구체 클래스를 생성하는 패턴
개체의 생성 코드를 별도의 클래스/메서드로 분리함으로써 개체 생성의 변화에 대비하는 데 유용

팩토리 메서드는 객체를 생성하는 인터페이스는 미리 정의하되, 인스턴스를 만들 클래스의 결정은 서브 클래스 쪽에서 내리는 패턴이다.

다시 말해 여러 개의 서브 클래스를 가진 슈퍼 클래스가 있을 때 인풋에 따라 하나의 자식 클래스의 인스턴스를 리턴해 주는 방식이다.

팩토피 메서드에서는 클래스의 인스턴스를 만드는 시점을 서브 클래스로 미룬다

활용성

어떤 클래스가 자신이 생성해야 하는 객체의 클래스를 예측할 수 없을 때
생성할 객체를 기술하는 책임을 자신의 서브 클래스가 지정했으면 할 때

코드를 보며 이해해보자 아래 코드는 버거 자동 주문 기계이다. 거기서 음료 주문을 할 때 컵 크기를 고른다. 고객은 스몰, 미디엄, 라지를 선택할 뿐 실제 컵 용량(ml)을 모른다

Cup Class

public final class Cup{
  private int sizeMl;
  private Cup(int sizeMl){
    this.sizeMl=sizeMl;
  }
  public static Cup createOrNull(CupSize size){
    switch(size){
      case SMALL:
        return new Cup(355);
      case MEDIUM:
        return new Cup(473);
      case LARGE:
        return new Cup(651);
      default:
        assert (false) : "Unhandled CupSize:" + size;
        return null;
    }
  }
}

CupSize Enum

public enum CupSize{
  SMALL,
  MEDIUM,
  LARGE
}

Cup 클래스의 생성자는 private이다. 즉 Cup 클래스의 개체를 직접 생성할 수 없다. createOrNull() 정적 메서드에서 switch 문을 통해 Cup 개체를 생성해주는 것을 볼 수 있다.

생성자 대신 정적 메서드를 사용하는 것의 장점

null을 반환 가능
생성자는 생성이 불가능한 경우 예외를 던질 수밖에 없음
- 반환형이 없기 때문

아직 팩토리 메서드가 완성된 것은 아니다. 여기서 만약 모든 나라에서 사용할 수 있는 기계를 만든다면 어떻게 해야 할까? 즉 나라마다 small, medium, large의 크기가 다르다. 같은 large여도 나라마다 다르기 때문에 이를 구현하고 싶은 것이다. 두가지 방법으로 이를 해결할 수 있다.

createOrNull()의 매개변수에 나라도 넣어준다.
createOrNull()을 다형적으로 만든다.

여기서 2번 방법으로 해본다. 그러나 static 메서드를 다형적으로 만들 수 없다 그래서 자식 클래스를 만들어야 한다. 구조는 아래 사진과 같이 된다.

위 사진을 보면 Cup 클래스의 생성자가 private에서 패키지 접근제어자로 바뀌었다. 즉 같은 패키지에 있는 누군가가 new를 해준다는 것이다. 즉 KoreanMenu와 AmericanMenu 클래스만 Cup 개체를 생성하게끔 해준다.(같은 패키지에 있으므로) 다시 Cup 클래스를 구성해보자.

Cup Class

public final class Cup{
  private int sizeMl;

  Cup(int sizeMl){
    this.sizeMl=sizeMl;
  }

  public int getSize(){
    return this.sizeMl;
  }
}

위에서 createCupOrNull() 메서드가 빠진다.

Menu Class

public abstract class Menu{
  //다른 메서드는 생략
  public abstract Cup createCupOrNull(CupSize size);
}

위의 Menu Class를 인터페이스 대신 추상 클래스로 만든 것은 Menu라는 특성상 멤버 데이터가 들어갈 가능성이 많아서이다.

이제 createCupOrNull() 메서드는 가상 생성자가 된 꼴! 다른 나라를 지원하려면 자식 클래스를 추가하면 된다.

AmericanMenu Class

public final class AmericanMenu extends Menu{
  @Override
  public Cup createCupOrNull(CupSize size){
    switch(size){
      case SMALL:
        return new Cup(473);
      case MEDIUM:
        return new Cup(621);
      case LARGE:
        return new Cup(887);
      default:
        assert (false) : "Unhandled CupSize:"+size;
        return null;
    }
  }
}

KoreanMenu Class

public final class KoreanMenu extends Menu{
  @Override
  public Cup createCupOrNull(CupSize size){
    switch(size){
      case SMALL:
        return new Cup(355);
      case MEDIUM:
        return new Cup(473);
      case LARGE:
        return new Cup(651);
      default:
        assert (false) : "Unhandled CupSize:"+size;
        return null;
    }
  }
}

이제 컵을 생성해보자!

Main Class

Menu menu=new KoreanMenu();
Cup cup=menu.createCupOrNull(CupSize.LARGE);

System.out.println(cup.getSize());

651이 찍힌다.

Menu menu=new AmericanMenu();
Cup cup=menu.createCupOrNull(CupSize.LARGE);

System.out.println(cup.getSize());

887이 찍힌다.

반환하는 Cup도 추상적으로 만들 수 있다. 예를 들어 각 나라의 법규에 따라 사용하는 컵 종류가 다르다고 해보자 어떤 나라는 1회용 종이컵을 사용하고 어떤 나라는 반드시 유리컵을 사용해본다고 해보자. 그러면 Cup 클래스를 아래와 같이 수정할 수 있다.

Cup Class

public abstract class Cup{
  private int sizeMl;

  protected Cup(int sizeMl){
    this.sizeMl=sizeMl;
  }

  public int getSize(){
    return this.sizeMl;
  }
}

GlassCup Class

public final class GlassCup extends Cup{
  GlassCup(int sizeMl){
    super(sizeMl);
  }
}

PaperCup Class

public final class PaperCup extends Cup{
  private Lid lid;
  PaperCup(int sizeMl, Lid lid){
    super(sizeMl);
    this.lid=lid;
  }
}

AmericanMenu Class

public final class AmericanMenu extends Menu{
  @Override
  public Cup createCupOrNull(CupSize size){
    Lid lid= new Lid(size);
    switch(size){
      case SMALL:
        return new PaperCup(473, lid);
      case MEDIUM:
        return new PaperCup(621, lid);
      case LARGE:
        return new PaperCup(887, lid);
      default:
        assert (false) : "Unhandled CupSize:"+size;
        return null;
    }
  }
}

KoreanMenu Class

public final class KoreanMenu extends Menu{
  @Override
  public Cup createCupOrNull(CupSize size){
    switch(size){
      case SMALL:
        return new GlassCup(355);
      case MEDIUM:
        return new GlassCup(473);
      case LARGE:
        return new GlassCup(651);
      default:
        assert (false) : "Unhandled CupSize:"+size;
        return null;
    }
  }
}

Main Class

Menu menu=new KoreanMenu();
Cup cup=menu.createCupOrNull(CupSize.LARGE);

System.out.println(cup.getClass().getName());
System.out.println(cup.getSize());

academy.pocu.GlassCup

651 이 찍힌다.

Menu menu=new AmericanMenu();
Cup cup=menu.createCupOrNull(CupSize.LARGE);

System.out.println(cup.getClass().getName());
System.out.println(cup.getSize());

academy.pocu.PaperCup

887 이 찍힌다.

Factory Method 장점

다형적으로 개체 생성 가능 따라서 이 패턴을 가상 생성자 패턴이라고도 함
생성자에서 오류 상황 감지 시 null 반환 가능
클라이언트는 본인에게 익숙한 인자를 통해 개체 생성 가능
팩토리 메서드 패턴은 클라이언트 코드로부터 서브 클래스의 인스턴스화를 제거하여 서로 간의 종속성을 낮추고, 결합도를 느슨하게 하며(Loosely Coupled), 확장을 쉽게 한다.

다른 예를 살펴보자.

팩토리 패턴에 사용되는 슈퍼 클래스는 인터페이스나 추상 클래스, 혹은 그냥 평범한 자바 클래스여도 상관없다. 그러나 이번 예제에서는 추상 클래스로 만들어 toString()을 오버라이딩 하여 코드를 작성해 본다.

Super Class

public abstract class Computer {
	
    public abstract String getRAM();
    public abstract String getHDD();
    public abstract String getCPU();
	
    @Override
    public String toString(){
        return "RAM= "+this.getRAM()+", HDD="+this.getHDD()+", CPU="+this.getCPU();
    }
}

슈퍼 클래스를 만들었으니 이번에는 PC와 Server라는 이름의 두 서브 클래스를 만들어 보자.

Sub Class - 1

public class PC extends Computer {
 
    private String ram;
    private String hdd;
    private String cpu;
	
    public PC(String ram, String hdd, String cpu){
        this.ram=ram;
        this.hdd=hdd;
        this.cpu=cpu;
    }
    @Override
    public String getRAM() {
        return this.ram;
    }
 
    @Override
    public String getHDD() {
    return this.hdd;
    }
 
    @Override
    public String getCPU() {
        return this.cpu;
    }
 
}

Sub Class - 2

public class Server extends Computer {
 
    private String ram;
    private String hdd;
    private String cpu;
	
    public Server(String ram, String hdd, String cpu){
        this.ram=ram;
        this.hdd=hdd;
        this.cpu=cpu;
    }
    @Override
    public String getRAM() {
        return this.ram;
    }
 
    @Override
    public String getHDD() {
        return this.hdd;
    }
 
    @Override
    public String getCPU() {
        return this.cpu;
    }
 
}

여기서 주의할 점은 PC 클래스와 Server 클래스 모두 Computer 클래스를 상속한다는 것이다.

자, 이제 마지막으로 팩토리 클래스를 만들어 보자.

Factory Class

public class ComputerFactory {
 
    public static Computer getComputer(String type, String ram, String hdd, String cpu){
        if("PC".equalsIgnoreCase(type))
            return new PC(ram, hdd, cpu);
        else if("Server".equalsIgnoreCase(type))
            return new Server(ram, hdd, cpu);
		
        return null;
    }
}

ComputerFactory 클래스의 getComputer 메서드를 살펴보면 static 메서드로 구현되어 있다.

메서드 내부 코드를 보면 type의 값이 “PC”일 경우 PC 클래스의 인스턴스를, “Server”일 경우 Server 클래스의 인스턴스를 리턴하는 것을 볼 수 있다.

이렇듯 팩토리 메서드 패턴을 사용하게 되면 인스턴스를 필요로 하는 Application에서 Computer의 Sub 클래스에 대한 정보는 모른 채 인스턴스를 생성할 수 있게 된다.

이렇게 구현한다면 앞으로 Computer 클래스에 더 많은 Sub 클래스가 추가된다 할지라도 getComputer()를 통해 인스턴스를 제공받던 Application의 코드는 수정할 필요가 없게 된다.

팩토리 메서드 패턴을 구현하는 데 중요한 점이 두 가지있다.

Factory class를 Singleton으로 구현해도 되고, 서브 클래스를 리턴하는 static 메서드로 구현해도 된다.
팩토리 메서드는 위 예제의 getComputer()와 같이 입력된 파라미터에 따라 다른 서브 클래스의 인스턴스를 생성하고 리턴한다.

마지막으로, 위 예제에서 작성한 ComputerFactory 클래스를 사용하여 PC와 Server 클래스의 인스턴스를 생성해 보자.

Main

public class TestFactory {
 
    public static void main(String[] args) {
        Computer pc = ComputerFactory.getComputer("pc","2 GB","500 GB","2.4 GHz");
        Computer server = ComputerFactory.getComputer("server","16 GB","1 TB","2.9 GHz");
        System.out.println("Factory PC Config::"+pc);
        System.out.println("Factory Server Config::"+server);
    }
 
}

Factory PC Config::RAM= 2 GB, HDD=500 GB, CPU=2.4 GHz
Factory Server Config::RAM= 16 GB, HDD=1 TB, CPU=2.9 GHz

사용 예

java.tuil 패키지에 있는 Calendar, ResourceBundle, NumberFormat 등의 클래스에서 정의된 getInstance() 메소드가 팩토리 패턴을 사용하고 있다.
Boolean, Integer, Long 등 Wrapper class 안에 정의된 valueOf() 메서드 또한 팩토리 패턴을 사용했다.

Interview (44)

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