[디자인 패턴 - 🧬 구조] 🎀 Decorator Pattern

🧬 구조 패턴

🎀 Decorator

데코레이터 패턴(Decorator Pattern)이란 주어진 상황 및 용도에 따라 어떤 객체에 장식(기능)을 추가하는 패턴이다.

객체에 추가적인 기능을 동적으로 첨가하며, 기능 확장이 필요할 때 서브클래스 대신 쓸 수 있는 유연한 대안이 될 수 있다.

데코레이터 구조패턴은 카페를 예시로 이해하면 쉽게 이해할 수 있다.
카페에서 음료 주문을 받는 프로그램을 객체 지향 프로그래밍 관점으로 만들었다고 가정해 보자.
이 프로그램에서 카페의 음료를 설계한다면 음료가 공통적으로 가지고 있는 성질을 따로 빼서 '음료'라는 클래스로 만들고, 이것을 상속 받아 사용할 것이다.

그래서 위와 같이 가장 상위 클래스인 Beverage 클래스를 생성하고, 카페모카, 바닐라라떼, 아메리카노, 카페라떼 4가지 음료 클래스를 생성하여 Beverage 클래스를 상속받도록 하였다.

그러나 실제 카페에서는 카페모카에 샷추가를 하거나 휘핑크림 추가, 또는 아메리카노에 샷추가를 할 수 있다. 그러한 음료들까지 모두 클래스로 생성을 한다면 아래와 같이 아주 복잡해질 것이다.

보기만해도 복잡하다... 이렇게 된다면 메뉴를 1개만 새로 개발되어도 해당 메뉴의 샷추가, 휘핑추가, 자바칩추가 클래스까지 새로운 파생클래스 수십개가 추가될 것이고, 그렇게 되면 유지보수가 아주 힘들어질 것이다.

그러면 좀 더 개선해서 다양한 옵션들을 Beverage 클래스에 Boolean 타입으로 관리한다고 하자.

Beverage 클래스의 cost 메소드에서 if문으로 hasMilk, hasCream 등을 체크하여 옵션별 가격들을 더할 수 있다.

public int cost() {    
        int total = 0;
        if(hasMilk()) total+=500;
        if(hasShot()) total+=400;
        if(hasCream()) total+=300;
        if(hasJavachip()) total += 700;
        
        return total;
}

그리고 Beverage 클래스 상속받는 메뉴들은 아래와 같이 가격을 결정지을 수 있다.

public class Americano extends Beverage {

    @Override
    public int cost() {
        return 5000 + super.cost();
    }
    
}

위 예시는 언뜻 보면 적절하게 설계한 것처럼 보일 수 있다.
하지만 2가지 정도의 큰 문제점이 있다.

1. 새로운 옵션이 추가되거나 변경될 때 마다 슈퍼클래스인 Beverage를 고쳐야 한다. 슈퍼클래스의 변경이 잦은것은 절대 좋은 설계가 아니다.

2. Beverage에 모든 옵션을 관리하면 서브클래스에서 쓸데 없는 정보들까지 모두 상속받는다. 만약 자몽셔벗 클래스가 Beverage를 상속받았는데 불필요한 옵션인 샷추가나 휘핑까지 관리하게 되는것도 역시 좋은 설계가 아니다.

또한 hasMilk가 boolean이다 보니 옵션을 2번이상 추가할 수 없다.
그렇기 때문에 total += milk500 + shot500 + ...; 처럼 사용할 수 있게 int형으로 변경이 필요해 보인다.

그래서 위 설계는 객체지향 설계 5대 원칙 SOLID중 특히, 2번째 OPC를 완전히 위반한 설계이다.

OCP (Open-Closed Principle) : 클래스는 확장에 대해서는 열려 있고, 변경에 대해서는 닫혀 있어야 한다.
즉, 새로운 기능을 추가하려 할 때, 기존 슈퍼 클래스는 수정하지 않고 확장을 통해 간단하게 추가 할 수 있도록 한다!

그래서 프로그램을 데코레이터 패턴을 적용해 새롭게 설계하려 한다.

데코레이터 패턴의 일반적인 형태는 위와 같다.

그리고 프로그램을 데코레이터 패턴을 적용한 설계는 위와 같다.
데코레이션 중 최상위 클래스인 CondimentDecorator 클래스가 있으며, 모든 추가 옵션들은 CondimentDecorator 클래스를 상속받는다.
그리고 각각의 메뉴 클래스들과 CondimentDecorator 클래스가 Beverage 클래스를 상속받는다.

public abstract class Beverage {

    // 음료 이름
    String description = "Menu Name (No title)";
    // 음료 가격
    public abstract int cost();
    // 옵션들
    public String getDescription() {
        return description;
    }
    
}

위는 최상위 클래스인 Beverage 클래스다.
카페에서 판매하는 모든 음료는 이 클래스를 상속 받아야 하고, cost는 추상메소드이므로 하위 클래스에서 반드시 각자의 가격으로 이 메소드를 오버라이딩하여 구현해주어야 한다.
그렇기 때문에 Beverage 당연히 클래스도 추상클래스가 된다.

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

위는 Beverage클래스를 상속받는 CondimentDecorator 클래스다.
데코레이션의 최상위 클래스로, 추가 옵션들은 모두 CondimentDecorator 클래스를 상속받는다.
CondimentDecorator 클래스는 Beverage 클래스의 getDescription() 메소드를 추상메소드로 오버라이딩하였기 때문에,
CondimentDecorator를 상속받는 옵션들이 이를 반드시 구현 해주어야 한다.
그래서 CondimentDecorator 또한 추상클래스가 되었고, 추상클래스이기 때문에 Beverage 클래스의 추상메소드인 cost()를 여기서 구현해주지 않아도 된다.

최상위 클래스를 상속받는 중간 클래스에서
최상위 클래스의 메소드를 추상메소드로 오버라이딩을 할 수 있다.
최상위클래스에서 없던 의무성을 중간 클래스에서 아래로 부여할 수도 있다.

public class Americano extends Beverage {
 
    public Americano() {
    	super();
        description = "아메리카노";
    }
 
    @Override
    public int cost() {
        return 3800;
    }
 
}

public class CaffeMocha extends Beverage {
 
    public CaffeMocha() {
        super();
        description = "카페모카";
    }
 
    @Override
    public int cost() {
        return 4800;
    }
 
}

Beverage 클래스를 상속받는 Americano와 CaffeMocha 클래스이다.
생성자에서 음료의 이름을 지정해주고, 추상메소드였던 cost 메소드를 오버라이딩하여 각자의 음료에 맞는 가격을 정해준다.

public class Whip extends CondimentDecorator {
 
    Beverage beverage;
    
    public Whip(Beverage beverage) {
        super();
        this.beverage = beverage;
    }
 
    @Override
    public String getDescription() {
        return beverage.getDescription() + ", 휘핑크림";
    }
 
    @Override
    public int cost() {
        return beverage.cost() + 500;
    }
    
}

public class Shot extends CondimentDecorator {
    
    Beverage beverage;
 
    public Shot(Beverage beverage) {
        super();
        this.beverage = beverage;
    }
 
    @Override
    public String getDescription() {
        return beverage.getDescription() + ", 샷";
    }
 
    @Override
    public int cost() {
        return beverage.cost() + 500;
    }
    
}

CondimentDecorator 클래스를 상속받는 Whip과 Shot 클래스이다.
생성자에서 전달받은 Beverage객체의 인스턴스(Americano, CaffeMocha 등 음료)의 멤버와 메소드에 접근하여 추상메소드들을 오버라이딩한다.

CondimentDecorator 클래스도 추상클래스이기 때문에 cost 추상메소드를 구현하지 않을 수 있었고, 추가로 getDescription 메소드를 추상메소드로 오버라이딩하였기 때문에 Whip과 Shot과 같은 추가 옵션 클래스에서 두 추상메소드를 모두 구현해주어야 한다.

그러면 이제 해당 데코레이터 패턴으로 디자인된 음료클래스를 고객클래스에서 어떻게 주문하는지 보자.

public class Customer {
 
    public static void main(String[] args) {
        
        Beverage MyCoffee = new CaffeMocha();
        //추가시킬 옵션의 매개변수로 자신의 인스턴스를 전달
        MyCoffee = new Shot(MyCoffee);
        MyCoffee = new Shot(MyCoffee);
        MyCoffee = new Cream(MyCoffee);
        MyCoffee = new Whip(MyCoffee);
        MyCoffee = new JavaChip(MyCoffee);
        
        System.out.println("메뉴 : " + beverage.getDescription());
        System.out.println("가격 : " + beverage.cost());
        
    }
}

Customer 클래스에서 2샷, 크림, 휘핑크림, 자바칩까지 추가한 악마의 카페모카를 주문 한 상황을 표현해 보았다.
모든 옵션은 1번 추가에 500원이라고 설계를 했을 때, 실행 결과는

메뉴 : 카메모카, 샷, 샷, 크림, 휘핑크림, 자바칩
가격 : 7300

라고 나올 것이다.

코드에서 보았듯이 옵션을 추가할 때 자신의 인스턴스를 다시 전달함으로써, JavaChip - Whip - Cream - Shot - Shot - CaffeMocha로 감싸지는 형태로 객체가 생성되게 된다.
옵션들의 Beverage타입의 beverage 멤버를 계속 다음으로 전달하여 저런 형태의 체인이 만들어 지게 되는데,

이때 제일 외부의 JavaChip 객체의 getDescription 메소드를 실행시키면, beverage에 저장 되어 있는 Whip 객체의 getDescription으로, 그리고 이어서 Cream 객체에 있는 getDescription 메소드가 차례로 호출 되어 최종적으로 CaffeMocha 객체까지 도달하여 CaffeMocha 객체의 getDescription 메소드까지 호출하는 것이다.

그리고 리턴은 CaffeMocha 객체에 있는 description부터 차례로 리턴되면서 2개의 Shot 객체와 Cream 객체를 거치며 문자열이 계속 더해져 최종적으로는 "카메모카, 샷, 샷, 크림, 휘핑크림, 자바칩"라는 문자열이 완성된다.

cost 메소드 또한 마찬가지로 호출이 자바칩 -> ... -> 카메모카로 파고들어가서 카페모카에서 부터 차근차근 가격이 더해진다.

지금처럼 카페의 음료에 옵션을 추가하여 가격이 더해지고, getDescription에서 문자열이 더해지는 설명은 데코레이터 패턴을 이해하기 쉽게 표현한 것이고,
실질적으로는 추가적인 기능들을 덧붙이는 것으로 사용된다.
대표적으로 데코레이터 패턴이 쓰이는 곳은 우리가 가장 많이 사용하는 자바의 I/O 클래스이다.

BufferedReader br = new BufferedReader(new InputStreamReader(System.in));
br.readLine();

를 풀어서 본다면

BufferedReader br = new InputStreamReader(System.in);
br = new BufferedReader(br);
br.readLine();

처럼 데코레이터 패턴이 적용됨을 알 수 있다.