인프런) 김영한의 실전 자바 기본편 - 12. 다형성과 설계

채개바라 2024. 2. 12. 17:25

2024. 2. 12. 17:25

좋은 객체 지향 프로그래밍이란?

OOP(Object Oriented Programming); 객체 지향 프로그래밍 특징

추상화(Abstraction)
캡슐화(Encapsulation)
상속(Inheritance)
다형성(Polymorphism)

추상화(Abstraction)

객체들이 공통적으로 필요로 하는 속성이나 동작을 하나로 추출하는 작업

- 세부적인 사물들의 공통적인 특징을 파악하여 추출하고, 필요 없는 특성은 제거하여 하나의 묶음으로 정의한다.
(핵심적인 개념 or 기능을 간추려 내는 것)
- 추상적인 개념에 의존해서 설계해야 유연함을 갖출 수 있다.

추상클래스 (abstract)
인터페이스 (interface)

캡슐화(Encapsulation)

데이터와 코드를 함께 묶어 외부에서 알 수 없도록 하고, 데이터의 구조와 역할/기능을 하나의 캡슐형태로 구현하는 방법

변수를 private으로 선언하여 데이터를 보호
보호된 변수는 setter / getter 메서드를 통해서만 간접적으로 접근 허용

상속(Inheritance)

자식클래스가 부모클래스의 특징과 기능을 물려받는 것
부모클래스의 기능을 가져와 재사용할 수 있으면서도 동시에 자식클래스에 새로운 기능을 추가할 수 있다.
코드 재사용 ↑, 중복 ↓
클래스 상속: extends
인터페이스 상속: implements

다형성(Polymorphism)

한부모 밑에서 태어난 자식이나 쌍둥이가 똑같지는 않다.
한 객체가 상속을 통해 기능을 확장하거나 변경하여 다른 여러 형태(객체)로 재구성되는 것
오버로딩(overloading): 한 클래스 내에서 메서드의 이름은 같지만 매개변수의 개수 또는 자료형을 다르게 하여 서로 다르게 동작하도록 하는 것
오버라이딩(overriding): 부모클래스의 메서드를 자식클래스에서 재정의하는 것
역할과 구현으로 세상을 구분

다형성 - 역할과 구현의 분리

역할 = 인터페이스
구현 = 인터페이스를 구현한 클래스, 구현 객체
객체 설계시 역할(인터페이스)을 먼저 부여하고, 그 역할을 수행하는 구현 객체 만들기
역할과 구현으로 구분하면 세상이 단순해지고, 유연해지며 변경도 편리해진다.
- 클라이언트는 대상의 역할(인터페이스)만 알면 된다.
- 클라이언트는 구현 대상의 내부 구조를 몰라도 된다.
- 클라이언트는 구현 대상의 내부 구조가 변경되어도 영향을 받지 않는다.
- 클라이언트는 구현 대상 자체를 변경해도 영향을 받지 않는다.

다형성의 본질

혼자 있는 객체는 없다.
클라이언트: 요청, 서버: 응답
수많은 객체 클라이언트와 객체 서버는 서로 협력 관계를 가진다.

클라이언트를 변경하지 않고, 서버의 구현 기능을 유연하게 변경할 수 있다.

다형성 - 역할과 구현 예제1

먼저 다형성을 사용하지 않고, 역할과 구현을 분리하지 않은 채 간단한 운전자와 자동차의 관계를 개발해보자.

Driver는 K3Car를 운전하는 프로그램이다.

package poly.car0;

public class K3Car {
    public void startEngine(){
        System.out.println("K3Car.startEngine");
    }

    public void offEngine(){
        System.out.println("K3Car.offEngine");
    }

    public void pressAccelerator(){
        System.out.println("K3Car.pressAccelerator");
    }
}

package poly.car0;

public class Driver {
    private K3Car k3Car; //default값은 null
    //운전자가 k3자동차를 알고 있다 => k3자동차에 의존한다.

    public void setK3Car(K3Car k3Car){
        this.k3Car = k3Car; //k3자동차가 외부에서 참조값이 넘어와서 운전할 수 있다.
    }

    public void drive(){
        System.out.println("자동차를 운전합니다.");
        k3Car.startEngine();
        k3Car.pressAccelerator();
        k3Car.offEngine();
    }
}

package poly.car0;

public class CarMain0 {
    public static void main(String[] args) {
        Driver driver = new Driver();
        K3Car k3Car = new K3Car();
        driver.setK3Car(k3Car); //driver에게 k3Car의 참조를 넘겨준다.
        driver.drive();
    }
}

다형성 - 역할과 구현 예제2

새로운 Model3 차량을 추가해야 하는 요구사항이 들어왔다. 이 요구사항을 맞추려면 기존의 Driver 코드를 많이 변경해야 한다. 드라이버는 K3Car도 운전할 수 있고, Model3Car도 운전할 수 있어야 한다.

package poly.car0;

public class Model3Car {
    public void startEngine(){
        System.out.println("Model3Car.startEngine");
    }

    public void offEngine(){
        System.out.println("Model3Car.offEngine");
    }

    public void pressAccelerator(){
        System.out.println("Model3Car.pressAccelerator");
    }
}

[Driver - 코드 변경]

package poly.car0;

public class Driver {
    private K3Car k3Car; //default값은 null
    //운전자가 k3자동차를 알고 있다 => k3자동차에 의존한다.
    private Model3Car model3Car; //추가
    //운전자가 model3자동차를 알고 있다 => model3자동차에 의존한다.

    public void setK3Car(K3Car k3Car){
        this.k3Car = k3Car; //k3자동차가 외부에서 참조값이 넘어와서 운전할 수 있다.
    }
    //추가
    public void setModel3Car(Model3Car model3Car){
        this.model3Car = model3Car; //model3자동차가 외부에서 참조값이 넘어와서 운전할 수 있다.
    }
    //변경
    public void drive(){
        System.out.println("자동차를 운전합니다.");
        if(k3Car != null) {
            k3Car.startEngine();
            k3Car.pressAccelerator();
            k3Car.offEngine();
        } else if(model3Car != null){
            model3Car.startEngine();
            model3Car.pressAccelerator();
            model3Car.offEngine();
        }
    }

}

다음과 같은 코드 변경이 발생했다.

Model3Car용 필드 추가
setModel3Car(...) 메서드 추가
drive() 메서드에서 가지고 있는 차량에 따른 분기

[CarMain0 - 코드 변경]

package poly.car0;

public class CarMain0 {
    public static void main(String[] args) {
        Driver driver = new Driver();
        K3Car k3Car = new K3Car();
        driver.setK3Car(k3Car);
        driver.drive();

        //추가
        Model3Car model3Car = new Model3Car();
        driver.setK3Car(null); //기존 K3Car의 참조를 제거
        driver.setModel3Car(model3Car); //새로운 model3Car의 참조를 추가
        driver.drive();
    }
}

K3를 운전하던 운전자가 Model3로 차량을 변경해서 운전하는 코드이다.
driver.setK3Car(null)을 통해서 기존 K3Car의 참조를 제거한다.
driver.setModel3Car(model3Car)을 통해서 새로운 model3Car의 참조를 추가한다.
driver.drive()를 호출한다.

여기서 새로운 차량을 추가한다면 또 다시 Driver 코드를 많이 변경해야 한다. 만약 운전할 수 있는 차량의 종류가 계속 늘어난다면 점점 더 변경해야 하는 코드가 많아질 것이다.

다형성 - 역할과 구현 예제3

다형성을 활용하면 역할과 구현을 분리해서 클라이언트 코드의 변경 없이 구현 객체를 변경할 수 있다.

다음 관계에서 Driver가 클라이언트이다.

Driver: 운전자는 자동차(Car)의 역할에만 의존한다. 구현인 K3, Model3 자동차에 의존하지 않는다.
(클래스 의존 관계 - 클래스 상에서 어떤 클래스를 알고 있는가)
Car: 자동차의 역할이고 인터페이스이다. K3Car, Model3Car 클래스가 Car 인터페이스를 구현한다.

package poly.car1;

public interface Car {
    void startEngine();
    void offEngine();
    void pressAccelerator();
}

package poly.car1;

public class K3Car implements Car{
    @Override
    public void startEngine() {
        System.out.println("K3Car.startEngine");
    }

    @Override
    public void offEngine() {
        System.out.println("K3Car.offEngine");
    }

    @Override
    public void pressAccelerator() {
        System.out.println("K3Car.pressAccelerator");
    }
}

package poly.car1;

public class Model3Car implements Car{
    @Override
    public void startEngine() {
        System.out.println("Model3Car.startEngine");
    }

    @Override
    public void offEngine() {
        System.out.println("Model3Car.offEngine");
    }

    @Override
    public void pressAccelerator() {
        System.out.println("Model3Car.pressAccelerator");
    }
}

package poly.car1;

public class Driver {
    private Car car;

    public void setCar(Car car) {
        System.out.println("자동차를 설정합니다: " + car);
        this.car = car;
    }

    public void drive(){
        System.out.println("자동차를 운전합니다.");
        car.startEngine();
        car.pressAccelerator();
        car.offEngine();
    }
}

Driver는 멤버 변수로 Car car를 가진다.
setCar(Car car): 멤버 변수에 자동차를 설정한다. 외부에서 누군가 이 메서드를 호출해주어야 Driver는 새로운 자동차를 참조하거나 변경할 수 있다.
drive(): Car 인터페이스가 제공하는 기능들을 통해 자동차를 운전한다.

package poly.car1;

public class CarMain1 {
    public static void main(String[] args) {
        Driver driver = new Driver();

        //차량 선택(k3)
        K3Car k3Car = new K3Car();
        driver.setCar(k3Car); //부모는 자식을 받을 수 있다.
        driver.drive();

        //차량 변경(k3 -> model3)
        Model3Car model3Car = new Model3Car();
        driver.setCar(model3Car);
        driver.drive();
    }
}

먼저 Driver와 K3Car를 생성한다.
driver.setCar(k3Car)를 호출해서 Driver의 Car car 필드가 K3Car의 인스턴스를 참조하도록 한다.
driver.drive()를 호출하면 x001을 참조한다. car 필드가 Car 타입이므로 Car 타입을 찾아서 실행하지만 메서드 오버라이딩에 의해 K3Car의 기능이 호출된다.

Model3Car를 생성한다.
driver.setCar(model3Car)를 호출해서 Driver의 Car car 필드가 Model3Car의 인스턴스를 참조하도록 변경한다.
driver.drive()를 호출하면 x002를 참조한다. car 필드가 Car 타입이므로 Car 타입을 찾아서 실행하지만 메서드 오버라이딩에 의해 Model3Car의 기능이 호출된다.

OCP(Open-Closed Principle) 원칙

좋은 객체 지향 설계 원칙 중 하나로 OCP 원칙이라는 것이 있다.

Open for extension: 새로운 기능의 추가나 변경 사항이 생겼을 때, 기존 코드는 확장할 수 있어야 한다.
Closed for modification: 기존의 코드는 수정되지 않아야 한다.

확장에는 열려 있고, 변경에는 닫혀 있다. 기존의 코드 수정 없이 새로운 기능을 추가할 수 있다.

확장에는 열려 있다.

Car 인터페이스를 사용해서 새로운 차량을 자유롭게 추가할 수 있다. Car 인터페이스를 구현해서 기능을 추가할 수 있다는 의미이다. 그리고 Car 인터페이스를 사용하는 클라이언트 코드인 Driver도 Car 인터페이스를 통해 새롭게 추가된 차량을 자유롭게 호출할 수 있다.

변경에는 닫혀 있다.

새로운 차량을 추가해도 Driver의 코드는 전혀 변경하지 않는다. 새로운 자동차를 추가할 때 가장 영향을 받는 중요한 클라이언트는 바로 Car의 기능을 사용하는 Driver이다. Car 인터페이스를 사용하는 클라이언트인 Driver의 코드를 수정하지 않아도 된다는 뜻이다.

변하는 부분

main()과 같이 새로운 차를 생성하고 Driver에게 필요한 차를 전달해주는 역할은 당연히 코드 수정이 발생한다.

main() 은 전체 프로그램을 설정하고 조율하는 역할을 한다. 이런 부분은 OCP를 지켜도 변경이 필요하다.

[정리]
- Car를 사용하는 클라이언트 코드인 Driver의 코드의 변경없이 새로운 자동차를 확장할 수 있다.
- 다형성을 활용하고 역할과 구현을 잘 분리한 덕분에 새로운 자동차를 추가해도 대부분의 핵심 코드들을 그대로 유지할 수 있게 되었다.

저작자표시 비영리 변경금지

StartCode