SOLID - DIP ( 의존 관계 역전의 법칙 ) 에 대하여

https://zdnet.co.kr/view/?no=00000039137043

[객체지향 SW 설계의 원칙] ④ 리스코프 치환 원칙

 

 

DIP (Dependency Inversion Principle) 은 의존 관계 역전 원칙이라 명명되었다. 개인적인 생각이지만, DIP 는 개발의 패러다임이 바꿨다 할 수도 있을 것 같다. 그만큼 중요한 내용이고, 이해하려고 노력하였으나 개인적으로 DIP를 이해하는 것이 쉽지 않았다고 생각한다. 물론 지금도 완벽한 이해를 하고 있는것은 아니라 생각한다. 시작 해보자!

의존 관계 역전의 법칙

포스팅을 공부하면서 개발자로서 꼭 읽어봐야 할 서적이 한 개 더 추가됐다. 읽을 책이 늘어난다는 것은 나름대로 기분 좋고 행복한 일이다. GoF (Gang of Fours). Design Patterns 책에서 "템플릿 메소드" 패턴을 소개하면서 헐리우드 원칙을 이야기한다

헐리우드 원칙이란 캐스팅 프로세스에서 배우가 직접 영화기획사에 전화하는 방식으로 진행되었던 부분을 배우는 자신이 자신있는 역할이나 어떤 영화 배역을 맡고 싶다고 등록하면, 영화기획사가 선별하여 전화하는 프로세스로 변경한 것

헐리우드 원칙을 적용하여 얻고자 했던 효과는 무엇일까? 살펴보면 헐리우드 원칙 이전의 캐스팅 프로세스는 영화 기획사는 누가 봐도 수동적이며, 배우는 능동적이다. 하지만 이 과정에서는 영화 기획사는 많은 배우들의 전화에 시달려야 하며, 배우는 직접 찾아서 전화해야 되는 노동이 숨겨져 있다.

 

 

헐리우드 원칙을 적용함으로써? 그 고된 노동을 큰 폭으로 줄일 수 있다는 것이다. 배우는 단순히 자신의 정보를 등록하면 되며 기획사는 필요한 배우에게 연락하면 된다. 확실히 프로세스가 간편해 지지 않는가? 따라서 기존의 능동적인 배우, 수동적인 기획사는 헐리우드 원칙을 적용함으로써 "수동적인" 배우, "능동적인" 기획사로 역전 된다.

 

그래서 의존 관계 역전의 법칙이라 하며, DIP에도 이 헐리우드 원칙의 구조와 목적을 그대로 도입한다고 생각하면 된다.

통제권의 역전

이전의 구조 지향 프로그래밍과 객체 지향 프로그래밍의 프레임워크 사용 방법을 비교해보겠다. 구조 지향적 프로그램은 main() 함수에서 시작해서 여러 함수들을 호출하는 것으로 프로그래밍 매우 절차적이다.

 

 

반면 프레임워크를 사용하는 방식은 프레임워크에 객체를 등록하므로 실행의 통제권을 프레임워크에게 위임한다. 단편적으로 HTTP 서버에 서블릿을 등록하고 HTTP 서버에게 서블릿 실행을 요청하는 URL이 접수되면 HTTP 서버는 등록된 서블릿을 실행한다. 직관적으로 이해가 잘 되지 않을 것이다. 나도 그랬다. 그러니 아까 이야기했던 할리우드 원칙을 적용해 비교해보겠다.

 

 

[그림 1]

 

 

[그림 2]

 

 

[그림 1]을 보자. Actor라는 존재가 직접 CastingMgr에게 전화를 하고 CastingMgr은 Director에 전달한 다음 Actor가 다시 확인을 하는 Process며 이 과정에서 통제권이 Actor에게 있다. 통제의 흐름은 호출자(Caller, =Actor)에서 서비스 함수(Callee, =CastingMgr)에게 이전되며, 서비스 함수 루틴이 종료되면 다시 호출자에게로 통제가 반환된다. 따라서 CastingMgr은 Actor의 요청에 대해 수동적으로 서비스한다.

 

 

[그림 2]를 보자. Actor는 CastingMgr에게 자신을 regist 한다. 그리고 이전에는 단순히 호출 받기만 했던 Director는 Actor에게 직접 confirm()을 실행한다. 두 관계가 역전이 된 것이다. 이것을 '통제권의 역전(Inversion of Control)'이라 한다. 추후 스프링 프레임워크를 공부할 일이 있다면, 근간이 되는 개념이라 볼 수 있으니 기억해두면 좋을 것이다.

 

 

DIP가 포스팅 주제인데, "왜 IoC를 이렇게 길게 다루지" 에 대한 의문이 생겼을 수도 있지만, IoC는 DIP의 중요한 골격이 된다. 이제 좀 더 집중해야 될 시간이다.

 

 

서비스 요청자(Actor)는 서비스 제공자(프레임워크)에게 자신을 등록하고 서비스 제공자는 서비스를 마친 후 서비스 요청자에게 미리 정의해 둔 인터페이스를 통해 결과를 알려준다.

 

이 문장을 쉽게 풀어보겠다.

Actor는 서비스 제공자인 CastingMgr에 자신을 등록하고 CastingMgr은 서비스를 마친 후 Actor에게 미리 정의해둔 인터페이스 confirm()을 통해 결과를 알려준다.

 

중요한 포인트다. 미리 정의해둔 인터페이스는 훅(Hook) 메소드라 부르며 훅 메소드는 '역전'을 위한 매개 포인트가 된다. 추후 포스팅에서도 계속 등장하기 때문에 꼭 기억해두길 바란다.

훅 메소드? 확장성을 확보하는 기능

'미리 정의해둔 인터페이스'로 다양한 루틴을 정의할 수 있다. 가령 서블릿 개발을 해 본 사람이라면 doGet() 이나 doPost() 와 같은 인터페이스가 있다는 것을 알 것이다. 이러한 인터페이스는 개발자로부터 무한한 확장을 제공한다. 단지 서블릿 컨테이너는 서블릿 호출이 왔을 때 해당하는 서블릿의 doGet()이나 doPost()을 실행하면 된다.

 

 

자 그럼 doGet(), doPost() 메소드의 역할을 다시 한번 짚어보자.

doGet(), doPost() 메소드는 개발자에게 있어 확장성을 제공한다.

doGet(), doPost() 메소드는 서블릿 컨테이너에게 있어 훅 메소드의 역할을 한다.

자 그럼 IoC를 골격으로 하는 DIP로 얻을 수 있는 것은 무엇일까?

DIP

허허.. DIP를 이야기하는 줄 알고 들어봤더니 서두가 겁나 길다. 할 수 있을 것이다. 나도 짧고 명확하게 이해가 잘 되는 글을 좋아한다. 하지만 이 DIP는 길어질 수 밖에 없다.

[그림 3]

DIP에서도 훅 메소드를 통해 확장성을 제공한다. 이미 정의된 인터페이스를 통해서 확장을 보장하고, 이 인터페이스는 사용자로부터 사용자가 정의한 컴포넌트를 은닉시켜 사용자 정의 컴포넌트에 대한 의존성을 제거하기 위함이다. 즉 확장성을 보장하기 위해 추상화가 이용된다.

어렵다. 계속 가보겠다.

 

OCP와 DIP가 다른 점은 DIP는 IoC를 한다는 것이다. 더 어렵다. 이해가 안된다.

천천히 다시 이해해보자.

 

 

[그림 1]에서 [그림 3]과 같이 confirm()이란 인터페이스를 여러 Actor의 자식들이 확장할 수 있다. 만약 confirm()을 확장한 Actor들이 프레임워크에 등록 됐을 때 confirm()은 훅 메소드가 된다. 따라서 DIP는 확장되는 훅 메소드를 정의하기 위해 OCP를 이용하고 있다. 설계의 원칙은 이렇게 서로 관계성을 가지고 있으며 서로가 서로를 포함하기도 하고 이용하기도 한다.

DIP 케이스

사례는 꼼꼼히 읽어봤으면 좋겠다는 생각으로 스크랩을 한다.

 

사례 1 : 통신 프로그래밍 모델

일반적으로 소켓 프로그램은 클라이언트가 서버에게 요청을 send()하고 서버로부터 결과를 recv()하므로 서버의 서비스를 이용하게 된다. 멀티쓰레드 프로그래밍에서 이 send() & recv()를 하게 되면 recv()하는 동안 쓰레드는 서버의 응답이 오기까지 대기하게 된다. recv() 함수는 블럭되기 때문이다. 따라서 이 때 recv()하는 모든 쓰레드들은 블럭되기 때문에 쓰레드 자원이 아까워진다. 왜냐하면 서버로부터의 응답을 받기 위해 대기하는 동안 recv()를 호출한 쓰레드는 다른 작업을 할 수 없기 때문이다.

 

 

이 방식의 대안으로 제시되는 모델이 폴링(polling) 모델이다. 클라이언트 쓰레드는 서버에게 메시지를 보내고 recv()를 전담하는 쓰레드에게 recv()를 맡긴다. 그리고 이 쓰레드들은 다른 작업을 실행하면서 계속 일을 한다. 서버로부터 응답을 확인하고 싶은 시점에서 접수된 서버의 메시지를 가져온다. 따라서 클라이언트 쓰레드는 다른 일을 할 수 있는 기회비용을 얻을 수 있다.

 

 

하지만 폴링 모델에서 어느 순간 클라이언트 쓰레드는 서버의 응답을 확인해야 한다. 단지 자신이 원하는 시점에 서버의 응답을 확인하는 장점과 응답을 기다리는 시간에 다른 작업을 할 수 있는 기회를 확보할 뿐이다. 이 모델까지는 확실히 모든 통제가 클라이언트 쓰레드의 스케쥴 안에 있다. 그리고 동기적으로 (자신이 원하는 시점에) 서버의 응답을 확인할 수 있다. 하지만 만약 서버의 응답이 예상보다 지연될 경우 클라이언트 쓰레드는 서버의 응답이 올 때까지 여러 번 응답 큐를 확인하는 비용이 따른다. 또한 서버의 응답을 확인하는 시점이 동기적이지 않아도 될 경우 더더욱 이 확인 작업은 지난해지게 된다. 즉, 서버의 응답에 대한 처리가 비동기적이어도 될 때, 그리고 클라이언트 쓰레드가 서버의 응답 확인하는 시도가 여러 번 발생할 때 폴링 모델도 오버헤드를 얻게 된다.

 

 

이 때 DIP를 적용하기 적당한 시점이 되는데 클라이언트 쓰레드는 메시지를 send()한 후에 recv()하는 대신 서버의 응답을 처리하는 훅 메쏘드를 Reply DeMuxer에 등록한다. - 구조적 프로그램에서는 함수 포인터를 등록하지만 객체지향 세계에서의 트렌드는 커멘드 오브젝트를 등록한다(GoF의 커멘드 패턴 참조). Reply DeMuxer의 recv()를 담당하는 쓰레드는 서버로부터 응답을 접수하면 대응하는 훅 메쏘드를 찾아 훅 메쏘드를 실행한다. 즉 recv() 쓰레드는 서버의 응답 접수(여기까진 폴링 모델)와 훅 메쏘드 실행을 담당한다.

이 모델은 비동기 소켓 모델로서 DIP의 원칙을 그대로 따르고 있다. - 클라이언트 쓰레드들은 헐리우드 원칙에서의 배우로 receive 쓰레드는 영화기획사 담당자로 등치해 보라. 비동기 모델에서 얻을 수 있는 장점은 첫째, 클라이언트 쓰레드의 잦은 응답 확인을 제거할 수 있다. 둘째, 클라이언트 쓰레드는 응답을 확인하는 작업에서 자유로워지므로 다른 작업을 할 수 있는 기회비용을 확보할 수 있다. 물론 이 과정은 비동기적으로 이루어져도 괜찮은 상황에 한한다.

 

 

무엇보다 중요한 것은 이런 구조의 바탕에는 통제권이 클라이언트 쓰레드에서 Reply DeMuxer로 역전되는 IOC가 전제된다. DIP를 적용할 때 기대할 수 있는 장점은 상술한 두 가지 장점을 그대로 확보하는데 있다. 퍼포먼스를 높이고 요청에 대한 응답으로부터 관심을 제거하여 클라이언트의 역할을 단순화하는데 있다.

 

 

사례 2 : 이벤트 드리븐, 콜백 그리고 JMS 모델

자바 API는 소프트웨어 설계의 좋은 모델이 된다. 반면에 개발자로서 하고 싶은 마법들을 API 수준에서 제공해주니 마법을 부릴 기회가 줄어들어 약간 억울하기까지 하다. 자바 스윙에서 이벤트 모델에도 마법이 녹아 있다. 자바 스윙 컴포넌트는 이벤트를 처리할 java.awt.event.ActionListener를 등록(addActionListener())한다. 이 스윙 컴포넌트에 이벤트가 발생하면 등록된 ActionListener의 훅 메쏘드인 actionPerformed()를 후킹한다. 스윙 컴포넌트에는 복수 개의 ActionListener를 등록할 수 있는데 이유는 복수 개의 이벤트가 발생할 수 있기 때문이다. 이와 유사한 구조로 더 일반화된 Observer & Observable 인터페이스도 있다.

 

 

더 나아가서 분산 시스템에서도 똑같은 구조가 적용된다. 서버와 클라이언트간의 통신에 있어서 클라이언트는 서버에 자신의 원격 객체 레퍼런스를 등록한다. 서버는 자신의 작업을 진행하면서 원격 객체 레퍼런스를 통해 그때그때 필요한 정보를 클라이언트에게 제공한다. 이 구조를 위해서 클라이언트의 콜백(callback) 메쏘드가 미리 정의되어 있어야 한다. 콜백 메쏘드는 서버가 비동기적으로 클라이언트에게 정보를 전달하는 훅 메쏘드가 된다. 따라서 콜백의 구조는 원격지에서 훅킹이 제공되는 형태를 갖는다.

이와 같은 구조는 비동기적인 분산 훅킹(콜백)구조를 형성할 때 사용된다. 가령 서버에게 장시간의 작업들을 할당하고 클라이언트가 각 작업의 결과에 대한 중간보고를 비동기적으로 받고 싶을 때 유용하다. 클라이언트의 호출이 비동기적이기 때문에 서버의 작업을 할당한 다음 클라이언트는 다시 자신의 작업이 진행된다. 따라서 앞서 예시한 소켓의 비동기 모델에서 recv() 쓰레드가 서버의 역할로 전이된 형태를 갖는다.

 

 

JMS의 토픽 모델은 좀 더 다양한 구조를 갖는다. - 이 모델은 전통적인 MOM 아키텍처에서 Publish/Subscribe 메시징 모델로 알려져 있다. 이 모델은 멀티캐스팅 같은 그룹 메시징을 제공할 때 유용한데, 가령 주식정보 시스템을 예로 들었을 때 주식정보 제공자는 가입한 모든 클라이언트에게 현재 증시정보를 멀티캐스팅한다. 이 때 주식정보 제공자는 Publisher가 되고 클라이언트 프로그램은 Subscriber가 된다.

참고로 이 모델의 장점은 클라이언트/서버에서 메시지 기반으로 패러다임이 바뀐다는 것이다. 기존의 클라이언트/서버 모델의 경우 서버는 클라이언트들을 상대한다. 따라서 클라이언트의 위치 정보와 인터페이스 등을 알아야 한다. Publish/Subscribe 모델에서는 이 클라이언트와 서버 간의 상호의존도가 제거된다.

 

 

이제부터 서버는 각종 클라이언트들에게 메시지를 보내는 것이 아니라 그냥 ‘주식정보’라는 메시지를 보내면 될 뿐이다. 즉, 어떤 클라이언트들이 얼마나 접속되어있는지, 각 클라이언트들의 위치와 인터페이스는 어떤지 등의 여부와 같은 클라이언트 정보는 관심 대상에서 제외되고(주식정보라는) 메시지에 관심을 집중하게 된다. 이 패러다임은 클라이언트가 몇 개 접속되어 있는지 혹은 아예 없든지, 클라이언트의 상태나 위치가 어떤지에 관심 없이 그룹 메시징 제공자에게 메시지를 보내기만 하면 될 뿐이다.

이 모델에서 Subscriber들은 Topic 제공자에게 자신을 등록한다. Publisher가 Topic 제공자에게 메시지를 전송하면 JMS Topic 제공자는 등록된 Subscriber들에게 메시지를 멀티캐스팅한다. 이 때 메시지 멀티캐스팅을 하기 위해 등록된 각 Subscriber들의 onMessage()를 호출하게 된다. 그럼 상술한 훅 메쏘드들, 즉 ActionListener.actionPerformed(), MessageListener.onMessage(), 그리고 콜백 메쏘드는 어떤 의미를 가질까? 훅 메쏘드는 IOC이면서 확장 인터페이스를 제공한다. 사용자 정의 컴포넌트들이 자신의 목적에 맞게 이 메쏘드를 확장하여 사용할 수 있게 하기 위함이다.

 

 

정리

DIP의 키워드는 ‘IOC’, ‘훅 메쏘드’, ‘확장성’이다. 이 세 가지 요소가 조합되어 복잡한 컴포넌트들의 관계를 단순화하고 컴포넌트 간의 커뮤니케이션을 효율적이게 한다. 이 목적을 위해 Callee 컴포넌트(예를 들어 프레임워크)는 Caller 컴포넌트들이 등록할 수 있는 인터페이스를 제공해야 한다. 따라서 자연스럽게 Callee는 Caller들의 컨테이너 역할이 된다(JMS의 Topic 제공자, 스윙 컴포넌트, 배우 섭외 담당자들은 등록자들을 관리한다). Callee 컴포넌트는 Caller 컴포넌트가 확장(구현)할, 그리고 IOC를 위한 훅 메쏘드 인터페이스를 정의해야 한다. Caller 컴포넌트는 정의된 훅 메쏘드를 구현한다.

 

 

이로써 DIP를 위한 준비가 완료됐다. 이 상태에서 다음과 같은 시나리오가 전개된다. Caller는 Callee에게 자신을 등록한다. Callee는 Caller에게 정보를 제공할 적당한 시점에 Caller의 훅 메쏘드를 호출한다. 바로 이 시점은 Caller와 Callee의 호출관계가 역전되는 IOC 시점이 된다. DIP를 이용해서 얻을 수 있는 장점은 무엇일까? 이 질문은 DIP를 사용할 수 있는 상황과도 밀접하게 연관되어 있다.

DIP는 다음과 같은 상황에서 사용된다. 비동기적으로 커뮤니케이션이 이루어져도 될 (혹은, 이뤄져야 할) 경우 컴포넌트 간의 커뮤니케이션이 복잡할 경우 컴포넌트 간의 커뮤니케이션이 비효율적일 경우(빈번하게 확인해야 하는)에 사용된다. DIP는 복잡하고 지난한 컴포넌트간의 커뮤니케이션 관계를 단순화하기 위한 원칙이다. 실세계에서도 헐리우드 원칙에서와 같이 귀찮도록 자주 질문과 요청하는 동료에게도 써먹어 볼만한 원칙이다.