헤드퍼스트 디자인패턴

본 책을 읽고 책의 내용을 간략하게 정리한 글입니다.

Chapter 2. 객체들에게 연락 돌리기 - 옵저버 패턴

기상 모니터링 애플리케이션 알아보기

이 시스템은 기상 스테이션(실제 기상 정보를 수집하는 장비), WeatherData 객체(기상 스테이션으로부터 오는 정보를 추적하는 객체), 사용자에게 현재 기상 조건을 보여 주는 디스플레이 장비 3가지 요소로 이루어진다고 가정한다.
WeatherData 객체는 물리 기상 스테이션과 통신해서 갱신된 기상 데이터를 가져온다.
디스플레이를 업데이트하려면 우선 WeatherData 객체를 고쳐야 한다.

WeatherData 클래스 살펴보기

|    WeatherData       |
| -------------------- |
| getTemperature()     |
| getHumidity()        |
| getPressure()        |
| measurementChanged() |

/*
 * 온도, 습도, 기압 값 등 기상 관측값을 새로 받을 때마다 메서드가 호출됩니다.
 */
public void measurementsChanged() {
    // 코드가 들어갈 자리
}

구현 목표

디스플레이를 구현하고 새로운 값이 들어올 때마다, 즉 measurementsChanged() 메서드가 호출될 때마다 WeatherData에서 디스플레이를 업데이트해야 한다는 사실을 파악했다.
조금 더 자세히 따져보자.
- WeatherData 클래스에는 3가지 측정값 (온도, 습도, 기압)의 Getter 메서드가 존재한다.
- 새로운 기상 측정 데이터가 들어올 때마다 measurementsChanged() 메서드가 호출된다. (어떤 식으로 호출되는지 모르며, 그냥 메서드가 호출된다는 사실만 알고 있다.)
- 기상 데이터를 사용하는 디스플레이 요소 3가지를 구현해야 한다. 하나는 현재 조건 디스플레이, 다른 하나는 기상 통계 디스플레이, 마지막은 기상 예보 디스플레이이다. WeatherData에서 새로운 측정값이 들어올 때마다 디스플레이를 갱신해야 한다.
- 디스플레이를 업데이트하도록 measurementsChanged() 메서드에 코드를 추가해야 한다.

추가 목표

소프트웨어 개발에서 바뀌지 않는 단 하나: 변화를 생각해야 한다.
나중에 기상 스테이션이 성공하면 디스플레이가 더 늘어날 수도 있고, 디스플레이를 추가할 수 있는 마켓플레이스가 만들어질지도 모른다.
- 확장 기능을 추가해본다면?

확장성

지금은 3가지 디스플레이 뿐이지만 언젠가는 마켓플레이스에 새로운 디스플레이가 들어오게 될지도 모른다.

기상 스테이션용 코드 추가하기

public class WeatherData {
    // 인스턴스 변수 선언
    
    public void measurementsChanged() {
        
        float temp = getTemperature();
        float humidity = getHumidity();
        float pressure = getPressure();
        
        currentConditionDisplay.update(temp, humidity, pressure);
        statisticDisplay.update(temp, humidity, pressure);
        forecastDisplay.update(temp, humidity, pressure);
    }
    
    // 기타 메서드
}

원칙적으로 추가 코드 살펴보기

currentConditionDisplay.update(temp, humidity, pressure);
statisticDisplay.update(temp, humidity, pressure);
forecastDisplay.update(temp, humidity, pressure);

위 부분은 바뀔 수 있는 부분이므로 캡슐화해야 한다.
- 디스플레이 항목과 데이터를 주고받는 데 공통된 인터페이스를 사용하고 있는 것으로 보인다.
  - 모두 온도, 습도, 기압 값을 받아들이는 update() 메서드를 가지고 있으므로
- 실행 중에 디스플레이를 더하거나 빼려면 어떻게 해야 할까?

옵저버 패턴 이해하기

신문 구독 메커니즘을 제대로 이해한다면 옵저버 패턴을 쉽게 이해할 수 있다.
- 신문사 + 구독자 = 옵저버 패턴
- 신문사를 주제(subject), 구독자를 옵저버(observer)
주제 객체
- 주제에서 중요한 데이터를 관리한다.
- 주제 데이터가 바뀌면 옵저버 객체에게 그 소식이 전해진다.
- 데이터가 바뀌면 새로운 데이터 값이 어떤 방법으로든 옵저버 객체에게 전달된다.
옵저버 객체
- 옵저버 객체들은 주제를 구독하고 있으며 (주제 객체에 등록되어 있으며) 주제 데이터가 바뀌면 갱신 내용을 전달받는다.

옵저버 패턴의 정의

옵저버 패턴은 한 객체의 상태가 바뀌면 그 객체에 의존하는 다른 객체에게 연락이 가고 자동으로 내용이 갱신되는 방식으로 일대다 (One-to-Many) 의존성을 정의한다.
주제 객체와 옵저버 객체로 일대다 관계가 정의된다.
옵저버 패턴은 여러 가지 방법으로 구현할 수 있지만, 보통 주제 인터페이스와 옵저버 인터페이스가 들어있는 클래스 디자인으로 구현한다.

옵저버 패턴의 구조

Subject (인터페이스)
- 주제를 나타내는 Subject 인터페이스
- 객체에서 옵저버로 등록하거나 옵저버 목록에서 탈퇴하고 싶을 때는 이 인터페이스 안에 있는 메서드를 사용한다.
```
|      Subject       |
| ------------------ |
| registerObserver() |
| removeObserver()   |
| notifyObserver()   |
```
Observer (인터페이스)
- 옵저버가 될 가능성이 있는 객체는 반드시 Observer 인터페이스를 구현해야 한다.
- 이 인터페이스에는 주제의 상태가 바뀌었을 때 호출되는 update() 메서드밖에 없다.
- 각 주제마다 여러 개의 옵저버가 있을 수 있다.
```
| Observer |
| -------- |
| update() |
```
ConcreteObserver
- Observer 인터페이스만 구현한다면 무엇이든 옵저버 클래스가 될 수 있다.
- 각 옵저버는 특정 주제에 등록해서 연락할 수 있다.
```
|  ConcreteObserver     |
| --------------------- |
| update()              |
| // 기타 옵저버용 메서드 |
```
ConcreteSubject
- 주제 역할을 하는 구상 클래스에는 항상 Subject 인터페이스를 구현해야 한다.
- 주제 클래스에는 등록 및 해지용 메서드와 상태가 바뀔 때마다 모든 옵저버에게 연락하는 notifyObserver() 메서드로 구현해야 한다.
- 주제 클래스에는 상태를 설정하고 알아내는 Setter/Getter 메서드가 들어있을 수 있다.
```
|     ConcreteSubject      |
| ------------------------ |
| registerObserver() {...} |
| removeObserver() {...}   |
| notifyObserver() {...}   |
| getState()               |
| setState()               |
```

느슨한 결합의 위력

느슨한 결합 (Loose Coupling)은 객체들이 상호작용할 수는 있지만, 서로를 잘 모르는 관계를 의미한다.
옵저버 패턴은 느슨한 결합을 보여주는 대표적인 예시이다.
옵저버 패턴에서 어떻게 느슨한 결합을 만들까?

주제는 옵저버가 특정 인터페이스(Observer 인터페이스)를 구현한다는 사실만 압니다

옵저버의 구상 클래스가 무엇인지, 옵저버가 무엇을 하는지는 알 필요 없다.

옵저버는 언제든지 새로 추가할 수 있다.

주제는 Observer 인터페이스를 구현하는 객체의 목록에만 의존하므로 언제든지 새로운 옵저버를 추가할 수 있다.
실행 중에 하나의 옵저버를 다른 옵저버로 바꿔도 주제는 계속해서 다른 옵저버에 데이터를 보낼 수 있다.
마찬가지로 아무 때나 옵저버를 제거해도 된다.

새로운 형식의 옵저버를 추가할 때도 주제를 변경할 필요가 전혀 없다.

옵저버가 되어야 하는 새로운 구상 클래스가 생겼을 때도, 새로운 클래스 형식을 받아들일 수 있도록 주제를 바꿔야 할 필요 없다.
새로운 클래스에서 Observer 인터페이스를 구현하고 옵저버로 등록하기만 해도 된다.

주제와 옵저버는 서로 독립적으로 재사용할 수 있다.

주제나 옵저버를 다른 용도로 활용할 일이 있다고 해도 손쉽게 재사용할 수 있다.

주제나 옵저버가 달라져도 서로에게 영향을 미치지 않는다.

주제나 옵저버 인터페이스를 구현한다는 조건만 만족한다면 어떻게 고쳐도 문제가 생기지 않는다.

디자인 원칙 4

상호작용하는 객체 사이에는 가능하면 느슨한 결합을 사용해야 한다.
- 느슨하게 결합하는 디자인을 사용하면 변경 사항이 생겨도 무난히 처리할 수 있는 유연한 객체지향 시스템을 구축할 수 있다.
- 객체 사이의 상호의존성을 최소화할 수 있기 때문

기상 스테이션 설계하기

기상 스테이션 프로젝트에 옵저버 패턴 적용하기

옵저버 패턴은 한 객체의 상태가 바뀌면 그 객체에 의존하는 다른 객체에게 연락이 가고 자동으로 내용이 갱신되는 일대다 의존성을 정의한다.
- WeatherData 클래스가 일(one)에 해당하고, 디스플레이 요소는 다(many)에 해당한다.
- WeatherData 객체가 주제가 되고 디스플레이 요소가 옵저버가 되면 디스플레이에서 원하는 정보를 얻기 위해 WeatherData 객체에 등록한다.
- 모든 디스플레이 요소가 다를 수 있으므로 공통적인 인터페이스를 사용해야 한다.
  - 모든 디스플레이에 WeatherData에서 호출할 수 있는 update() 메서드가 있어야 한다.
  - update()는 공통 인터페이스에서 정의해야 한다.

기상 스테이션 설계 만들어보기

WeatherData는 Subject 인터페이스를 구현한다.

|      WeatherData      |
| --------------------- |
| registerObserver()    |
| removeObserver()      |
| notifyObserver()      |
|                       |
| getTemperature()      |
| getHumidity()         |
| getPressure()         |
| measurementsChanged() |

모든 가상 구성 요소에 Observer 인터페이스를 구현한다.
이 인터페이스는 주제에서 옵저버에게 갱신된 정보를 전달하는 방법을 제공한다.
```
| <<Interface>>  |
|    Observer    |
| -------------- |
| update()       |
```
모든 디스플레이 요소에 구현 인터페이스를 하나 더 만든다.

디스플레이 항목에는 display() 메서드만 구현한다.

| <<Interface>>  |
| DisplayElement |
| -------------- |
| display()      |

디스플레이 항목들을 각각 구현한다.

|  CurrentConditionDisplay  |
| ------------------------- |
| update()                  |
| display()                 |
| { // 측정값을 화면에 표시 } |

|      StatisticsDisplay         |
| ------------------------------ |
| update()                       |
| display()                      |
| { // 평균, 최저, 최고값 표시 }   |

|  ForecastDisplay  |
| ----------------- |
| update()          |
| display()         |
| { // 기상 예보 }   |

기상 스테이션 구현하기

public interface Subject {
    public void registerObserver(Observer o);
    public void removeObserver(Observer o);
    public void notifyObservers();
    
    public interface Observer {
        public void update(float temp, float humidity, float pressure);
    }
    
    public interface DisplayElement {
        public void display();
    }
}

Subject 인터페이스 구현체

public class WeatherData implements Subject {
    private List<Observer> observers;
    private float temperature;
    private float humidity;
    private float pressure;
    
    public WeatherData() {
        observers = new ArrayList<Observer>();
    }
    
    /*
    * 옵저버가 등록을 요청하면 추가해주는 메서드
    */
    @Override
    public void registerObserver(Observer o) {
        observers.add(o);
    }
    
    /*
     * 옵저버가 탈퇴를 요청하면 빼주는 메서드
     */
    @Override
    public void removeObserver(Observer o) {
        observers.remove(o);
    }
    
    /*
    * 가장 중요한 부분
    * 모든 옵저버에게 상태 변화를 알려주는 부분
    * 모두 Observer 인터페이스를 구현하여 update() 메서드가 있는 객체들이므로 손쉽게 상태 변화를 알려줄 수 있다.
    */
    @Override
    public void notifyObservers() {
        for (Observer observer : observers) {
            observer.update(temperature, humidity, pressure);
        }
    }
    
    /*
     * 기상 스테이션으로부터 갱신된 측정값을 받으면 옵저버들에게 알린다.
     */
    public void measurementsChanged() {
        notifyObservers();
    }
    
    public void setMeasurements(float temperature, float humidity, float pressure) {
        this.temperature = temperature;
        this.humidity = humidity;
        this.pressure = pressure;
        measurementsChanged();
    }
    
    // 기타 WeatherData 메서드
}

디스플레이 요소 구현체

public class CurrentConditionDisplay implements Observer, DisplayElement {
    private float temperature;
    private float humidity;
    private WeatherData weatherData;
    
    /*
     * 생성자에 WeatherData 주제가 전달되며 그 객체를 써서 디스플레이를 옵저버로 등록한다.
     * 주제 레퍼런스를 미리 저장하면 나중에 옵저버 목록에서 탈퇴할 때 유용하게 사용할 수 있다.
     */
    public CurrentConditionDisplay(WeatherData weatherData) {
        this.weatherData = weatherData;
        weatherData.registerObserver(this);
    }

    /*
     * update()가 호출되면 온도와 습도를 저장하고 display()를 호출한다.
     */
    public void update(float temperature, float humidity, float pressure) {
        this.temperature = temperature;
        this.humidity = humidity;
        display();
    }
    
    /*
     * 가장 최근에 받은 온도와 습도를 출력한다.
     */
    public void display() {
        System.out.println("현재 상태: 온도 %f F, 습도 %f %".formatted(temperature, humidity));
    }
}

update() 메서드에서 display() 메서드를 호출하는 방법이 최선일까?

위 예제에서는 값이 바뀔 때마다 display()를 호출해주는 방법이 괜찮아보이지만 최선의 방법은 아니다.
데이터를 화면에 표시하는 더 좋은 방법은 모델-뷰-컨트롤러 패턴에서 더 자세히 알아볼 것

라이브러리 속 옵저버 패턴 알아보기

스윙 라이브러리

스윙 툴킷 중 하나인 JButton 클래스
- JButton의 슈퍼클래스인 AbstractButton을 찾아보면 리스너를 추가하고 제거하는 메서드가 잔뜩 들어있다.
- 이 메서드들은 스윙 구성 요소에서 일어나는 다양한 유형의 이벤트를 감시하는 옵저버를 추가하거나 제거하는 역할을 한다.
  - (스윙 라이브러리에서는 리스너라고 함)

자바빈

자바빈에 있는 옵저버 패턴이 궁금하다면 PropertyChangeListener 인터페이스를 확인해보자.

자바의 Observable 클래스?

자바에는 옵저버 패턴용 Observable 클래스 (주제 클래스)와 Observer 인터페이스가 존재했다.
- Observable 클래스는 직접 코드를 작성하지 않아도 옵저버를 추가하고 삭제하고 옵저버에게 알림을 보내는 메서드를 제공했다.
- Observer 인터페이스는 update() 메서드를 포함하여 앞서 만들었던 것과 유사한 인터페이스를 제공했다.
이 클래스들은 자바 9 이후로 쓰이지 않는다.
- 각자 코드에서 더 강력한 기능을 스스로 구현하는 게 낫겠다고 생각하는 사람들이 늘면서 사라지게 되었다.

풀 (pull) 방식으로 코드 바꾸기

푸시를 풀로 바꾸는 건 좋은 생각이다

사실 주제가 옵저버로 데이터를 보내는 푸시(push)를 사용하거나 옵저버가 주제로부터 데이터를 당겨오는 풀(pull)을 사용하는 방법 중 하나를 선택하는 일은 구현 방법의 문제로 볼 수 있다.
대체로 옵저버가 필요한 데이터를 골라서 가져가도록 만드는 방법이 더 좋다.
값이 변했다는 알림을 옵저버가 받았을 때 주제에 있는 Getter 메서드를 호출해 필요한 값을 당겨오도록 하자.

1. 주제에서 알림 보내기

옵저버의 update 메서드를 인자 없이 호출하도록 WeatherData의 notifyObservers() 메서드를 수정한다.

public void notifyObservers() {
  for (Observer observer : observers) {
      observer.update();
  }
}

2. 옵저버에서 알림 받기

Observer 인터페이스에서 update() 메서드에 매개변수가 없도록 서명을 수정해준다.
```
public interface Observer {
  public void update();
}
```
update() 메서드의 서명을 바꾸고 WeatherData의 Getter 메서드로 주제의 기상 데이터를 가져오도록 각 Observer 구현 클래스를 수정한다.

CurrentConditionsDisplay 클래스 코드는 다음과 같이 수정한다.

public void update() {
  this.temperature = weatherData.getTemperature();
  this.humidity = weatherData.getHumidity();
  display();
}

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헤드퍼스트 디자인패턴 Chapter2