Web_Backend/스프링 핵심 원리 - 기본편

1. 객체 지향 설계와 스프링

Carnival7 2024. 7. 31. 13:12

객체 지향 설계와 스프링

객체 지향 설계와 스프링

핵심 정리

핵심 요약:

스프링 프레임워크: 자바 기반의 객체 지향 애플리케이션 개발을 돕는 프레임워크로, 다양한 핵심 기술(DI 컨테이너, AOP, 이벤트 처리 등)과 웹 기술(MVC, WebFlux), 데이터 접근(JDBC, 트랜잭션, ORM), 통합 기술(캐시, 이메일, 원격 접근), 그리고 테스트 지원을 포함한다. 최근에는 스프링 부트를 통해 더욱 편리하게 사용된다.
스프링 부트: 스프링 프레임워크를 쉽게 사용하게 해주는 도구로, 내장 웹 서버(Tomcat), starter 종속성, 자동 구성 등을 통해 빠르게 애플리케이션을 개발할 수 있도록 돕는다. 특히, 프로덕션 환경에서 유용한 메트릭, 상태 확인, 외부 구성 기능을 제공한다.
스프링의 의미와 핵심: 스프링은 객체 지향 프로그래밍의 특징을 잘 활용해 좋은 애플리케이션을 개발할 수 있게 한다. 스프링은 단순한 프레임워크를 넘어서 스프링 부트와 함께 하나의 생태계를 구성한다.
객체 지향 프로그래밍: 객체 간 협력 관계를 통해 프로그램을 유연하고 변경 가능하게 만드는 기법. 다형성, 추상화, 캡슐화, 상속이 주요 특징이다.
다형성: 역할(인터페이스)과 구현(구현 객체)을 분리하여 유연한 설계를 가능하게 한다. 클라이언트는 구현 객체의 세부 사항을 몰라도 되고, 객체 변경 시에도 큰 영향을 받지 않는다.
SOLID 원칙: 좋은 객체 지향 설계를 위한 5가지 원칙
- 단일 책임 원칙: 하나의 클래스는 하나의 책임만 가져야 한다.
- 개방-폐쇄 원칙: 확장에는 열려 있고, 변경에는 닫혀 있어야 한다.
- 리스코프 치환 원칙: 자식 클래스는 부모 클래스의 기능을 대체할 수 있어야 한다.
- 인터페이스 분리 원칙: 클라이언트에 필요한 최소한의 인터페이스만 제공해야 한다.
- 의존 역전 원칙: 고수준 모듈이 저수준 모듈에 의존하지 않도록 인터페이스에 의존해야 한다.
스프링과 SOLID: 스프링은 DI와 IoC를 통해 다형성 및 SOLID 원칙을 쉽게 적용할 수 있게 돕는다. DI는 역할과 구현을 분리하여 클라이언트 코드의 변경 없이 유연한 확장을 가능하게 한다.

핵심 키워드 설명:

DI(Dependency Injection): 객체 간의 의존 관계를 외부에서 주입해주는 방식으로, 코드의 결합도를 낮추고 테스트 용이성을 높인다.
AOP(Aspect-Oriented Programming): 핵심 로직과 부가적인 관심사를 분리하여 코드의 중복을 줄이고 모듈화를 돕는 기술이다. 예를 들어, 로깅, 보안, 트랜잭션 관리 등을 핵심 로직과 분리하여 처리할 수 있다.
다형성(Polymorphism): 같은 인터페이스를 구현한 객체가 다른 방식으로 동작할 수 있게 만드는 객체 지향 프로그래밍의 중요한 특징이다. 실행 시점에 객체를 유연하게 변경할 수 있어 유지보수가 용이하다.
SOLID 원칙: 객체 지향 설계에서 유연하고 확장 가능한 시스템을 만들기 위한 5가지 원칙. 이 원칙을 지키면 확장성과 유지보수성이 높은 시스템을 설계할 수 있다.
IoC(Inversion of Control): 제어의 흐름을 개발자가 아닌 스프링 프레임워크가 관리하는 것으로, 주로 DI와 함께 사용되어 의존성 관리와 객체 생성 등을 컨테이너가 대신 처리한다.

스프링 프레임워크

핵심 기술: 스프링 DI 컨테이너, AOP, 이벤트, 기타
웹 기술: 스프링 MVC, 스프링 WebFlux
데이터 접근 기술: 트랜잭션, JDBC, ORM 지원, XML 지원
기술 통합: 캐시, 이메일, 원격접근, 스케줄링
테스트: 스프링 기반 테스트 지원
언어: 코틀린, 그루비
최근에는 스프링 부트를 통해서 스프링 프레임워크의 기술들을 편리하게 사용

스프링 부트

스프링을 편리하게 사용할 수 있도록 지원
단독으로 실행할 수 있는 스프링 애플리케이션을 쉽게 생성
Tomcat 같은 웹 서버를 내장해서 별도의 웹 서버를 설치하지 않아도 됨
손쉬운 빌드 구성을 위한 starter 종속성 제공
스프링과 3rd party(외부) 라이브러리 자동 구성
메트릭, 상태 확인, 외부 구성 같은 프로덕션 준비 기능 제공
관례에 의한 간결한 설정

스프링의 의미

스프링이라는 단어는 문맥에 따라 다르게 사용된다.
- 스프링 DI 컨테이너 기술
- 스프링 프레임워크
- 스프링 부트, 스프링 프레임워크 등을 모두 포함한 스프링 생태계

스프링의 핵심

스프링은 자바라는 객체 지향 언어가 가진 강력한 특징을 살려내며 좋은 객체 지향 애플리케이션을 개발할 수 있게 도와주는 프레임워크

객체 지향 프로그래밍

객체 지향 프로그래밍은 컴퓨터 프로그램을 명령어의 목록으로 보는 시각에서 벗어나 여러 개의 독립된 단위, 즉 "객체"들의 모임으로 파악하고자 하는 것이다. 각각의 객체는 메시지를 주고받고, 데이터를 처리할 수 있다. (협력)
객체 지향 프로그래밍은 프로그램을 유연하고 변경이 용이하게 만들기 때문에 대규모 소프트웨어 개발에 많이 사용된다.

객체 지향 특징

추상화
캡슐화
상속
다형성

다형성의 실세계 비유

다형성

역할과 구현을 분리

역할 = 인터페이스
- 변경 시, 클라이언트, 서버 모두에 큰 변경이 발생한다.
- 안정적으로 잘 설계하는 것이 중요
구현 = 인터페이스를 구현한 클래스, 구현 객체
인터페이스를 구현한 객체 인스턴스를 실행 시점에 유연하게 변경할 수 있고 확장 가능하게 설계할 수 있다.
클라이언트를 변경하지 않고, 서버의 구현 기능을 유연하게 변경할 수 있다.
- 클라이언트는
  - 대상의 역할(인터페이스)만 알면 된다.
  - 구현 대상의 내부 구조를 몰라도 된다.
  - 구현 대상의 내부 구조가 변경되어도 영향을 받지 않는다.
  - 구현 대상 자체를 변경해도 영향을 받지 않는다.

자바 언어

다형성 활용하여, 객체 설계 시 역할과 구현을 명확히 분리하고, 역할(인터페이스)을 먼저 부여하고, 그 역할을 수행하는 구현 객체 만들기

객체 간 협력이라는 관계부터 생각

수 많은 객체 클라이언트와 객체 서버는 서로 요청 및 응답하며 협력 관계를 가진다.

자바 언어의 다형성

오버라이딩을 통한 다형성으로 인터페이스를 구현한 객체를 실행 시점에 유연하게 변경할 수 있다.
메소드 오버라이딩(메소드 재정의) : 상속으로 인해 동일한 이름의 메소드가 여러 개인 경우, 부모 클래스에서 정의된 메소드는 자식 클래스의 메소드에 의해 재정의되는 것. 자식 클래스로 형변환된 객체인 경우, 재정의된 메소드를 우선적으로 사용한다.

UML 관계

Association (연관)
- 두 클래스가 서로 연관되어 있음을 나타냅니다. 연관 관계는 일반적으로 클래스 간의 참조 관계를 의미한다. A → B 와 같이 방향이 있는 실선의 경우, A가 B를 참조한다는 의미
Realization / Implementation (구현)
- 인터페이스와 그 인터페이스를 구현하는 클래스 간의 관계를 나타냅니다. 인터페이스는 메서드 시그니처만 제공하며, 해당 메서드의 구현은 인터페이스를 구현하는 클래스가 담당합니다.

스프링과 객체 지향

스프링의 제어의 역전(IoC), 의존관계 주입(DI) : 다형성을 활용해서 역할과 구현을 편리하게 다룰 수 있도록 지원

좋은 객체 지향 설계의 5가지 원칙(SOLID)

단일 책임 원칙(SRP, Single Responsibility Principle) : 객체는 단 하나의 책임만 가져야 한다
개방-폐쇄 원칙(OCP, Open Close Principle) : 기존의 코드를 변경하지 않고 기능을 추가할 수 있도록 설계해야 한다
리스코프 치환 원칙(LSP, Liskov Substitution Principle) : 자식 클래스는 최소한 부모 클래스의 기능은 수행할 수 있어야 한다
인터페이스 분리 원칙(ISP, Interface Separate Principle) : 자신이 사용하지 않는 인터페이스와 의존 관계를 맺거나 영향을 받지 않아야 한다
의존 역전 원칙(DIP, Dependency Inversion Principle) : 의존 관계 성립 시 추상성이 높은 클래스와 의존 관계를 맺어야 한다

단일 책임 원칙(SRP, Single Responsibility Principle)

한 클래스는 하나의 책임만 가져야 한다.
- 중요한 기준은 변경이다. 변경이 있을 때 파급 효과가 적으면 단일 책임 원칙을 잘 따른 것
  - 예) UI 변경, 객체의 생성과 사용을 분리

개방-폐쇄 원칙(OCP, Open Close Principle)

소프트웨어 요소는 확장에는 열려 있으나 변경에는 닫혀 있어야 한다

문제점 예시

MemberService 클라이언트가 구현 클래스를 직접 선택

MemberRepository m = new MemoryMemberRepository(); //기존 코드
MemberRepository m = new JdbcMemberRepository(); //변경 코드

구현 객체를 변경하려면 클라이언트 코드를 변경해야 한다.
분명 다형성을 사용했지만 OCP 원칙을 지킬 수 없다.
- 객체를 생성하고, 연관 관계를 맺어주는 별도의 조립, 설정자가 필요하다.

리스코프 치환 원칙(LSP, Liskov Substitution Principle)

프로그램의 객체는 프로그램의 정확성을 깨뜨리지 않으면서 하위 타입의 인스턴스로 바꿀 수 있어야 한다
- 다형성에서 하위 클래스는 인터페이스 규약을 다 지켜야 한다는 것

인터페이스 분리 원칙(ISP, Interface Separate Principle)

특정 클라이언트를 위한 인터페이스 여러 개가 범용 인터페이스 하나보다 낫다.
인터페이스가 명확해지고, 대체 가능성이 높아진다.
- Ex)
  - 자동차 인터페이스 -> 운전 인터페이스, 정비 인터페이스로 분리
  - 사용자 클라이언트 -> 운전자 클라이언트, 정비사 클라이언트로 분리
  - 분리하면 정비 인터페이스 자체가 변해도 운전자 클라이언트에 영향을 주지 않음

의존 역전 원칙(DIP, Dependency Inversion Principle)

구현 클래스(구현체)에 의존하지 말고, 인터페이스(역할)에 의존하라
EX)
- OCP에서 설명한 MemberService는 인터페이스에 의존하지만, 구현 클래스도 동시에 의존한다.
- MemberService 클라이언트가 구현 클래스를 직접 선택 -> DIP 위반
- ```
MemberRepository m = new MemoryMemberRepository();
```

정리

객체 지향의 핵심은 다형성
다형성 만으로는 구현 객체를 변경할 때 클라이언트 코드도 함께 변경되기에, OCP, DIP를 준수하며 쉽게 부품을 갈아 끼우듯이 개발할 수 없다.

객체 지향 설계와 스프링

스프링은 다음 기술로 다형성 + OCP, DIP를 가능하게 지원
- DI(Dependency Injection): 의존관계, 의존성 주입
- DI 컨테이너 제공
클라이언트 코드의 변경 없이 기능 확장 = 쉽게 부품을 교체하듯이 개발

정리

모든 설계에 역할과 구현을 분리하자.
- 애플리케이션 설계도 공연을 설계 하듯이 배역만 만들어두고, 배우는 언제든지 유연하게 변경할 수 있도록 만드는 것이 좋은 객체 지향 설계다.
- 이상적으로는 모든 설계에 인터페이스를 부여하자
- 하지만 인터페이스를 도입하면 추상화라는 비용이 발생한다.
  - 기능을 확장할 가능성이 없다면, 구체 클래스를 직접 사용하고, 향후 꼭 필요할 때 리팩터링해서 인터페이스를 도입하는 것도 방법이다.

Reference

인프런 김영한 강의 - 스프링 핵심 원리 - 기본편