[오브젝트 - 코드로 이해하는 객체지향 설계] 4장. 설계 품질과 트레이드오프
(예제에 관한 내용은 빼고 내용 정리)
객체지향 설계의 핵심은 역할, 책임, 협력이다.
- 협력 - 애플리케이션의 기능을 구현하기 위해 메시지를 주고받는 객체들 사이의 상호작용
- 책임 - 객체가 다른 객체와 협력하기 위해 수행하는 행동
- 역할 - 대체 가능한 책임의 집합
객체지향 설계란 올바른 객체에게 올바른 책임을 할당하면서 낮은 결합도와 높은 응집도를 가진 구조를 창조하는 활동이다.
- 객체지향 설계의 핵심이 책임
- 책임을 할당하는 작업이 응집도와 결합도 같은 설계 품질과 연관됨
1. 데이터 중심의 영화 예매 시스템
객체지향 설계에서는 두 가지 방법을 이용해 시스템을 객체로 분할할 수 있다.
- 상태를 분할의 축으로 삼는 방법
- 책임을 분할의 축으로 삼는 방법
시스템을 분할하기 위해서는 책임에 초점을 맞춰야한다.
객체의 상태는 구현에 속한다. 구현은 불안정하기 때문에 변하기 쉬우며 상태를 객체 분할의 중심축으로 삼으면 구현에 관한 세부사항이 객체의 인터페이스에 스며들게 되어 캡슐화의 원칙이 무너진다.
객체의 책임은 인터페이스에 속한다. 객체는 책임을 드러내는 안정적인 인터페이스 뒤로 책임을 수행하는 데 필요한 상태를 캡슐화함으로써 구현 변경에 대한 파장이 외부로 퍼져나가는 것을 방지한다.
데이터 중심의 설계에서는 객체가 포함해야 하는 데이터에 집중한다.
객체지향의 가장 중요한 원칙은 캡슐화이므로 내부 데이터가 외부의 다른 객체들을 오염시키는 것을 막아야하는데, 이를 달성할 수 있는 가장 간단한 방법은 내부의 데이터를 반환하는 접근자와 데이터를 변경하는 수정자를 추가하는 것이다.
2. 설계 트레이드오프
캡슐화
상태와 행동을 하나의 객체에 모으는 이유는 객체의 내부 구현을 외부로부터 감추기 위해서이다.
변경될 가능성이 높은 부분을 ‘구현’이라고 부르고 상대적으로 안정적인 부분을 ‘인터페이스’라고 부른다.
객체지향에서 가장 중요한 원리는 캡슐화인데 이는 외부에서 알 필요가 없는 부분을 감춤으로써 대상을 단순화하는 추상화의 한 종류이다. 객체지향 설계의 가장 중요한 원리는 불안정한 구현 세부사항을 안정적인 인터페이스 뒤로 캡슐화하는 것이다.
캡슐화가 중요한 이유는 불안정한 부분과 안정적인 부분을 분리해서 변경의 영향을 통제할 수 있기 때문이다.
캡슐화란 변경 가능성이 높은 부분을 객체 내부로 숨기는 추상화 기법이며 변경될 수 있는 어떤 것이라도 캡슐화해야 한다.
응집도와 결합도
- 응집도 - 모듈에 포함된 내부 요소들이 연관돼 있는 정도를 나타낸다.
- 결합도 - 의존성의 정도를 나타내며 다른 모듈에 대해 얼마나 많은 지식을 갖고 있는지를 나타내는 척도다.
모듈 내의 요소들이 하나의 목적을 위해 긴밀하게 협력한다면 그 모듈은 높은 응집도를 가진다. 모듈 내의 요소들이 서로 다른 목적을 추구한다면 그 모듈은 낮은 응집도를 가진다.
어떤 모듈이 다른 모듈에 대해 너무 자세한 부분까지 알고 있다면 두 모듈은 높은 결합도를 가진다. 어떤 모듈이 다른 모듈에 대해 꼭 필요한 지식만 알고 있다면 두 모듈은 낮은 결합도를 가진다.
좋은 설계는 높은 응집도와 낮은 결합도를 가진 모듈로 구성된 설계를 의미하며 오늘의 기능을 수행하면서 내일의 변경을 수용할 수 있는 설계다.
높은 응집도와 낮은 결합도를 가진 설계를 추구해야하는 이유는 설계를 변경하기 쉽게 만들기 때문이다. 변경의 관점에서 응집도란 변경이 발생할 때 모듈 내부에서 발생하는 변경의 정도로 측정할 수 있다.
응집도가 높은 설계에서는 하나의 요구사항 변경을 반영하기 위해 오직 하나의 모듈만 수정하면 된다. 반면 응집도가 낮은 설계에서는 하나의 원인에 의해 변경해야 하는 부분이 다수의 모듈에 분산돼 있기 때문에 여러 모듈을 동시에 수정해야 한다. 응집도가 높을수록 변경의 대상과 범위가 명확해지기 때문에 코드를 변경하기 쉬워진다.
결합도는 한 모듈이 변경되기 위해서 다른 모듈의 변경을 요구하는 정도로 측정할 수 있다. 결합도가 높으면 높을수록 함께 변경해야 하는 모듈의 수가 늘어나기 때문에 변경하기가 어려워진다.
내부 구현을 변경했을 때 이것이 다른 모듈에 영향을 미치는 경우에는 두 모듈 사이의 결합도가 높다고 표현한다. 반면 퍼블릭 인터페이스를 수정했을 때만 다른 모듈에 영향을 미치는 경우에는 결합도가 낮다고 표현한다. 따라서 클래스 구현이 아닌 인터페이스에 의존하도록 코드를 작성해야 낮은 결합도를 얻을 수 있다.
캡슐화의 정도가 응집도와 결합도에 영향을 미친다.
3. 데이터 중심의 영화 예매 시스템의 문제점
데이터 중심의 설계는 캡슐화를 위반하고 객체의 내부 구현을 인터페이스의 일부로 만든다. 반면 책임 중심의 설계는 객체의 내부 구현을 안정적인 인터페이스 뒤로 캡슐화한다.
데이터 중심 설계가 가진 대표적인 문제점은 다음과 같다.
- 캡슐화 위반
- 높은 결합도
- 낮은 응집도
캡슐화 위반
접근자와 수정자 메서드는 객체 내부의 상태에 대한 어떤 정보도 캡슐화하지 못한다.
객체가 수행할 책임이 아니라 내부에 저장할 데이터에 초점을 맞췄기 때문에 캡슐화의 원칙을 어기게된다. 객체에게 중요한 것은 책임이며 구현을 캡슐화할 수 있는 적절한 책임은 협력이라는 문맥을 고려할 때만 얻을 수 있다.
- 추측에 의한 설계 전략 - 접근자와 수정자에 과도하게 의존하는 설계 방식
해당 전략은 객체가 사용될 협력을 고려하지 않고 객체가 다양한 상황에서 사용될 수 있을 것이라는 막연한 추측을 기반으로 설계를 진행한다. 따라서 프로그래머는 내부 상태를 드러내는 메서드를 최대한 많이 추가해야된다는 압박에 대부분의 내부 구현이 퍼블릭 인터페이스에 그대로 노출될 수밖에 없다.
즉, 데이터 중심의 설계는 접근자와 수정자를 통해 내부 구현을 인터페이스의 일부로 만들기 때문에 캡슐화를 위반한다.
높은 결합도
객체 내부의 내부 구현을 변경했음에도 해당 인터페이스에 의존하는 모든 클라이언트들도 함께 변경해야 한다.
데이터 중심 설계는 객체의 캡슐화를 약화시키기 때문에 클라이언트가 객체의 구현에 강하게 결합된다.
결합도 측면에서 데이터 중심 설계가 가지는 또 다른 단점은 여러 데이터 객체들을 사용하는 제어 로직이 특정 객체 안에 집중되기 때문에 하나의 제어 객체가 다수의 데이터 객체에 강하게 결합된다는 것이다. 이 결합도로 인해 어떤 데이터 객체를 변경하더라도 제어 객체를 함께 변경할 수밖에 없다.
낮은 응집도
서로 다른 이유로 변경되는 코드가 하나의 모듈 안에 공존할 때 모듈의 응집도가 낮다고 말한다.
낮은 응집도는 두 가지 측면에서 설계에 문제를 일으킨다.
- 변경의 이유가 서로 다른 코드들을 하나의 모듈 안에 뭉쳐놓았기 때문에 변경과 아무 상관이 없는 코드들이 영향을 받게 된다. 어떤 코드를 수정한 후에 아무런 상관도 없던 코드에 문제가 발생하는 것은 모듈의 응집도가 낮을 때 발생하는 대표적인 증상이다.
- 하나의 요구사항 변경을 반영하기 위해 동시에 여러 모듈을 수정해야 한다. 응집도가 낮을 경우 다른 모듈에 위치해야 할 책임의 일부가 엉뚱한 곳에 위치하기 때문이다.
단일 책임 원칙 - SRP
모듈의 응집도가 변경과 연관이 있다는 사실의 강조하기 위해 SRP를 제시.
요약하면 클래스는 단 한 가지 변경 이유만 가져야 한다는 것이다.
4. 자율적인 객체를 향해
캡슐화를 지켜라
캡슐화는 설계의 제1원리다. 데이터 중심의 설계가 낮은 응집도와 높은 결합도라는 문제를 갖게 된 근본적인 원인은 캡슐화의 원칙을 위반했기 때문이다. 객체는 자신이 어떤 데이터를 가지고 있는지를 내부에 캡슐화하고 외부에 공개해서는 안된다. 객체는 스스로의 상태를 책임져야 하며 외부에서는 인터페이스에 정의된 메서드를 통해서만 상태에 접근할 수 있어야 한다.
속성의 가시성을 private로 설정했다고 해도 접근자와 수정자를 통해 속성을 외부로 제공하고 있다면 캡슐화를 위반하는 것이다.
스스로 자신의 데이터를 책임지는 객체
상태와 행동을 하나의 단위로 묶는 이유는 객체 스스로 자신의 상태를 처리할 수 있게 하기 위해서다. 객체는 단순한 데이터 제공자가 아니며 객체 내부에 저장되는 데이터보다 객체가 협력에 참여하면서 수행할 책임을 정의하는 오퍼레이션이 더 중요하다.
객체를 설계할 때 “이 객체가 어떤 데이터를 포함해야 하는가?”라는 질문은 다음과 같은 두 개의 개별적인 질문으로 분리해야한다.
- 이 객체가 어떤 데이터를 포함해야 하는가?
- 이 객체가 데이터에 대해 수행해야 하는 오퍼레이션은 무엇인가?
5. 하지만 여전히 부족하다
캡슐화 위반
분명 수정된 객체들은 자기 자신의 데이터를 스스로 처리한다.
내부 구현의 변경이 외부로 퍼져나가는 파급 효과는 캡슐화가 부족하다는 명백한 증거다.
캡슐화의 진정한 의미
- 캡슐화는 변경될 수 있는 어떤 것이라도 감추는 것을 의미하며 내부 속성을 외부로부터 감추는 것은 ‘데이터 캡슐화’라고 불리는 캡슐화의 한 종류일 뿐이다.
- 캡슐화란 변할 수 있는 어떤 것이라도 감추는 것이다. (그것이 무엇이든 구현과 관련된 것이라면 ..)
높은 결합도
두 객체 사이에 결합도가 높을 경우 한 객체의 구현을 변경할 때 다른 객체에게 변경의 영향이 전파될 확률이 높아진다.
“유연한 설계를 창조하기 위해서는 캡슐화를 설계의 첫 번째 목표로 삼아야 한다.”
낮은 응집도
하나의 변경을 수용하기 위해 코드의 여러 곳을 동시에 변경해야 한다는 것은 설계의 응집도가 낮다는 증거다.
응집도가 낮은 이유는 캡슐화를 위반했기 때문이다.
6. 데이터 중심 설계의 문제점
캡슐화를 위반한 설계를 구성하는 요소들이 높은 응집도와 낮은 결합도를 가질 확률은 극히 낮다. 따라서 캡슐화를 위반한 설계는 변경에 취약할 수 밖에 없다.
데이터 중심의 설계가 변경에 취약한 이유는 두 가지다.
- 데이터 중심의 설계는 본질적으로 너무 이른 시기에 데이터에 관해 결정하도록 강요한다.
- 데이터 중심의 설계에서는 협력이라는 문맥을 고려하지 않고 객체를 고립시킨 채 오퍼레이션을 결정한다.
데이터 중심 설계는 객체의 행동보다는 상태에 초점을 맞춘다
데이터 중심의 관점에서 객체는 그저 단순한 데이터의 집합체일 뿐이다. 이로 인해 접근자와 수정자를 과도하게 추가하게 되고 이 데이터 객체를 사용하는 절차를 분리된 별도의 객체 안에 구현하게 된다. 접근자와 수정자는 public 속성과 큰 차이가 없기 때문에 객체의 캡슐화는 완전히 무너질 수밖에 없다.
데이터를 처리하는 작업과 데이터를 같은 객체 안에 두더라도 데이터에 초점이 맞춰져 있다면 만족스러운 캡슐화를 얻기 어렵다. 데이터를 먼저 결정하고 데이터를 처리하는 데 필요한 오퍼레이션을 나중에 결정하는 방식은 데이터에 관한 지식이 객체의 인터페이스에 드러나게 된다. 결과적으로 객체의 인터페이스는 구현을 캡슐화하는 데 실패하고 코드는 변경에 취약해진다.
객체의 내부 구현이 객체의 인터페이스를 어지럽히고 객체의 응집도와 결합도에 나쁜 영향을 미치기 때문에 변경에 취약한 코드를 낳게 된다.
데이터 중심 설계는 객체를 고립시킨 채 오퍼레이션을 정의하도록 만든다
객체지향 어플리케이션을 구현한다는 것은 협력하는 객체들의 공동체를 구축한다는 것을 의미한다. 따라서 협력이라는 문맥 안에서 필요한 책임을 결정하고 이를 수행할 적절한 객체를 결정하는 것이 가장 중요하다. 올바른 객체지향 설계의 무게 중심은 항상 객체의 외부에 맞춰져 있어야 한다. 중요한 것은 객체가 다른 객체와 협력하는 방법이다.
데이터 중심 설계에서 초점은 객체의 내부로 향한다. 실행 문맥에 대한 깊이있는 고민 없이 객체가 관리할 데이터의 세부 정보를 먼저 결정한다. 객체의 구현이 이미 결정된 상태에서 다른 객체와의 협력 바업을 고민하기 때문에 이미 구현된 객체의 인터페이스를 억지로 끼워맞출 수밖에 없다.
객체의 인터페이스에 구현이 노출돼 있었기 때문에 협력이 구현 세부사항에 종속돼 있고 그에 따라 객체의 내부 구현이 변경됐을 때 협력하는 객체 모두가 영향을 받을 수밖에 없다.