소프트웨어 아키텍처
소프트웨어 아키텍처는 소프트웨어의 골격이 되는 기본 구조이자, 소프트웨어를 구성하는 요소들 간의 관계를 표현하는 시스템의 구조 또는 구조체이다. 개발 시 적용되는 원칙과 지침이며, 이해 관계자들의 의사소통 도구로 활용된다. 기본적으로 좋은 품질을 유지하면서 사용자의 비기능적 요구사항 으로 나타난 제약을 반영하고, 기능적 요구사하을 구현하는 방법을 찾는 해결과정이다.
상위 설계
별칭: 아키텍처 설계, 예비 설계
설계 대상: 시스템의 전체적인 구조
세부 목록: 구조, DB, 인터페이스
하위 설계
별칭: 모듈 설계, 상세 설계
설계 대상: 시스템의 내부 구조 및 행위
세부 목록: 컴포넌트, 자료 구조, 알고리즘
모듈화
모듈화란 소프트웨어의 성능을 향상시키거나 시스템의 수정 및 재사용, 유지 관리 등이 용이하도록 시스템의 기능들을 모듈 단위로 나누는 것을 의미한다. 자주 사용되는 계산식이나 사용자 인증과 같은 기능들을 공통 모듈로 구성하여 프로젝트의 재사용성을 향상 시킬 수 있다. 모듈화를 통해 기능의 분리가 가능하여 인터페이스가 단순해진다. 효율적인 관리가 가능하고, 오류의 파급 효과를 최소화 가능.
모듈의 크기를 너무 작게 나누면 통합 비용이 많이 들고, 너무 크게 나누면 갯수가 적어 비용은 적게 들지만 하나의 개발 비용이 많이 든다.
추상화의 유형
추상화란 문제의 전체적이고 포괄적인 개념을 설계한 후 차례로 세분화하여 구체화 시켜 나가는 것이다. 완전한 시스템을 구축하기 전에 그 시스템과 유사한 모델을 만들어 여러 가지 요인들을 테스트 할 수 있다. 최소의 비용으로 실제 상황에 대처할 수 있고, 시스템의 구조 및 구성을 대략적으로 파악할 수 있게 해준다.
과정 추상화 - 전반적인 흐름만 설계하는 방법
데이터 추상화 - 데이터 구조를 대표할 수 있는 표현으로 대체하는 방법
제어 추상화 - 대표할 수 있는 표현으로 대체 하는 방법.
단계적 분해(Stepwise Refinement)
Niklaus Wirth에 의해 제안된 하향식 설계 전략. 문제의 상위 중요 개념으로부터 하위 개념으로 구체화시키는 기법. 추상화의 반복에 의해 세분화 되고, 소프트웨어의 기능에서부터 시작하여 점차적으로 구체화하고, 알고리즘, 자료구조 등 상세한 내역은 가능한 한 뒤로 미루어 진행한다.
정보 은닉
정보은닉은 한 모듈 내부에 포함된 절차와 자료들의 정보가 감추어져 다른 모듈이 접근하거나 변경하지 못하도록 하는 기법이다.
정보 은닉된 모듈과 커뮤니케이션 할 필요가 있을 때에는 필요한 정보만 인터페이스를 통해 주고 받는다.
모듈을 독립적으로 수행할 수 있고, 하나의 모듈이 변경되더라도 다른 모듈에 영향을 주지 않으므로 수정, 시험, 유지보수가 용이하다.
소프트웨어 아키텍처의 품질 속성
소프트웨어 아키텍처가 이해 관계자들이 요구하는 수준의 품질을 유지 및 보장할 수 있게 설계 되었는지를 확인하기 위해 품질 평가 요소들을 시스템 측면, 비즈니스 측면, 아키텍처 측면으로 구분하여 구체화시켜 놓은것.
시스템 - 성능, 변경, 사(용성), 기(능성), 가(용성), 확장 + 보안, 기타
비즈니스 - 시장 적시성, 비용과 혜택(개발비용을 더 투자해서 유연성이 높은 아키텍처를 만들것인지), 예상 시스템 수명, 기타 속성
아키텍처 - 개념적 무결성(일관성 유지), 정확성+완결성(제약사항 모두 충족), 구축 가능성, 기타 속성
소프트웨어 아키텍처의 설계 과정
아키텍처의 설계 과정은 설계 목표 설정, 시스템 타입 결정, 아키텍처 패턴, 적용, 서브시스템 구체화, 검토 순으로 진행된다.
시스템 타입:
대화형 시스템 - 사용자의 요구가 발생하면 이를 처리하고 반응하는 시스템. 쇼핑몰.
이벤트 중심 시스템 - 외부의 상태 변화에 따라 동작하는 시스템. 예: 전화, 비상벨 등의 내장 소프트웨어.
변환형 시스템 - 데이터가 입력되면 정해진 작업들을 수행하여 결과를 출력하는 시스템. 예: 컴파일러, 네트워크 프로토콜.
객체 영속형 시스템 - 데이터베이스를 사용하여 파일을 효과적으로 저장, 검색, 갱신 할 수 있는 시스템. 예: 서버관리 소프트웨어.
협약에 의한 설계
선행조건(Precondition) - 오퍼레이션 호출되기전 참 이 되어야 할 조건
결과조건(Postcondition) - 오퍼레이션 수행 된 후 만족되어야 할 조건
불변조건(Invariant) - 오퍼레이션 실행되는 동안 항상 만족되어야 할 조건
아키텍처 패턴
아키텍처 패턴 - 아키텍처를 설계할 때 참조할 수 있는 전형적인 해결 방식 또는 예제.
소프트웨어 시스템 구조를 구성하기 위한 기본적인 윤곽 제시. 서브시스템들과 그 역할이 정의되어 있고 서브시스템 사이의 관계에 여러규칙/지침 등이 포함되어 있다. 아키텍처 스타일 또는 표준 아키텍처 라고도 한다.
아키텍처 패턴의 장점은: 시행착오를 줄여 개발 시간을 단축시키고, 고품질의 소프트웨어를 생산할 수 있다. 검증된 구조로 개발하기 때문에 안정적인 개발이 가능하다. 이해관계자들이 공통된 아키텍처를 공유하여 의사소통이 간편해진다. 시스템의 특성을 개발 전에 예측 가능하고 시스템 구조를 이해하는것이 쉬워, 손쉽게 유지보수를 수행할 수 있다.
레이어 패턴 (Layers pattern)
레이어 패턴은 - 시스템을 계층으로 구분하여 구성하는 고전적인 방법중 하나이다.
하위 계층은 상위 계층에 대한 서비스 제공자가 되고, 상위 계층은 하위 계층의 클라이언트. 서로 마주보는 두 개의 계층 사이에서만 상호작용이 이루어지며, 변경 사항을 적용할 때도 서로 마주보는 두개의 계층에만 영향을 미치므로 변경 작업이 용이. 레이어 패턴은 특정 계층만을 교체해 시스템을 개선하는 것이 가능. 대표적으로 OSI 참조 모델이 있다.
OSI 참조 모델* - 국제표준화기구에서 네트워크 프로토콜을 계층별로 구분한 모델로 물리계층, 데이터 링크, 네트워크, 전송, 세션, 표현, 응용 계층으로 구성되어 있다.
클라이언트-서버 패턴 (Client - Server Pattern)
클라이언트-서버 패턴 - 하나의 서버 컴포넌트와 다수의 클라이언트 컴포넌트로 구성되는 패턴이다.
사용자가 클라이언트를 통해 서버에 요청하고 클라이언트가 응답을 받아 사용자에게 제공하는 방식으로 서비스를 제공한다. 서버는 클라이언트의 요청에 대비해 항상 대기 상태를 유지 해야한다. 요청과 응답을 받기 위해 동기화되는 경우 제외하고 서로 독립적이다.
파이프-필터 패턴 (Pipe-Filter Pattern)
파이프-필터 패턴은 - 데이터 스트림* 절차의 각 단계를 필터 컴포넌트로 캡슐화하여 파이프를 통해 데이터를 전송하는 패턴이다. 시스템이 파이프처럼 연결되어 있어 앞 시스템의 처리 결과물을 파이프를 통해 전달받아 처리한 후 그 결과물을 다시 파이프를 통해 다음 시스템으로 넘겨주는 패턴을 반복하는 것.
필터 컴포넌트는 재사용성이 좋고, 추가가 쉬워 확장이 용이하다.
필터 컴포넌트들을 재배치하여 다양한 파이프라인*을 구축하는 것이 가능하다.
파이프-필터 패턴은 데이터 변환, 버퍼링, 동기화 등에 주로 사용된다.
필터 간 데이터 이동시 데이터 변환으로 인한 오버헤드가 발생한다.
대표적으로 유닉스의 쉘이 있다.
데이터 스트림* - 데이터가 송/수신되거나 처리되는 일련의 연속적인 흐름
파이프라인* - 필터와 파이프를 통해 처리되는 일련의 처리 과정
MVC 패턴 (Model - View -Controller Pattern)
각 부분은 별도의 컴포넌트로 분리되어 있으므로 서로 영향을 받지않고 개발 작업 수행가능. 여러개의 뷰를 만들수 있으므로 한개의 모델에 대해 여러개의 뷰를 필요로 하는 대화형 애플리케이션*에 적합.
대화형 애플리케이션* - 온라인 쇼핑몰 사이트나 스마트폰 앱과 같이 사용자의 요구가 발생하면 시스템이 이를 처리하고 반응하는 소프트웨어.
Model: 서브시스템의 핵심 기능과 데이터를 보관한다.
View: 보이는 역할. 사용자에게 정보를 표시한다.
Controller: 변경. 사용자로부터 입력된 변경 요청을 처리하기 위해 모델에게 명령을 보낸다.
기타패턴 :
Master-Slave Pattern - 마스트 컴포넌트는 동일한 구조의 슬레이브 컴포넌트로 작업을 분할한 후, 슬레이브 컴포넌트에서 처리된 결과물을 다시 돌려받는 방식으로 작업을 수행하는 패턴이다. 마스터 컴포넌트는 모든 작업의 주체이고, 슬레이브 컴포넌트는 마스터 컴포넌트의 지시에 따라 작업을 수행하여 결과를 반환한다. 장애 허용 시스템과 병렬 컴퓨팅 시스템에서 주로 활용된다.
Broker Pattern - 사용자가 원하는 서비스와 특성을 브로커 컴포넌트에 요청하면 요청에 맞는 사용자를 연결해준다. 원격 서비스 호출에 응답하는 컴포넌트들이 여러개 있을대 적합. 분산 환경 시스템에서주로 활용.
Peer-To-Peer Pattern - 피어를 하나의 컴포넌트로 간주. 피어는 클라이언트 또는 서버가 될수도 있다. 전형적인 멀티스레딩* 방식사용한다.
Event-Bus Pattern - 주요컴포넌트: 소스(이벤트 생성), 리스너(이벤트 수행), 채널(이벤트 통로), 버스(채널관리) 소스가 특정 채널에 이벤트 메시지를 발행하면, 해당 채널을 구독한 리스너들이 메시지를 받아 이벤트를 처리하는 방식.
Blackboard Pattern - 해결책이 명확하지 않은 문제를 처리하는데 유용한 패턴. 모든 컴포넌트들이 공유 데이터 저장소와 블랙보드 컴포넌트에 접그이 가능한 형태로, 컴포넌트들은 검색을 통해 블랙보드에서 원하는 데이터 값을 찾을수 있다. 음성인식, 차량식별, 신호해석 등에 주로 활용.
Interpreter Pattern - 프로그램 코드의 각 라인을 숳애하는 방법을 지정하고 기호마다 클래스를 갖도록 구성. 특정 언어로 작성된 프로그램 코드를 해석하는 컴포넌트를 설계할때 사용.
멀티쓰레딩(Multi Threading) - 프로세스를 두개 이상의 실행 단위로 구분하여 자원을 공유하며 병렬로 수행하는 기능.
장애 허용 시스템 - 시스템의 일부가 결함 또는 고장으로 기능이 정지되더라도 해당 부분의 기능만 수행이 불가능할 뿐 전체 시스템은 정상적으로 수행이 가능한 시스템
객체지향(Object-Oriented)
객체지향
현실 세계의 개체를 기계의 부품처럼 하나의 객체로 만들어, 기계적인 부품들을 조립하여 제품을 만들 듯이 소프트웨어를 개발할 때 개체들을 조립해서 작성할 수 있는 기법을 말한다.
구조적 기법의 문제점으로 인한 해결책으로 채택됨.
소프트웨어의 재사용 및 확장이 용이하여 빠르게 개발 가능하고 유지보수가 쉽다. 복잡한 구조를 단계적/계층적으로 표현하고, 멀티미디어 데이터 및 병렬 처리를 지원한다.
현실 세계를 모형화하므로 이해하기 쉽다.
주요 구성요소와 개념에는 객체(Object), 클래스(Class), 캡슐화(Encapsulation), 상속(Inheritance), 다형성(Polymorphism), 연관성(Relationship)이 있다.
객체
객체는 - 데이터와 데이터를 처리하는 함수를 묶어 놓은(캡슐화한) 하나의 소프트웨어 모듈이다.
데이터 - 객체가 가지고 있는 정보. 속성이나, 상태, 분류 나타냄. 속성, 상태, 변수, 상수, 자료 구조라고 한다.
함수 - 객체가 수행하는 기능으로 객체가 갖는 데이터를 처리하는 알고리즘. 객체의 상태를 참조하거나 변경하는 수단이 되는것으로 메소드, 서비스, 동작, 연산 이라고도 한다.
독립적으로 식별 가능한 이름을 가지고 있고 객체가 가질수 있는 조건을 상태라고 하는데 시간에 따라 변한다.
객체와 객체는 상호 연관성에 의한 관계가 형성한다.
객체가 반응할 수 있는 메시지의 집합을 행위라고 하며, 객체는 행위의 특징을 나타낼 수 있다. 일정한 기억장소를 가지고 있고, 객체의 메소드는 다른 객체로부터 메시지를 받았을 때 정해진 기능을 수행한다.
메시지
객체들 간에 상호작용을 하는데 사용되는 수단으로, 객체에게 어떤 행위를 하도록 지시하는 명령 또는 요구사항.
클래스
클래스는 - 공통된 속성과 연산을 갖는 객체의 집합으로, 객체의 일반적인 타입을 의미한다. 각각의 객체들이 갖는 속성과 연산을 정의하고 있는 틀. 클래스는 객체지향 프로그램에서 데이터를 추상화하는 단위이다. 각각의 객체를 인스턴스라고 한다. 동일 클래스에 속한 각각의 객체들은 공통된 속성과 행위를 가지고 있으면서 그 속성에 대한 정보가 서로 달라서 동일 기능을 하는 여러 가지 객체들이 있다. 최상위 클래스는 상위 클래스를 갖지 않는 클래스를 의미한다.
캡슐화
캡슐화는 - 데이터(속성)과 데이터를 처리하는 함수를 하나로 묶은 것. 캡슐화된 객체들은 세부내용이 정보 은닉 되어 외부에서 접근이 제한적이기 때문에 외부 모듈의 변경으로 인한 파급효과가 적다. 재사용이 용이하고, 메시지를 주고 받을때 상대 객체의 세부 내용은 알 필요가 없으므로 인터페이스가 단순해지고 객체간의 결합도가 낮아진다.
상속
상속은 - 이미 정의된 상위 클래스의 모든 속성과 연산을 하위 클래스가 물려받는 것. 상위 클래스의 속성과 연산을 하위 클래스가 사용할 수 있기 때문에 객체와 클래스의 재사용을 높이는 중요한 개념이다. 다중 상속이란 한개의 클래스가 두개 이상의 상위 클래스로부터 속성과 연산을 상속 받는 것이다. 물론, 클래스 계층을 복잡하게 만들어 상속 순서 추적이 어렵고 상위 클래스의 변경이 하위 클래스에 의도하지 않은 영향을 미칠수도 있어 다중 상속을 허용하지 않는 언어도 있다.
다형성 (Polymorphism)
다형성은 - 메시지에 의해 객체가 연산을 수행하게 될 때 하나의 메시지에 대해 각각의 객체가 가지고 있는 고유한 방법으로 응답할 수 있는 능력. 객체들은 동일한 메소드명을 사용하며 같은 의미와 응답을 한다. 응용 프로그램 상에서 하나의 함수나 연산자가 두개 이상의 서로 다른 클래스의 인스턴스들을 같은 클래스에 속한 인스턴스처럼 수행할 수 있도록 하는 것.
오버로딩 - 메소드의 이름은 같지만 인수를 받는 자료형과 개수를 달리하여 기능의 정의 할 수 있음
오버라이딩 - 상위 클래스에서 정의한 메소드와 이름은 같지만, 메소드 안의 실행 코드를 달리하여 자식 클래스에서 재정의해서 사용 할 수 있음
연관성 (Relationship)
is member of - association 연관화
is instance of - classification 분류화
is part of - aggregation 집단화
is a - generalization 일반화, specialization 특수화/상세화
객체지향 분석 및 설계
객체지향 분석은 - 사용자의 요구사항을 분석하여 요구된 문제와 관련된 모든 클래스, 이와 연관된 속성과 연산, 그들간의 관계등을 정의하여 모델링하는 작업이다. 객체와 속성, 클래스와 멤버, 전체와 부분 등으로 나누어서 분석한다. 모델링 구성 요소인 클래스, 객체, 속성, 연산들을 표현해서 문제를 모형화할 수 있게 해준다. 객체는 클래스로부터 인스턴스화되고, 이 클래스를 식별하는 것이 객체지향 분석의 주요한 목적이다.
객체지향 분석 방법론
Rumbaugh(럼바우) - 가장 일반적. 분석 활동을 객체 모델, 동적 모델, 기능 모델로 나누어 수행하는 방법.
Booch(부치) 방법 - 미시적 개발 프로세스와 거시적 개발 프로세스를 모두 사용하는 분석 방법. 클래스와 객체들을 분석 및 식별하고 클래스의 속성과 연산을 정의한다.
Jacobson - Use Case 를 강조하여 사용하는 분석 방법.
Coad 와 Yourdon - E-R 다이어그램을 사용하여 객체의 행위를 모델링하며, 객체 식별, 구조 식별, 주제 정의, 속성과 인스턴스 연결 정의, 연산과 메시지 연결 정의 등의 과정으로구성하는 기법.
Wirfs-Brock 방법 - 분석과 설계 간의 구분이 없고, 고객 명세서를 평가해서 설계 작업까지 연속적으로 수행하는 기법.
럼바우의 분석 기법
럼바우의 분석 기법은 - 모든 소프트웨어 구성 요소를 그래픽 표기법을 이용하여 모델링하는 기법으로, 객체 모델링 기법(Object-Modeling Technique)이라고도 한다. 객체 모델링 -> 동적 모델링 -> 기능 모델링 순으로 이루어진다.
객체 모델링 - 정보 모델링이라고도 하며, 시스템에서 요구되는 객체를 찾아내어 속성과 연산 식별 및 객체들 간의 관계를 규정하여 객체 다이어그램으로 표시하는 것
동적 모델링 - 상태 다이어그램을 이용하여 시간의 흐름에 따른 객체들 간의 제어 흐름, 상호 작용, 동작 순서 등의 동적인 행위를 표현하는 모델링
기능 모델링 - 자료 흐름도를 이용하여 다수의 프로세스들 간의 자료 흐름을 중심으로 처리 과정을 표현한 모델링.
객체지향 설계 원칙
시스템 변경이나 확장에 유연한 시스템을 설계하기 위해 지켜야 할 다섯 가지 원칙으로, SOLID 원칙이라고도 한다.
단일 책임 원칙(Single Responsibility Principle) - 객체는 단 하나의 책임만 가져야 한다는 원칙. 응집도는 높고, 결합도는 낮게 설계 하는것.
개방-폐쇄 원칙(Open-Closed Principle) - 기존의 코드를 변경하지 않고 기능을 추가 할 수 있도록 설계해야 한다는 원칙. 공통 인터페이스를 하나의 인터페이스로 묶어 캡슐화하는 방법.
리스코프 치환 원칙(Liskov Substitution Principle) - 자식 클래스는 최소한 자신의 부모 클래스에서 가능한 행위는 수행 할 수 있어야 한다는 설계 원칙. 자식 클래스는 부모 클래스의 책임을 무시하거나 재정의하지 않고 확장만 수행하도록 해야한다.
인터페이스 분리 원칙(Interface Segregation Principle) - 자신이 사용하지 않는 인터페이스와 의존 관계를 맺거나 영향을 받지 않아야 한다는 원칙. 단일 책임 원칙이 객체가 갖는 하나의 책임이라면, 인터페이스 분리 원칙은 인터페이스가 갖는 하나의 책임이다.
의존 역전 원칙(Dependency Inversion Principle) - 각 객체들 간의 의존 관계가 성릴 될때. 추상성이 낮은 클래스보다 추상성이 높은 클래스와 의존 관계를 맺어야 한다는 원칙이다. 일반적으로 인터페이스를 활용하면 이 원칙은 준수된다.
모듈
모듈은 모듈화를 통해 분리된 시스템의 각 기능들로, 서브루틴, 서브시스템, 소프트웨어 내의 프로그램, 작업 단위 등과 같은 의미로 사용된다. 모듈은 단독으로 컴파일이 가능하며 재사용 할 수 있음. 모듈의 기능적 독립성은 서로 독립됨을 의미하는 것으로, 하나의 기능만을 수행하고 다른 모듈과의 과도한 상호작용을 배제함으로써 이루어진다. 독립성이 높은 모듈일수록 모듈을 수정하더라도 다른 모듈들에게는 거의 영향을 미치치 않으며, 오류가 발생해도 쉽게 발견하고 해결할 수 있다. 모듈의 독립성은 결합도와 응집도에 의해 측정되며, 독립성을 높이려면 모듈의 결합도는 약하게, 응집도는 강하게, 모듈의 크기는 작게 만들어야 한다.
결합도
결합도는 - 모듈 간에 상호 의존하는 정도 또는 두 모듈 사이의 연관 관계를 의미힌다. 다양한 결합으로 모듈을 구성할 수 있으나 결합도가 약할수록 품질이 높고, 강할수록 품질이 낮다. 결합도가 강하면 시스템 구현 및 유지보수 작업이 어렵다. 결합도의 종류에는 자료 결합도, 스탬프 결합도, 제어 결합도, 외부 결합도, 공통 결합도, 내용 결합도가 있다.
결합도의 종류
약함
자료 결합도 - 모듈 간의 인터페이스가 자료 요소로만 구성될 때의 결합도
스탬프 결합도 - 모듈 간의 인터페이스로 배열이나 레코드 등의 자료 구조가 전달될 때의 결합도
제어 결합도 - 어떤 모듈이 다른 모듈 내부의 논리적인 흐름을 제어하기 위해 제어 신호를 이용하여 통신하거나 전달
외부 결합도 - 어떤 모듈에서 선언한 데이터를 외부의 다른 모듈에서 참조할 때
공통 결합도 - 공유되는 공통 데이터 영역을 여러 모듈이 사용할 때
내용 결합도 - 한 모듈이 다른 모듈의 내부 기능 및 그 내부 자료를 직접 참조하거나 수정 할 때
강함
응집도
응집도는 정보 은닉 개념을 확장한 것으로, 명령어나 호출문 등 모듈의 내부 요소들의 서로 관련되어 있는 정도, 즉 모듈이 독립적인 기능으로 정의되어 있는 정도. 응집도가 강할수록 품질이 높다.
응집도의 정도
약함 (ex 구분 없이 정리)
우연적 응집도 - 모듈내부의 각 구성 요소들이 서로 관련 없는 요소로 구성
논리적 응집도 - 유사한 성격을 갖거나 특정 형태로 분류되는 처리 요소들로 하나의 모듈이 형성되는 경우
시간적 응집도 - 특정 시간에 처리되는 몇개의 기능을 모아 하나의 모듈로 작성할 경우
절차적 응집도 - 모듈이 다수의 관련 기능을 가질 때 모듈 안의 구성요소들이 그 기능을 순차적으로 수행할 경우
교환(통신)적 응집도 - 동일한 입력과 출력을 사용하여 서로 다른 기능을 수행하는 구성 요소들이 모였을 경우
순차적 응집도 - 모듈 내 하나의 활동으로부터 나온 출력 데이터를 그 다음 활동의 입력 데이터로 사용할 경우
강함 (ex 용도나 종류에 따라 구분하여 정리)
팬인/팬아웃
팬인 - 어떤 모듈을 제어하는 모듈의 수
팬아웃 - 어떤 모듈에 의해 제어 되는 모듈의 수
팬인이 높다 - 재사용 측면에서 설계가 잘 되어 있다라고 볼 수 있으나, 단일 장애점이 발생할 수 있으므로 중점적인 관리 및 테스트가 필요
팬아웃이 높은경우 - 불필요하게 다른 모듈을 호출하고 있는지 검토 하고 단순화 시킨다
시스템 복잡도를 최적화하려면 팬인은 높게, 팬아웃은 낮게 설계해야 한다.
N-S 차트 (Nassi-Schneiderman Chart) 나씨 슈나이더만
박스 다이어그램, Chapin Chart 라고도함.
논리의 기술에 중점을 둔 도형을 이용한 표현 방법.
연속, 선택 및 다중 선택, 반복 등의 제어 논리 구조 표현.
GOTO 나 화살표를 사용하지 않음.
조건이 복합되어 있는 곳의 처리를 시각적으로 명확히 식별하는데 적합.
선택과 반복 구조를 시각적으로 표현.
이해하기 쉽고, 코드 변환이 용이. 읽기는 쉽지만 작성하기 어렵고, 임의로 제어를 전이하는 것이 불가능.
총체적인 구조 표현과 인터페이스를 나타내기 어렵고 단일 입구와 단일 출구로 표현.
공통 모듈
공통 모듈은 여러 프로그램에서 공통적으로 사용할 수 있는 모듈을 의미한다. 자주 사용되는 계산식이나 매번 필요한 사용자 인증과 같은 기능들이 공통 모듈로 구성될 수 있다. 모듈의 재사용성 확보와 중복 개발 회피를 위해 설계 과정에서 공통 부분을 식별하고 명세를 작성할 필요가 있다. 구현할 때는 다른 개발자들이 해당 기능을 명확히 이해할 수 있도록 다음의 명세 기법을 준수해야 한다.
정확성 - 시스템 구현시 해당 기능이 필요하다는 것을 알 수 있도록
명확성 - 해당 기능을 이해할 때 중의적으로 해석되지 않도록
완전성 - 시스템 구현을 위해 필요한 모든 것을 기술
일관성 - 공통 기능들 간 상호 충돌이 발생하지 않도록 작성한다
추적성 - 기능에 대한 요구사항의 출처, 관련 시스템 등의 관계를 파악할 수 있도록 작성
재사용
비용과 개발 시간을 절약하기 위해 이미 개발된 기능들을 파악하고 재구성하여 새로운 시스템 또는 기능 개발에 사용하기 적합하도록 최적화 시키는 작업. 재사용을 위해서 누구나 이해할 수 있고 사용이 가능하도록 사용법을 공개 해야한다. 재사용되는 대상은 외부 모듈과의 결합도는 낮고, 응집도는 높아야 한다.
재사용 규모에 따른 분류:
함수와 객체 - 클래스나 메소드 단위의 소스 코드를 재사용
컴포넌트 - 독립적인 업무 또는 기능을 수행하는 실행 코드 기반으로 작성된 모듈. 컴포넌트 수정 없이 인터페이스를 통해 통신하는 방식으로 재사용
애플리케이션* - 공통된 기능들을 제공하는 애플리케이션을 공유하는 방식으로 재사용
application* - 어떠한 목적을 가지고 개발된 소프트웨어
효과적인 모듈 설계 방안:
결합도는 줄이고 응집도는 높여서 모듈의 독립성과 재사용성을 높인다.
모듈의 제어영역 안에서 그 모듈의 영향 영역을 유지시킨다.
복잡도와 중복성을 줄이고 일관성을 유지시킨다.
모듈의 기능은 예측이 가능해야 하며 지나치게 제한적이어서는 안된다.
유지보수가 용이해야 한다.
시스템의 전반적인 기능과 구조를 이해하기 쉬운 크기로 분해한다.
하나의 입구와 하나의 출구를 갖도록.
인덱스 번호나 기능 코드들이 전반적인 처리 논리 구조에 예기치 못한 영향을 끼치지 않도록 인터페이스를 설계.
효과적인 제어를 위해 모듈 간의 계층적 관계를 정의하는 자료가 제시되어야 한다.
모듈의 제어 영역: 프로그램의 계층 구조 내에서 어떤 특정 모듈이 제어하는 하위 모듈
모듈의 영향 영역: 특정 모듈이 다른 모듈들에게 미치게 되는 영향의 범위
코드
컴퓨터를 이용하여 자료를 처리하는 과정에서 분류/조합 및 집계를 용이하게 하고, 특정 자료의 추출을 쉽게 하기 위해서 사용하는 기호이다. 정보를 신속, 정확, 명료하게 전달 할 수 있어야한다. 일정한 규칙에 따라 작성되며, 정보 처리의 효율과 처리된 정보의 가치에 많은 영향을 미친다.
코드의 주요기능:
식별 - 데이터 간의 성격에 따라 구분 가능
분류 - 특정 기준이나 동일한 유형에 해당하는 데이터를 그룹화
배열 - 의미를 부여하여 나열
표준화 - 다양한 데이터를 기준에 맞추어 표현
간소화 - 복잡한 데이터를 간소화
코드의 종류:
순차 코드(Sequence) - 차례로 일련번호를 부여하는 방법으로 순서코드 또는 일련번호 코드라고도 한다.
블록코드(Block) - 공통성이 있는것끼리 블록으로 구분하고 각 블록 내에서 일련번호를 부여. 구분코드 라고도 함.
10진코드(Decimal) - 코드화 대상 항목을 0~9까지 10진 분할하고 다시 그 각각에 대하여 10진 분할 하는 방법을 필요한 만큼 반복하는 방법으로, 도서 분류식 코드 라고도 한다.
그룹 분류 코드(Group Classification) - 코드화 대상 항목을 일정 기준에 따라 대, 중, 소분류 등으로 구분하고 각 그룹안에서 일련번호 부여
연상 코드(Mnemonic, 기억술) - 코드화 대상 항목의 명칭이나 약호*와 관계있는 숫자나 문자, 기호를 이용하여 코드를 부여
표의 숫자 코드(Significant Digit) - 코드화 대상 항목의 성질, 즉 길이, 넓이, 부피, 지름, 높이 등의 물리적 수치를 그대로 코드에 적용 시키는 방법으로 유호 숫자 코드라고도 한다.
합성 코드(Combined) - 필요한 기능을 하나의 코드로 수행하기 어려운 경우 2개 이상의 코드를 조합하여 만드는 방법
약호* - 간단하고 알기 쉽게 만든 부ㅗ
디자인 패턴
디자인 패턴이란 - 각 모듈의 세분화된 역할이나 모듈들 간의 인터페이스와 같은 코드를 작성하는 수준의 세부적인 구현 방안을 설계할 때 참조할 수 있는 전형적인 해결 방식 또는 예제. 문제 및 배경, 실제 사용된 사례, 재사용이 가능한 샘플 코드 등으로 구성되어 있다. GoF의 디자인 패턴은 수많은 디자인 패턴중 가장 일반적인 사례에 적용될수 있는 패턴들을 분류하여 정리함으로써 지금가지도 소프트웨어 공학이나 현업에서 가장 많이 사용되는 디자인 패턴인다.
디자인 패턴 사용의 장/단점
범용적인 코딩 스타일로 인해 구조 파악이 용이. 객체지향 설계 및 구현의 생산성을 높이는데 적합. 검증된 구조의 재사용을 통해 개발 시간과 비용이 절약. 초기 투자 비용이 부담될 수 있다. 개발자간의 원활한 의사소통 가능. 설계 변경 요청에 대한 유연한 대처 가능. 객체지향을 기반으로 한 설계와 구현을 다루므로 다른 기반의 애플리케이션 개발에는 적합하지 않다.
아키텍처 패턴 vs. 디자인 패턴 (뭐가 다름?)
모두 소프트웨어 설계를 위한 참조 모델이지만,
아키텍처 패턴은 - 디자인 패턴보다 상위 수준의 설계에 사용되고, 전체 시스템의 구조를 설계하기 위한 참조 모델임.
디자인패턴은 - 서브시스템에 속하는 컴포넌트들과 그 관계를 설계하기 위한 참조 모델이고, 몇몇 디자인 패턴은 특정 아키텍처 패턴을 구현하는데 유용하게 사용됨.
생성 패턴(Creational Pattern)
객체의 생성과 참조 과정을 캡슐화 하여 객체가 생성되거나 변경되어도 프로그램의 구조에 영향을 크게 받지 않도록 하여 프로그램에 유연성을 더해준다.
추상팩토리(Abstract Factory) - 서로 연관, 의존하는 객체들의 그룹으로 생성하여 추상적으로 표현
빌더(Builder) - 작게 분리된 인스턴스를 건축하듯 조합하여 객체 생성
팩토리 메소드(Factory Method) - 객체 생성을 서브 클래스에서 처리하도록 분리하여 캡슐화한 패턴
프로토타입(Prototype) - 원본 객체를 복제하는 방법으로 객체를 생성하는 패턴
싱글톤(Singleton) - 하나의 객체를 생성하면 생성된 객체를 어디서든 참조할 수 있지만, 여러 프로세스가 동시에 참조 할 수는 없다
구조 패턴(Structural Pattern)
구조가 복잡한 시스템을 개발하기 쉽게 도와준다
어댑터 (Adapter) - 호환성이 없는 클래스들의 인터페이스를 다른 클래스가 이용할 수 있도록 변환
브리지(Bridge) - 구현부에서 추상층을 분리하여, 서로가 독립적으로 확장할 수 있도록 구성
컴포지트(Composite) - 여러 객체를 가진 복합 객체와 단일 객체를 구분 없이 다루고자 할 때
데코레이터(Decorator) - 객체 간의 결합을 통해 능동적으로 기능들을 확장할 수 있는 패턴
퍼싸드(Facade) - 복잡한 서브 클래스들을 피해 더 상위에 인터페이스를 구성함으로써 서브 클래스들의 기능을 간편하게 사용할 수 있도록
플라이웨이트(Flyweight) - 인스턴스가 필요할때 마다 생성하지 않고 가능한 공유해서 사용하므로써 메모리 절약
프록시(Proxy) - 접근이 어려운 객체와 여기에 연결하려는 객체 사이에서 인터페이스 역할을 수행하는 패턴
행위 패턴(Behavioral Pattern)
하나의 객체로 수행할 수 없는 작업을 여러 객체로 분배하면서 결합도를 최소화 할 수 있도록 도와준다
책임 연쇄 (Chain of Responsibilility) - 요청을 처리 할 수 있는 객체가 둘 이상 존재하여 한 객체가 처리하지 못하면 다음 객체로 넘어가는 형태의 패턴. 요청이 해결 될때까지 고리를 따라 책임이 넘어간다.
커맨드(Command) - 요청을 객체의 형태로 캡슐화하여 재이용하거나 취소할 수 있도록 요청에 필요한 정보를 저장하거나 로그에 남기는 패턴. 요청에 사용되는 명령어들을 추상 클래스와 구체 클래스로 분리하여 단순화 한다.
인터프리터(Interpreter) - 언어에 문법 표현을 정의하는 패턴. SQL이나 통신 프로토콜 개발할 때 사용한다.
반복자(Iterator) - 자료 구조와 같이 접근이 잦은 객체에 대해 동일한 인터페이스를 사용하도록 하는 패턴. 내부 표현 방법의 노출 없이 순차적인 접근이 가능.
중재자(Mediator) - 수많은 객체들 간의 복잡한 상호작용을 캡슐화하여 객체로 정의하는 패턴. 객체 사이의 의존성을 줄여 결합도를 감소시킬수 있다. 객체 간의 통제와 지시의 역할을 수행한다.
메멘토(Memento) - 특정 시점에서의 객체 내부 상태를 객체화함으로써 이후 요청에 따라 객체를 해당 시점의 상태로 돌릴수 있는 기능을 제공하는 패턴. Command + z
옵서버(Observer) - 한 객체의 상태가 변화하면 객체에 상속되어 있는 다른 객체들에게 변화된 상태를 전달하는 패턴. 주로 분산된 시스템 간에 이벤트를 생성/발행 하고, 이를 수신해야 할 때 이용한다.
상태(State) - 객체의 상태에 따라 동일한 동작을 다르게 처리해야 할 때 사용하는 패턴. 객체 상태를 캡슐화하고 이를 참조하는 방식으로 처리.
전략(Strategy) - 동일한 계열의 알고리즘들을 개별적으로 캡슐화하여 상호 교환할 수 있게 정의하는 패턴. 클라이언트는 독립적으로 원하는 알고리즘을 선태갛여 사용할 수 있고 클라이언트에 영향 없이 알고리즘의 변경이 가능.
템플릿 메소드(Template Method) - 상위 클래스에서 골격을 정의하고 하위 클래스에서 세부 처리를 구체화. 유사한 서브 클래스를 묶어 공통된 내용을 상위 클래스에서 정의함으로써 코드의 양을 줄이고 유지보수를 용이하게 해준다.
방문자(Visitor) - 각 클래스들의 데이터 구조에서 처리 기능을 분리하여 별도의 클래스로 구성하는 패턴이다. 분리된 처리 기능은 각 클래스를 방문하여 수행한다.
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