[Java] 전략 패턴 vs 템플릿 메서드 패턴 vs 상태 패턴

프로젝트에서 런타임 시 객체를 동적으로 관리하고, OCP를 만족하는 코드로 개선하기 위해 디자인 패턴을 고려한 과정을 기록하였다.

 

 

1. 전략 패턴 vs 템플릿 메서드 패턴

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템플릿 메서드 패턴은 추상 클래스를 상속하는 구조로 설계되어 있다.

상속은 상위 클래스와 하위 클래스가 강력하게 밀접되어 있어 결합도가 높다. 또한 상속 관계는 컴파일 단계에서 결정되기 때문에 실행 중 객체를 동적을 변경하는 것이 불가하다. 

런타임 시 객체를 동적으로 관리해야 하는 경우에는 이러한 이유로 템플릿 메서드 패턴은 적합하지 않다.

 

 

 

 

2. 전략 패턴 vs 상태 패턴

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2-1. 전략 패턴

전략 패턴은 특정 작업을 수행하는 방법을 캡슐화하고, 이 방법들을 상호 교체가 가능하도록 한 패턴이다.

 

Context : 변경되지 않는 것, 전략 패턴을 이용하는 역할을 하고 DI를 통해 동적으로 전략을 변경한다.

Strategy : 외부에서 동일한 방식으로 알고리즘을 호출하는 방법을 명시해준다.

ConcreateStrategy : 변경되는 것, Strategy에서 명시한 알고리즘을 구현한 클래스

 

예시 코드

간단한 결제 방식 선택을 위한 전략 패턴을 적용한 코드이다.

결제 방식은 카드, 현금 두 가지 방식이 있다.

// 전략 인터페이스 

interface PaymentStrategy {
    void pay(int amount);
}

// 콘크리트 전략 클래스

class CreditCardStrategy implements PaymentStrategy {
    private String cardNumber;

    public CreditCardStrategy(String cardNumber) {
        this.cardNumber = cardNumber;
    }

    @Override
    public void pay(int amount) {
        System.out.println("Paying " + amount + " using Credit Card.");
    }
}

class PaypalStrategy implements PaymentStrategy {
    private String emailId;

    public PaypalStrategy(String emailId) {
        this.emailId = emailId;
    }

    @Override
    public void pay(int amount) {
        System.out.println("Paying " + amount + " using Paypal.");
    }
}

// 컨텍스트 클래스

class ShoppingCart {
    private PaymentStrategy paymentStrategy;

    public ShoppingCart(PaymentStrategy paymentStrategy) {
        this.paymentStrategy = paymentStrategy; // 전략의 생성자 주입
    }

    public void checkout(int amount) {
        paymentStrategy.pay(amount);
    }
}

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        ShoppingCart cart = new ShoppingCart(new CreditCardStrategy("1234-5678-9012-3456"));
        cart.checkout(100);

        cart = new ShoppingCart(new PaypalStrategy("myemail@example.com"));
        cart.checkout(200);
    }
}

 

2-2. 상태 패턴

상태 패턴은 객체의 내부 상태에 따라 행위를 변경해주는 디자인 패턴이다.

 

Context : 현재 상태를 나타내는 상태 객체를 가지며, 상태에 따라 다른 행동을 수행한다. 특정 상태에 대한 행동을 직접 구현하지 않고, 현재 상태 객체에 위임한다.

State : 모든 구체적인 상태 클래스들이 구현해야 하는 메소드들을 정의한다. 이 메소드들은 상태에 따라 달라지는 행동을 정의한다.

ConcreateState: 상태 인터페이스를 구현한 클래스, 각 클래스는 객체가 특정 상태에 있을 때 어떻게 행동해야 하는지를 정의한다. 예를 들어, "열림", "닫힘", "일시정지"등의 상태가 있을 수 있으며 각각의 상태에 대한 행동 로직이 이 클래스에 구현된다. 

상태 객체란
현재 객체의 상태를 나타내는 객체를 말한다. 상태 패턴에서는 이 상태 객체가 시스템의 행동을 결정한다.
Context 객체는 상태 객체를 사용하여 현재 상태에 맞는 행동을 수행하게 된다. 
즉, 상태 객체는 Concreate 클래스의 인스턴스를 말한다. 그래서 상태 객체마다 다르게 구현되어 있는 행동이 현재 상태 객체에 따라서 호출되는 것이다. 
(아래의 예시 코드에서 현재 신호등 불빛(상태 객체)이 빨간불일 때 changeSignal()을 호출하면 신호등이 초록불이 되고, 현재 상태 객체가 노란불일때 changeSignal()을 호출하면 신호등이 빨간불이 되는것처럼)

 

예시 코드

간단한 교통 신호등 시스템의 예시 코드이다.

신호등 불빛은 빨간색일때는 녹색으로, 녹색일때는 노란색으로, 노란색일 때는 빨간색으로 변경되어야 한다.

여기서 상태 객체는 신호등의 현재 색깔을 나타내며, 컨텍스트 객체는 이 상태에 따라 신호등의 행동을 결정한다.

// 상태 인터페이스

public interface State {
    void changeState(TrafficLight trafficLight);
}

// 콘크리트 상태 클래스

public class RedLightState implements State {

    @Override
    public void changeState(TrafficLight trafficLight) {
        System.out.println("빨간 불에서 초록 불로 바뀝니다.");
        trafficLight.setState(new GreenLightState());
    }
}

public class GreenLightState implements State{
    @Override
    public void changeState(TrafficLight trafficLight) {
        System.out.println("초록 불에서 빨간 불로 바뀝니다.");
        trafficLight.setState(new RedLightState());
    }
}

public class YellowLightState implements State{
    @Override
    public void changeState(TrafficLight trafficLight) {
        System.out.println("노란 불에서 빨간 불로 바뀝니다.");
        trafficLight.setState(new RedLightState());
    }
}

// 컨텍스트 클래스

public class TrafficLight {
    private State state;

    public TrafficLight() {
        this.state = new RedLightState();
    }

    public void changeSignal() {
        state.changeState(this);
    }

    public void setState(State state) {
        this.state = state;
    }
}

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        TrafficLight trafficLight = new TrafficLight();

        for (int i = 0; i < 6; i++) {
            trafficLight.changeSignal();
        }
    }
}

 

실행 결과

 

 

2-3. 정리

공통점

① 인터페이스를 사용하여 Concreate class를 캡슐화 한다.

② Context class는 영향을 받지 않고, 변경에 유연한 대처가 가능하다. → OCP를 만족한다. 

 

 

차이점

① 클라이언트가 DI를 통해 상태를 주입(설정)해주는 전략 패턴과는 달리, 상태 패턴은 주입 받는 것이 없고 로직을 돌면서 현재 객체 상태에 따라 행위를 변경한다. 

 

[전략 패턴]

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        ShoppingCart cart = new ShoppingCart(new CreditCardStrategy("1234-5678-9012-3456"));
        cart.checkout(100);

        cart = new ShoppingCart(new PaypalStrategy("myemail@example.com"));
        cart.checkout(200);
    }
}

전략 패턴의 경우 main 메서드에서 컨텍스트 클래스 객체를 생성하고 생성자 주입을 통해 전략을 변경한다.

 

class ShoppingCart {
    private PaymentStrategy paymentStrategy;

    public ShoppingCart(PaymentStrategy paymentStrategy) { // 생성자 주입
        this.paymentStrategy = paymentStrategy;
    }

    public void checkout(int amount) {
        paymentStrategy.pay(amount);
    }
}

컨텍스트 클래스는 전략 인터페이스 타입의 전략 객체를 주입 받는다.

 

[상태 패턴]

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        TrafficLight trafficLight = new TrafficLight();

        for (int i = 0; i < 6; i++) {
            trafficLight.changeSignal();
        }
    }
}

상태 패턴의 경우 main 클래스에서 객체를 선언하고 메서드 호출만 한다. 

 

public class TrafficLight {
    private State state; // 상태 인터페이스 타입의 변수 선언

    public TrafficLight() {
        this.state = new RedLightState();
    }

    public void changeSignal() {
        state.changeState(this); 
    }

    // setter로 상태 객체 변경
    public void setState(State state) {
        this.state = state;
    }
}

컨텍스트 클래스에서 로직에 따라 상태 인터페이스 타입의 상태 객체들을 변경한다.

 

public class YellowLightState implements State{
    @Override
    public void changeState(TrafficLight trafficLight) {
        System.out.println("노란 불에서 빨간 불로 바뀝니다.");
        trafficLight.setState(new RedLightState());
    }
}

main 메소드에서 호출한 changeSignal() 메소드 내부를 보면 setState() 메소드를 통해 객체 상태에 따라 다른 행동이 호출된다.

 

②  전략 패턴은 객체들이 할 수 있는 행위에 대해 Concreate 클래스를 만들고 유사한 행위들을 캡슐화하고, 상태 패턴은 상태에 따른 행동을 캡슐화한다. 

 

 

 

 

✔️ DI를 통한 전략에 따른 객체를 동적으로 변경하는 작업이 필요했던 프로젝트에서는 전략 패턴을 적용하였다.