[디자인패턴]디자인패턴 종류

디자인패턴

 

소프트웨어 설계에서 자주 발생하는 문제를 해결하기 위한 재사용 가능한 솔루션을 제공하는 일종의 설계 템플릿이다. 특정한 문제에 대해 검증된 해결책을 제공하여 소프트웨어 개발의 효율성을 높이고 유지보수를 용이하게 한다. 디자인 패턴은 주로 객체 지향 프로그래밍에서 사용되며, 코드 구조를 체계적으로 설계하고 재사용할 수 있는 구조를 제공한다.

 

▶ 디자인패턴 사용 이유

1. 재사용성 : 반복적인 문제에 대한 일반적인 해결책을 제공하므로, 이를 재사용하여 유사한 상황에서 코드를 더 쉽게 작성할 수 있다.
2. 가독성 : 일정한 구조로 정리하고 명확하게 작성하여 개발자가 코드를 이해하고 유지보수하기 쉽게 만든다.
3. 유지보수성 : 코드를 쉽게 모듈화 할 수 있으며, 변경이 필요한 경우 해당 모듈만 수정하여 유지보수가 쉬워진다.
4. 확장성 : 새로운 기능을 추가하거나 변경할 때 디자인 패턴을 활용하여 기존 코드를 변경하지 않고도 새로운 기능을 통합할 수 있다.
5. 안정성과 신뢰성 : 수많은 사람들이 인정한 모범 사례로 검증된 솔루션을 제공한다.

 

1. 생성 패턴(Creational Patterns)

- 객체 생성에 관련된 패턴으로, 객체 생성 과정을 제어하여 객체 생성을 보다 유연하고 효율적으로 한다.

 

▶ 싱글톤 패턴(Singleton Pattern): 애플리케이션에서 하나의 객체만 생성하도록 보장하는 패턴이다. 이는 전역적 접근을 가능하게 하며, 같은 인스턴스를 반복적으로 사용하는 경우 유용하다.

 

- 사용상황

1) 공유 자원을 관리해야 할 때: 데이터베이스 연결, 파일 시스템 접근, 로깅 기능 등에서 하나의 객체만 필요하거나 자원을 아끼기 위해 공유할 때 사용된다.

2) 글로벌 상태가 필요할 때: 하나의 전역 상태를 관리하거나 설정값 등을 유지해야 할 때 유용하다.

public class Logger {
    // 유일한 인스턴스를 저장할 정적 변수
    private static Logger instance;

    // 생성자를 private으로 선언하여 외부에서 인스턴스 생성 불가
    private Logger() {}

    // 유일한 인스턴스를 반환하는 메소드 (지연 초기화 방식)
    public static Logger getInstance() {
        if (instance == null) {
            instance = new Logger();
        }
        return instance;
    }

    // 로그를 출력하는 메소드
    public void log(String message) {
        System.out.println("Log: " + message);
    }
}

// 클라이언트 코드
public class SingletonPatternDemo {
    public static void main(String[] args) {
        Logger logger1 = Logger.getInstance();
        Logger logger2 = Logger.getInstance();

        // 동일한 인스턴스를 사용하는지 확인
        logger1.log("This is the first log message."); // Log: This is the first log message.
        logger2.log("This is the second log message."); // Log: This is the second log message.

        System.out.println(logger1 == logger2); // true (같은 인스턴스를 참조)
    }
}

 

▶ 팩토리 메소드 패턴(Factory Method Pattern): 객체 생성을 서브클래스에 위임하는 패턴이다. 객체를 생성하는 메소드를 따로 두어 필요한 객체의 타입에 따라 다른 객체를 생성한다.

 

- 사용상황

1) 객체 생성 로직을 캡슐화하고 싶을 때: 객체 생성 코드가 복잡하거나 여러 타입의 객체를 생성해야 할 때 사용된다.

2) 상속을 통해 새로운 객체 타입을 추가할 수 있도록 유연성을 확보해야 할 때: 객체 생성 과정을 서브클래스에 위임함으로써, 기존 코드를 수정하지 않고 새로운 객체를 추가할 수 있다.

abstract class Animal {
    public abstract String sound();
}

class Dog extends Animal {
    public String sound() {
        return "멍멍";
    }
}

class Cat extends Animal {
    public String sound() {
        return "야옹";
    }
}

class AnimalFactory {
    public static Animal createAnimal(String type) {
        if (type.equals("Dog")) {
            return new Dog();
        } else if (type.equals("Cat")) {
            return new Cat();
        }
        return null;
    }
}

 

▶ 추상 팩토리 패턴(Abstract Factory Pattern): 추상 팩토리 패턴은 관련된 객체들의 군을 생성하기 위한 인터페이스를 제공하는 패턴이다. 즉, 서로 연관되거나 의존적인 객체들의 그룹을 생성할 때 사용되며, 구체적인 클래스를 지정하지 않고도 객체를 생성할 수 있게 해준다.

 

- 사용 상황: 여러 제품 군이 존재하고, 이들 제품들이 함께 사용될 때 의존성을 가지는 경우 사용된다. 또한, 구체적인 클래스가 아닌 인터페이스나 추상 클래스로 객체 생성 과정을 캡슐화하고 싶을 때 유용하다.

// 추상 팩토리
interface FurnitureFactory {
    Chair createChair();
    Table createTable();
}

// 구체적인 팩토리 1
class ModernFurnitureFactory implements FurnitureFactory {
    @Override
    public Chair createChair() {
        return new ModernChair();
    }

    @Override
    public Table createTable() {
        return new ModernTable();
    }
}

// 구체적인 팩토리 2
class ClassicFurnitureFactory implements FurnitureFactory {
    @Override
    public Chair createChair() {
        return new ClassicChair();
    }

    @Override
    public Table createTable() {
        return new ClassicTable();
    }
}

// 추상 제품
interface Chair {
    void sitOn();
}

// 구체적인 제품 1
class ModernChair implements Chair {
    @Override
    public void sitOn() {
        System.out.println("Sitting on a modern chair.");
    }
}

// 구체적인 제품 2
class ClassicChair implements Chair {
    @Override
    public void sitOn() {
        System.out.println("Sitting on a classic chair.");
    }
}

// 클라이언트 코드
public class AbstractFactoryDemo {
    public static void main(String[] args) {
        FurnitureFactory factory = new ModernFurnitureFactory();
        Chair chair = factory.createChair();
        chair.sitOn(); // "Sitting on a modern chair."
    }
}

 

 

▶ 빌더 패턴(Builder Pattern): 복잡한 객체를 단계별로 생성하는 패턴이다. 객체를 만드는 과정에서 객체의 내부 구성이나 순서를 유연하게 조절할 수 있도록 한다. 특히, 생성자에 많은 매개변수를 전달해야 하거나, 객체를 다양한 방식으로 생성해야 하는 경우에 유용하다.

 

- 사용 상황: 객체의 생성 과정이 복잡하고 다양한 조합을 필요로 할 때, 또는 동일한 객체를 여러 단계의 과정을 통해 구성할 때 유용하다.

// 자동차 객체를 만들 때 차체, 엔진, 색상 등 여러 속성을 단계별로 설정해야 한다고 가정
// 제품 클래스
class Car {
    private String engine;
    private String body;
    private String color;

    public void setEngine(String engine) {
        this.engine = engine;
    }

    public void setBody(String body) {
        this.body = body;
    }

    public void setColor(String color) {
        this.color = color;
    }

    @Override
    public String toString() {
        return "Car [engine=" + engine + ", body=" + body + ", color=" + color + "]";
    }
}

// 빌더 인터페이스
interface CarBuilder {
    void buildEngine();
    void buildBody();
    void paint();
    Car getCar();
}

// 구체적인 빌더 클래스
class SportsCarBuilder implements CarBuilder {
    private Car car;

    public SportsCarBuilder() {
        this.car = new Car();
    }

    @Override
    public void buildEngine() {
        car.setEngine("V8 Engine");
    }

    @Override
    public void buildBody() {
        car.setBody("Coupe");
    }

    @Override
    public void paint() {
        car.setColor("Red");
    }

    @Override
    public Car getCar() {
        return car;
    }
}

// 디렉터 클래스
class CarDirector {
    private CarBuilder builder;

    public CarDirector(CarBuilder builder) {
        this.builder = builder;
    }

    public Car constructCar() {
        builder.buildEngine();
        builder.buildBody();
        builder.paint();
        return builder.getCar();
    }
}

// 클라이언트 코드
public class BuilderPatternDemo {
    public static void main(String[] args) {
        CarBuilder builder = new SportsCarBuilder();
        CarDirector director = new CarDirector(builder);
        Car car = director.constructCar();
        System.out.println(car); // Car [engine=V8 Engine, body=Coupe, color=Red]
    }
}

 

▶ 프로토타입 패턴(Prototype Pattern): 기존 객체를 복제하여 새로운 객체를 생성하는 패턴이다. 객체를 새로 생성하기보다는 기존 객체를 복사해 사용하는 방식으로, 객체 생성 비용이 크거나 복잡한 객체를 빠르게 생성할 때 유용하다.

 

- 사용상황

객체 생성 비용이 크거나, 객체를 생성하기 위한 프로세스가 복잡할 때 주로 사용한다. 또한, 여러 객체가 유사한 상태를 가질 때도 유용하다.

// 특정 도형(Shape)을 복제하여 여러 개의 도형을 생성하는 경우
// 프로토타입 인터페이스
interface Shape extends Cloneable {
    Shape clone();
    void draw();
}

// 구체적인 프로토타입 클래스
class Circle implements Shape {
    private int radius;

    public Circle(int radius) {
        this.radius = radius;
    }

    @Override
    public Circle clone() {
        return new Circle(this.radius); // 복제
    }

    @Override
    public void draw() {
        System.out.println("Drawing a circle with radius: " + radius);
    }
}

// 클라이언트 코드
public class PrototypePatternDemo {
    public static void main(String[] args) {
        Circle originalCircle = new Circle(5);
        originalCircle.draw(); // Drawing a circle with radius: 5

        // 복제된 객체
        Circle clonedCircle = originalCircle.clone();
        clonedCircle.draw(); // Drawing a circle with radius: 5
    }
}

 

 

2. 구조 패턴(Structural Patterns)

- 클래스나 객체를 구성하는 방식을 다루며, 객체 간의 관계를 쉽게 이해하고 관리할 수 있도록 돕습니다.

 

▶ 어댑터 패턴(Adapter Pattern): 호환되지 않는 인터페이스를 가진 클래스들을 연결하기 위한 패턴이다. 새로운 인터페이스를 제공하여 두 클래스 간의 호환성을 유지한다.

 

- 사용상황

기존의 클래스를 수정할 수 없거나, 수정할 필요가 없을 때 새로운 인터페이스를 사용하여 기존 클래스를 재사용해야 하는 경우이다.

// 새로운 USB-C 포트를 사용하는 기기를 기존의 HDMI 포트에 연결하고 싶을 때, 어댑터를 통해 호환성을 유지
// 기존의 HDMI 인터페이스
interface HDMI {
    void connectWithHDMI();
}

// 새로운 USB-C 인터페이스
interface USBC {
    void connectWithUSBC();
}

// HDMI를 지원하는 클래스
class HDMIDevice implements HDMI {
    @Override
    public void connectWithHDMI() {
        System.out.println("Connected with HDMI.");
    }
}

// 어댑터: USBC 인터페이스를 HDMI에 맞춰주는 역할
class HDMIToUSBCAdapter implements USBC {
    private HDMI hdmiDevice;

    public HDMIToUSBCAdapter(HDMI hdmiDevice) {
        this.hdmiDevice = hdmiDevice;
    }

    @Override
    public void connectWithUSBC() {
        System.out.println("Adapter converts USBC to HDMI.");
        hdmiDevice.connectWithHDMI();
    }
}

// 클라이언트 코드
public class AdapterPatternDemo {
    public static void main(String[] args) {
        HDMI hdmiDevice = new HDMIDevice();
        USBC adapter = new HDMIToUSBCAdapter(hdmiDevice);

        adapter.connectWithUSBC();  // USBC로 연결하지만 HDMI 장치가 작동합니다.
    }
}

 

▶ 브리지 패턴(Bridge Pattern): 추상화와 구현을 분리하여 독립적으로 변경할 수 있게 하는 패턴.

 

- 사용상황

1) 클래스 계층구조에서 구현이 여러 개일 때, 추상화 부분과 구현 부분을 분리하여 다형성을 극대화하고, 독립적으로 확장할 수 있게 한다.

2) 시스템의 확장이 예상될 때 변화가 예상되는 두 가지를 별도로 다룰 수 있는 구조를 만든다.

// TV 리모컨을 통해 서로 다른 종류의 TV(LCD, OLED)를 제어할 때.
// Implementor: 리모컨의 기본 인터페이스
interface TV {
    void on();
    void off();
}

// Concrete Implementor: 특정 TV 구현
class LCDTV implements TV {
    @Override
    public void on() {
        System.out.println("LCD TV is ON.");
    }

    @Override
    public void off() {
        System.out.println("LCD TV is OFF.");
    }
}

class OLEDTV implements TV {
    @Override
    public void on() {
        System.out.println("OLED TV is ON.");
    }

    @Override
    public void off() {
        System.out.println("OLED TV is OFF.");
    }
}

// Abstraction: 리모컨의 기본 인터페이스
abstract class RemoteControl {
    protected TV tv;

    public RemoteControl(TV tv) {
        this.tv = tv;
    }

    public abstract void togglePower();
}

// Refined Abstraction: 구체적인 리모컨 구현
class BasicRemote extends RemoteControl {
    private boolean isOn = false;

    public BasicRemote(TV tv) {
        super(tv);
    }

    @Override
    public void togglePower() {
        if (isOn) {
            tv.off();
            isOn = false;
        } else {
            tv.on();
            isOn = true;
        }
    }
}

// 클라이언트 코드
public class BridgePatternDemo {
    public static void main(String[] args) {
        TV lcdTv = new LCDTV();
        TV oledTv = new OLEDTV();

        RemoteControl remote = new BasicRemote(lcdTv);
        remote.togglePower();  // LCD TV 켜기

        remote = new BasicRemote(oledTv);
        remote.togglePower();  // OLED TV 켜기
    }
}

 

▶ 컴포지트 패턴(Composite Pattern): 객체들을 트리 구조로 구성하여 부분-전체 계층을 구현하는 패턴.

 

-사용상황

복잡한 객체 계층 구조에서 개별 객체와 그 객체들의 집합을 동일하게 다루어야 할 때이다. 예를 들어, 파일 시스템에서 파일과 폴더를 동일하게 취급할 수 있는 경우이다.

// Component
interface FileSystemComponent {
    void showDetails();
}

// Leaf (개별 객체)
class File implements FileSystemComponent {
    private String name;

    public File(String name) {
        this.name = name;
    }

    @Override
    public void showDetails() {
        System.out.println("File: " + name);
    }
}

// Composite (집합 객체)
class Folder implements FileSystemComponent {
    private String name;
    private List<FileSystemComponent> components = new ArrayList<>();

    public Folder(String name) {
        this.name = name;
    }

    public void addComponent(FileSystemComponent component) {
        components.add(component);
    }

    @Override
    public void showDetails() {
        System.out.println("Folder: " + name);
        for (FileSystemComponent component : components) {
            component.showDetails();
        }
    }
}

 

 

▶ 데코레이터 패턴(Decorator Pattern): 객체에 동적으로 새로운 기능을 추가하는 패턴.

 

- 사용상황

1) 상속을 사용하지 않고도 객체의 기능을 확장하고 싶을 때.

2) 동일한 클래스의 여러 기능 조합을 만들어야 할 때, 이를 유연하게 구성하고 싶을 때 사용한다.

// 커피주문 시스템
// Component
interface Coffee {
    String getDescription();
    double getCost();
}

// Concrete Component
class SimpleCoffee implements Coffee {
    @Override
    public String getDescription() {
        return "Simple Coffee";
    }

    @Override
    public double getCost() {
        return 5.0;
    }
}

// Decorator
abstract class CoffeeDecorator implements Coffee {
    protected Coffee coffee;

    public CoffeeDecorator(Coffee coffee) {
        this.coffee = coffee;
    }

    @Override
    public String getDescription() {
        return coffee.getDescription();
    }

    @Override
    public double getCost() {
        return coffee.getCost();
    }
}

// Concrete Decorator
class MilkDecorator extends CoffeeDecorator {
    public MilkDecorator(Coffee coffee) {
        super(coffee);
    }

    @Override
    public String getDescription() {
        return coffee.getDescription() + ", Milk";
    }

    @Override
    public double getCost() {
        return coffee.getCost() + 1.5;
    }
}

 

 

▶ 퍼사드 패턴(Facade Pattern): 서브시스템의 복잡성을 숨기고 간단한 인터페이스를 제공하는 패턴.

 

- 사용상황

1) 복잡한 서브시스템을 쉽게 사용할 수 있는 간단한 인터페이스를 제공하고자 할 때.

2) 여러 개의 서브 시스템이 함께 동작해야 하는 경우, 하나의 퍼사드를 통해 사용자가 쉽게 상호작용하도록 한다.

class Amplifier {
    public void on() { System.out.println("Amplifier on"); }
    public void off() { System.out.println("Amplifier off"); }
}

class DVDPlayer {
    public void play() { System.out.println("DVD is playing"); }
    public void stop() { System.out.println("DVD stopped"); }
}

class HomeTheaterFacade {
    private Amplifier amp;
    private DVDPlayer dvd;

    public HomeTheaterFacade(Amplifier amp, DVDPlayer dvd) {
        this.amp = amp;
        this.dvd = dvd;
    }

    public void watchMovie() {
        amp.on();
        dvd.play();
        System.out.println("Movie started!");
    }

    public void endMovie() {
        dvd.stop();
        amp.off();
        System.out.println("Movie ended!");
    }
}

 

▶ 프록시 패턴(Proxy Pattern): 다른 객체에 대한 접근을 제어하기 위한 대리 객체를 사용하는 패턴.

 

- 사용상황

리소스가 많은 객체의 생성을 지연시키거나, 접근 권한을 제어할 때 사용된다. 원격 프록시, 가상 프록시, 보호 프록시 등 다양한 방식으로 구현된다.

 

// Real Subject
class RealImage implements Image {
    private String fileName;

    public RealImage(String fileName) {
        this.fileName = fileName;
        loadFromDisk();
    }

    private void loadFromDisk() {
        System.out.println("Loading " + fileName);
    }

    @Override
    public void display() {
        System.out.println("Displaying " + fileName);
    }
}

// Proxy
class ProxyImage implements Image {
    private RealImage realImage;
    private String fileName;

    public ProxyImage(String fileName) {
        this.fileName = fileName;
    }

    @Override
    public void display() {
        if (realImage == null) {
            realImage = new RealImage(fileName);
        }
        realImage.display();
    }
}

// Client
public class ProxyPatternDemo {
    public static void main(String[] args) {
        Image image = new ProxyImage("test_image.jpg");
        // Image will be loaded only when display() is called
        image.display();
    }
}

 

3. 행위 패턴(Behavioral Patterns)

- 객체나 클래스 간의 상호작용을 다루며, 책임 분배와 커뮤니케이션을 다룬다.

 

▶ 책임 연쇄 패턴(Chain of Responsibility Pattern): 요청을 처리할 수 있는 기회를 여러 객체에게 부여하는 패턴.

 

- 사용상황

여러 처리기가 순차적으로 처리할 수 있는 시스템에서 사용된다. 예를 들어, 이벤트 처리 시스템이나 예외 처리가 여기에 해당한다.

// 요청을 단계별로 처리하는 핸들러 체인
abstract class Handler {
    protected Handler next;

    public void setNext(Handler next) {
        this.next = next;
    }

    public abstract void handleRequest(int request);
}

class ConcreteHandler1 extends Handler {
    @Override
    public void handleRequest(int request) {
        if (request < 10) {
            System.out.println("Handler1 처리: " + request);
        } else if (next != null) {
            next.handleRequest(request);
        }
    }
}

class ConcreteHandler2 extends Handler {
    @Override
    public void handleRequest(int request) {
        if (request >= 10 && request < 20) {
            System.out.println("Handler2 처리: " + request);
        } else if (next != null) {
            next.handleRequest(request);
        }
    }
}

// 사용 코드
Handler handler1 = new ConcreteHandler1();
Handler handler2 = new ConcreteHandler2();
handler1.setNext(handler2);

handler1.handleRequest(5);  // Handler1 처리
handler1.handleRequest(15); // Handler2 처리

 

▶ 커맨드 패턴(Command Pattern): 요청을 객체로 캡슐화하여 요청의 발신자와 수신자를 분리하는 패턴.

 

- 사용상황

요청을 추상화하여 객체로 표현할 필요가 있을 때, 예를 들어, 메뉴나 버튼에서의 명령 처리가 있다.

 

// 전등 켜기 끄기
// Command 인터페이스
interface Command {
    void execute();
}

// Receiver 클래스
class Light {
    public void on() { System.out.println("Light on"); }
    public void off() { System.out.println("Light off"); }
}

// Concrete Command 클래스
class LightOnCommand implements Command {
    private Light light;

    public LightOnCommand(Light light) {
        this.light = light;
    }

    @Override
    public void execute() {
        light.on();
    }
}

class LightOffCommand implements Command {
    private Light light;

    public LightOffCommand(Light light) {
        this.light = light;
    }

    @Override
    public void execute() {
        light.off();
    }
}

// Invoker 클래스
class RemoteControl {
    private Command command;

    public void setCommand(Command command) {
        this.command = command;
    }

    public void pressButton() {
        command.execute();
    }
}

// 사용 코드
Light light = new Light();
Command lightOn = new LightOnCommand(light);
Command lightOff = new LightOffCommand(light);

RemoteControl remote = new RemoteControl();
remote.setCommand(lightOn);
remote.pressButton();  // Light on
remote.setCommand(lightOff);
remote.pressButton();  // Light off

 

▶ 인터프리터 패턴(Interpreter Pattern): 언어의 문법을 클래스로 표현하고 해석하는 패턴.

 

- 사용상황

언어의 문법을 해석할 때 사용된다. 예를 들어, 계산기나 정규 표현식 해석기 등이 이 패턴을 사용한다.

 

// Expression 인터페이스
interface Expression {
    int interpret();
}

// 숫자 해석기
class NumberExpression implements Expression {
    private int number;

    public NumberExpression(int number) {
        this.number = number;
    }

    @Override
    public int interpret() {
        return number;
    }
}

// 더하기 해석기
class AddExpression implements Expression {
    private Expression leftExpression;
    private Expression rightExpression;

    public AddExpression(Expression leftExpression, Expression rightExpression) {
        this.leftExpression = leftExpression;
        this.rightExpression = rightExpression;
    }

    @Override
    public int interpret() {
        return leftExpression.interpret() + rightExpression.interpret();
    }
}

// 사용 코드
Expression expr = new AddExpression(new NumberExpression(5), new NumberExpression(3));
System.out.println("Result: " + expr.interpret()); // Result: 8

 

▶ 반복자 패턴(Iterator Pattern): 컬렉션의 내부 표현을 노출하지 않고도 그 요소들을 순회할 수 있게 하는 패턴.

 

- 사용상황

컬렉션을 일관된 방식으로 순회할 필요가 있을 때 사용된다. 예를 들어, List나 Set을 반복하면서 그 내부 구현에 상관없이 접근할 수 있다.

class NameRepository implements Iterable<String> {
    private String[] names = {"John", "Jane", "Jack"};

    @Override
    public Iterator<String> iterator() {
        return new NameIterator();
    }

    private class NameIterator implements Iterator<String> {
        int index = 0;

        @Override
        public boolean hasNext() {
            return index < names.length;
        }

        @Override
        public String next() {
            return names[index++];
        }
    }
}

// 사용 코드
NameRepository names = new NameRepository();
for (String name : names) {
    System.out.println(name);
}

 

 

▶ 중재자 패턴(Mediator Pattern): 객체들 간의 복잡한 상호작용을 캡슐화하여 중재자를 통해 처리하는 패턴.

 

- 사용상황 

객체들 간의 복잡한 상호작용이 존재할 때 이를 간소화하기 위해 사용된다.

interface ChatMediator {
    void sendMessage(String message, User user);
    void addUser(User user);
}

class ChatMediatorImpl implements ChatMediator {
    private List<User> users = new ArrayList<>();

    @Override
    public void addUser(User user) {
        users.add(user);
    }

    @Override
    public void sendMessage(String message, User user) {
        for (User u : users) {
            if (u != user) {
                u.receive(message);
            }
        }
    }
}

class User {
    protected ChatMediator mediator;
    protected String name;

    public User(ChatMediator mediator, String name) {
        this.mediator = mediator;
        this.name = name;
    }

    public void send(String message) {
        System.out.println(this.name + " Sending Message: " + message);
        mediator.sendMessage(message, this);
    }

    public void receive(String message) {
        System.out.println(this.name + " Received Message: " + message);
    }
}

// 사용 코드
ChatMediator mediator = new ChatMediatorImpl();
User user1 = new User(mediator, "User1");
User user2 = new User(mediator, "User2");

mediator.addUser(user1);
mediator.addUser(user2);

user1.send("Hello!");  // User2에게 메시지가 전달됨

 

▶ 메멘토 패턴(Memento Pattern): 객체의 상태를 저장하고 복원할 수 있는 패턴.

 

- 사용상황

객체의 상태를 나중에 복원할 필요가 있을 때, 예를 들어, 실행 취소(Undo) 기능을 구현할 때 사용다.

// 텍스트 편집기에서 실행 취소 기능
// Memento 클래스
class TextMemento {
    private String text;

    public TextMemento(String text) {
        this.text = text;
    }

    public String getText() {
        return text;
    }
}

// Originator 클래스
class TextEditor {
    private String text = "";

    public void setText(String text) {
        this.text = text;
    }

    public String getText() {
        return text;
    }

    public TextMemento save() {
        return new TextMemento(text);
    }

    public void restore(TextMemento memento) {
        this.text = memento.getText();
    }
}

// 사용 코드
TextEditor editor = new TextEditor();
editor.setText("First version");
TextMemento saved = editor.save();

editor.setText("Second version");
System.out.println("Current Text: " + editor.getText()); // Second version

editor.restore(saved);
System.out.println("Restored Text: " + editor.getText()); // First version

 

▶ 옵서버 패턴(Observer Pattern): 객체의 상태 변화가 있을 때 관련된 다른 객체들에게 자동으로 통지하는 패턴.

 

- 사용상황: 객체의 상태 변화에 따라 여러 다른 객체들이 동기화되어야 하는 경우에 사용한다.

// 날씨 정보 업데이트 시스템
import java.util.ArrayList;
import java.util.List;

// Subject 인터페이스
interface Subject {
    void addObserver(Observer o);
    void removeObserver(Observer o);
    void notifyObservers();
}

// Concrete Subject 클래스
class WeatherData implements Subject {
    private List<Observer> observers;
    private float temperature;

    public WeatherData() {
        observers = new ArrayList<>();
    }

    public void setTemperature(float temperature) {
        this.temperature = temperature;
        notifyObservers();
    }

    @Override
    public void addObserver(Observer o) {
        observers.add(o);
    }

    @Override
    public void removeObserver(Observer o) {
        observers.remove(o);
    }

    @Override
    public void notifyObservers() {
        for (Observer o : observers) {
            o.update(temperature);
        }
    }
}

// Observer 인터페이스
interface Observer {
    void update(float temperature);
}

// Concrete Observer 클래스
class Display implements Observer {
    @Override
    public void update(float temperature) {
        System.out.println("Current Temperature: " + temperature);
    }
}

// 사용 코드
WeatherData weatherData = new WeatherData();
Display display = new Display();

weatherData.addObserver(display);
weatherData.setTemperature(25.5f);  // Current Temperature: 25.5

 

▶ 상태 패턴(State Pattern): 객체의 상태에 따라 그 행동을 다르게 하는 패턴.

 

- 사용상황

객체가 여러 상태를 가지며, 그 상태에 따라 행동이 달라질 때 사용된다.

// 자동 판매기 상태 관리
// State 인터페이스
interface VendingMachineState {
    void insertCoin();
    void dispense();
}

// Concrete States
class NoCoinState implements VendingMachineState {
    @Override
    public void insertCoin() {
        System.out.println("Coin inserted.");
    }

    @Override
    public void dispense() {
        System.out.println("Insert coin first.");
    }
}

class HasCoinState implements VendingMachineState {
    @Override
    public void insertCoin() {
        System.out.println("Coin already inserted.");
    }

    @Override
    public void dispense() {
        System.out.println("Item dispensed.");
    }
}

// Context 클래스
class VendingMachine {
    private VendingMachineState state;

    public VendingMachine() {
        state = new NoCoinState();  // 초기 상태는 동전 없음
    }

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

    public void insertCoin() {
        state.insertCoin();
        setState(new HasCoinState());  // 동전 삽입 후 상태 변경
    }

    public void dispense() {
        state.dispense();
        setState(new NoCoinState());  // 물품 지급 후 상태 변경
    }
}

// 사용 코드
VendingMachine machine = new VendingMachine();
machine.insertCoin();  // Coin inserted.
machine.dispense();    // Item dispensed.

 

▶ 전략 패턴(Strategy Pattern): 알고리즘을 객체로 캡슐화하여 교체할 수 있게 하는 패턴.

 

- 사용상황

특정 기능을 여러 방법으로 구현해야 할 때, 이를 전략으로 분리하여 유연하게 교체 가능하게 할 때 사용한다.

// 할인 정책 전략
// Strategy 인터페이스
interface DiscountStrategy {
    double applyDiscount(double price);
}

// Concrete Strategies
class NoDiscountStrategy implements DiscountStrategy {
    @Override
    public double applyDiscount(double price) {
        return price;
    }
}

class PercentageDiscountStrategy implements DiscountStrategy {
    private double percentage;

    public PercentageDiscountStrategy(double percentage) {
        this.percentage = percentage;
    }

    @Override
    public double applyDiscount(double price) {
        return price - (price * percentage / 100);
    }
}

// Context 클래스
class ShoppingCart {
    private DiscountStrategy discountStrategy;

    public void setDiscountStrategy(DiscountStrategy discountStrategy) {
        this.discountStrategy = discountStrategy;
    }

    public double calculateTotal(double price) {
        return discountStrategy.applyDiscount(price);
    }
}

// 사용 코드
ShoppingCart cart = new ShoppingCart();
cart.setDiscountStrategy(new NoDiscountStrategy());
System.out.println(cart.calculateTotal(100));  // 100.0

cart.setDiscountStrategy(new PercentageDiscountStrategy(10));
System.out.println(cart.calculateTotal(100));  // 90.0

 

▶ 템플릿 메소드 패턴(Template Method Pattern): 알고리즘의 구조를 정의하고, 세부 구현을 서브클래스에서 처리하는 패턴.

 

- 사용상황

알고리즘의 공통적인 부분을 재사용하고, 세부적인 구현을 서브클래스에서 확장하도록 할 때 사용힌다.

 

// 요리 과정
abstract class Cooking {
    // 템플릿 메소드
    public final void cook() {
        prepareIngredients();
        cookDish();
        serve();
    }

    protected abstract void prepareIngredients();
    protected abstract void cookDish();

    private void serve() {
        System.out.println("Dish served!");
    }
}

class PastaCooking extends Cooking {
    @Override
    protected void prepareIngredients() {
        System.out.println("Preparing pasta ingredients.");
    }

    @Override
    protected void cookDish() {
        System.out.println("Cooking pasta.");
    }
}

// 사용 코드
Cooking pasta = new PastaCooking();
pasta.cook();  
// Preparing pasta ingredients.
// Cooking pasta.
// Dish served!

 

▶ 방문자 패턴(Visitor Pattern): 객체 구조의 각 요소에 대해 수행할 작업을 별도의 객체로 캡슐화하는 패턴.

 

- 사용상황

객체 구조는 변경되지 않으면서, 각 요소에 대해 다양한 작업을 추가하고자 할 때 사용한다.

 

// 파일 시스템에서 파일과 폴더에 대한 작업
// Visitor 인터페이스
interface Visitor {
    void visit(File file);
    void visit(Folder folder);
}

// Element 인터페이스
interface Element {
    void accept(Visitor visitor);
}

// Concrete Element (File)
class File implements Element {
    private String name;

    public File(String name) {
        this.name = name;
    }

    public String getName() {
        return name;
    }

    @Override
    public void accept(Visitor visitor) {
        visitor.visit(this);
    }
}

// Concrete Element (Folder)
class Folder implements Element {
    private String name;
    private List<Element> elements = new ArrayList<>();

    public Folder(String name) {
        this.name = name;
    }

    public void addElement(Element element) {
        elements.add(element);
    }

    @Override
    public void accept(Visitor visitor) {
        visitor.visit(this);
        for (Element e : elements) {
            e.accept(visitor);
        }
    }
}

// Concrete Visitor
class PrintVisitor