[디자인 패턴] 파사드 패턴 (Facade Pattern)

💡 파사드 패턴 (Facade Patter)
어떤 서브시스템의 일련의 인터페이스에 대한 통합된 인터페이스를 제공한다. 퍼사드에서 고수준 인터페이스를 정의하기 때문에 서브시스템을 더 쉽게 사용할 수 있다.

■ 예제 : 홈씨어터

홈씨어터에는 앰프, 스크린, 조명, 프로젝터, 팝콘 기계 등이 존재한다.

클래스가 매우 많다. 이 클래스들은 서로 복잡하게 연결되어 있고, 제대로 쓰려면 많은 비용이 든다.

영화를 보려면

popconPopper.on(); // 팝콘 기계를 켠다.
popconPopper.pop(); // 팝콘 튀긴다.
light.dim(20); // 조명을 20% 로 조절한다.
screen.down(); // 스크린을 내린다
amp.on(); // 앰프를 켠다
streamingPlayer.play(); // 플레이어를 실행시킨다
// 기타 동작 (플레이어 일시정지, 조명 조절, 볼륨 조절 등)

영화를 끄고 정리하려면, 위의 동작들을 전부 역순으로 해야할까? 홈씨어터 시스템에 기능 추가등 업그레이드 된다면?

홈씨어터로 영화를 보는 것이 아니라, TV 시청이나 라디오 청취를 한다면 이렇게 복잡한 과정을 해야하는가?

이럴때 파사드 패턴을 이용하자.

인터페이스를 단순화 시키기 위해 인터페이스를 변경한다.

(1) 홈씨어터를 구성하는 객체들

/** 앰프 */
public class Amplifier {
    String description;
    Tuner tuner;
    StreamingPlayer player;

    public Amplifier(String description) {
        this.description = description;
    }

    public void on() { System.out.println(description + " 전원 on"); }
    public void off() { System.out.println(description + " 전원 off"); }
    public void setStereoSound() { System.out.println(description + " 스테레오 모드 on"); }
    public void setSurroundSound() { System.out.println(description + " 서라운드 모드 on"); }
    public void setVolume(int level) { System.out.println(description + " 볼륨 설정 " + level);}
    public void setTuner(Tuner tuner) {
        System.out.println(description + " 튜너 설정 " + tuner);
        this.tuner = tuner;
    }

    public void setStreamingPlayer(StreamingPlayer player) {
        System.out.println(description + " set 스트리밍 플레이어 " + player);
        this.player = player;
    }

    @Override
    public String toString() {
        return "Amplifier{" + "description='" + description + '\'' + '}';
    }
}
/** CD 플레이어 */
public class CdPlayer {
    String description;
    int currentTrack;
    Amplifier amplifier;
    String title;

    public CdPlayer(String description, Amplifier amplifier) {
        this.description = description;
        this.amplifier = amplifier;
    }

    public void on() { System.out.println(description + " on"); }

    public void off() { System.out.println(description + " off"); }

    public void eject() {
        title = null;
        System.out.println(description + " eject");
    }

    public void play(String title) {
        this.title = title;
        currentTrack = 0;
        System.out.println(description + " playing \"" + title + "\"");
    }

    public void play(int track) {
        if (title == null) {
            System.out.println(description + " 재생 불가 " + currentTrack + " cd 없음");
        } else {
            currentTrack = track;
            System.out.println(description + " 재생 중 " + currentTrack);
        }
    }

    public void stop() {
        currentTrack = 0;
        System.out.println(description + " 정지!!");
    }

    public void pause() { System.out.println(description + " 일시정지 \"" + title + "\""); }

    @Override
    public String toString() {
        return "CdPlayer{" + "description='" + description + '\'' + '}';
    }
}
/** 팝콘 기계 */
public class PopcornPopper {
    String description;

    public PopcornPopper(String description) {
        this.description = description;
    }

    public void on() { System.out.println(description + " on"); }
    public void off() { System.out.println(description + " off"); }
    public void pop() { System.out.println(description + " 팝콘 튀기기!!"); }

    @Override
    public String toString() {
        return "PopcornPopper{" + "description='" + description + '\'' + '}';
    }
}
/** 프로젝터 */
public class Projector {
    String description;
    StreamingPlayer player;

    public Projector(String description, StreamingPlayer player) {
        this.description = description;
        this.player = player;
    }

    public void on() { System.out.println(description + " 전원 on"); }
    public void off() { System.out.println(description + " 전원 off"); }
    public void wideScreenMode() { System.out.println(description + " 와이드 스크린 모드 (16x9)"); }
    public void tvMode() { System.out.println(description + " tv 모드 (4x3)"); }

    @Override
    public String toString() {
        return "Projector{" + "description='" + description + '\'' + '}';
    }
}
/** 스크린 */
public class Screen {
    String description;

    public Screen(String description) {
        this.description = description;
    }

    public void up() { System.out.println(description + " 올리기!"); }
    public void down() { System.out.println(description + " 내리기!"); }

    @Override
    public String toString() {
        return "Screen{" + "description='" + description + '\'' + '}';
    }
}
/** 재생 플레이어 */
public class StreamingPlayer {
    String description;
    int currentChapter;
    Amplifier amplifier;
    String movie;

    public StreamingPlayer(String description, Amplifier amplifier) {
        this.description = description;
        this.amplifier = amplifier;
    }

    public void on() { System.out.println(description + " 전원 on"); }
    public void off() { System.out.println(description + " 전원 off"); }
    
    public void play(String movie) {
        this.movie = movie;
        currentChapter = 0;
        System.out.println(description + " playing \"" + movie + "\"");
    }

    public void stop() {
        currentChapter = 0;
        System.out.println(description + " 정지 \"" + movie + "\"");
    }

    public void pause() {
        System.out.println(description + " 일시중지 \"" + movie + "\"");
    }

    public void setTwoChannelAudio() { System.out.println(description + " set 2ch 스테레오 오디오"); }
    public void setSurroundAudio() { System.out.println(description + " set 서라운드 오디오"); }
        
    @Override
    public String toString() {
        return "StreamingPlayer{" + "description='" + description + '\'' + '}';
    }
}
/** 조명 */
public class TheaterLights {
    String description;

    public TheaterLights(String description) {
        this.description = description;
    }

    public void on() { System.out.println(description + " 전원 on"); }
    public void off() { System.out.println(description + " 전원 off"); }
    public void dim(int level) { System.out.println(description + " 조정 to " + level + " %"); }

    @Override
    public String toString() {
        return "TheaterLights{" + "description='" + description + '\'' + '}';
    }
}
/** 튜너 */
public class Tuner {
    String description;
    Amplifier amplifier;
    double frequency;

    public Tuner(String description, Amplifier amplifier) {
        this.description = description;
        this.amplifier = amplifier;
    }

    public void on() { System.out.println(description + " 전원 on"); }
    public void off() { System.out.println(description + " 전원 off"); }

    public void setFrequency(double frequency) {
        System.out.println(description + " 주파수 설정 " + frequency);
        this.frequency = frequency;
    }

    public void setAm() { System.out.println(description + " set AM mode"); }
    public void setFm() { System.out.println(description + " set FM mode"); }

    @Override
    public String toString() {
        return "Tuner{" + "description='" + description + '\'' + '}';
    }
}

(2) 파사드 만들기

public class HomeTheaterFacade {
    Amplifier amplifier;
    CdPlayer cdPlayer;
    PopcornPopper popcornPopper;
    Projector projector;
    Screen screen;
    StreamingPlayer streamingPlayer;
    TheaterLights theaterLights;
    Tuner tuner;
    
    // constructor
    public HomeTheaterFacade(Amplifier amplifier, CdPlayer cdPlayer, 
                            PopcornPopper popcornPopper, Projector projector, Screen screen, 
                            StreamingPlayer streamingPlayer, TheaterLights theaterLights, Tuner tuner) {
        this.amplifier = amplifier;
        this.cdPlayer = cdPlayer;
        this.popcornPopper = popcornPopper;
        this.projector = projector;
        this.screen = screen;
        this.streamingPlayer = streamingPlayer;
        this.theaterLights = theaterLights;
        this.tuner = tuner;
    }

    public void watchMovie(String movie) {
        System.out.println("===== 영화 보기 =====");
        popcornPopper.on();
        popcornPopper.pop();
        theaterLights.dim(10);
        screen.down();
        projector.on();
        projector.wideScreenMode();
        amplifier.on();
        amplifier.setStreamingPlayer(streamingPlayer);
        amplifier.setSurroundSound();
        amplifier.setVolume(5);
        streamingPlayer.on();
        streamingPlayer.play(movie);
    }

    public void endMovie() {
        System.out.println("===== 영화 끝 =====");
        popcornPopper.off();
        theaterLights.on();
        screen.up();
        projector.off();
        amplifier.off();
        streamingPlayer.stop();
        streamingPlayer.off();
    }

    public void listenToRadio(double frequency) {
        System.out.println("===== 라디오 듣기 =====");
        tuner.on();
        tuner.setFrequency(frequency);
        amplifier.on();
        amplifier.setVolume(6);
        amplifier.setTuner(tuner);
    }

    public void endRadio() {
        System.out.println("===== 라디오 종료 =====");
        tuner.off();
        amplifier.off();
    }
}

(3) 실행

@Test
void homeTheaterPlayMovie() {
    Amplifier amplifier = new Amplifier("앰프");
    Tuner tuner = new Tuner("Am/Fm 튜너", amplifier);
    StreamingPlayer streamingPlayer = new StreamingPlayer("스트리밍 플레이어", amplifier);
    CdPlayer cdPlayer = new CdPlayer("CD 플레이어", amplifier);
    Projector projector = new Projector("프로젝터", streamingPlayer);
    TheaterLights theaterLights = new TheaterLights("조명 라이트");
    Screen screen = new Screen("스크린");
    PopcornPopper popcornPopper = new PopcornPopper("팝콘 팝팝!");
    // 파사드 생성
    HomeTheaterFacade homeTheaterFacade = new HomeTheaterFacade(amplifier, cdPlayer, popcornPopper, projector,
            screen, streamingPlayer, theaterLights, tuner);
    // 영화보기
    homeTheaterFacade.watchMovie("기생충");
    homeTheaterFacade.endMovie();
 }

@Test
void homeTheaterPlayRadio() {
    Amplifier amplifier = new Amplifier("골드 앰프");
    Tuner tuner = new Tuner("라디오 튜너", amplifier);
    StreamingPlayer streamingPlayer = new StreamingPlayer("재생 플레이어", amplifier);
    CdPlayer cdPlayer = new CdPlayer("CD player", amplifier);
    Projector projector = new Projector("콤팩트 프로젝터", streamingPlayer);
    TheaterLights theaterLights = new TheaterLights("휴대용 조명");
    Screen screen = new Screen("휴대용 스크린");
    PopcornPopper popcornPopper = new PopcornPopper("팝콘!");
    // 파사드 생성
    HomeTheaterFacade homeTheaterFacade = new HomeTheaterFacade(amplifier, cdPlayer, popcornPopper, projector,
            screen, streamingPlayer, theaterLights, tuner);
    // 라디오 듣기
    homeTheaterFacade.listenToRadio(107.7);
    homeTheaterFacade.endRadio();
}

(4) 결과 확인

===== 영화 보기 =====
팝콘 팝팝! on
팝콘 팝팝! 팝콘 튀기기!!
조명 라이트 조정 to 10 %
스크린 내리기!
프로젝터 전원 on
프로젝터 와이드 스크린 모드 (16x9)
앰프 전원 on
앰프 set 스트리밍 플레이어 StreamingPlayer{description='스트리밍 플레이어'}
앰프 서라운드 모드 on
앰프 볼륨 설정 5
스트리밍 플레이어 전원 on
스트리밍 플레이어 playing "기생충"

===== 영화 끝 =====
팝콘 팝팝! off
조명 라이트 전원 on
스크린 올리기!
프로젝터 전원 off
앰프 전원 off
스트리밍 플레이어 정지 "기생충"
스트리밍 플레이어 전원 off

===== 라디오 듣기 =====
라디오 튜너 전원 on
라디오 튜너 주파수 설정 107.7
골드 앰프 전원 on
골드 앰프 볼륨 설정 6
골드 앰프 튜너 설정 Tuner{description='라디오 튜너'}

===== 라디오 종료 =====
라디오 튜너 전원 off
골드 앰프 전원 off

파사드를 만들어 서브클래스들을 통합시킨 과정을 그림으로 표현하면 다음과 같다.

파사드 클래스는 서브 클래스들을 캡슐화 하는 것이 아니다. 그냥 서브 클래스들의 기능을 사용할 수 있는 간단한 인터페이스를 제공하는 것 뿐이다. 따라서 클라이언트에서 특정 서브시스템 클래스를 그냥 사용할수도 있다.

파사드는 패턴을 사용하면 인터페이스를 단순화시킬 뿐 아니라 클라이언트 구현과 서브시스템을 분리시킬 수 있다. 이 때문에 홈씨어터의 기계가 바뀌어도, 클라이언트는 수정하지않고 파사드만 수정함으로써 기계 교환이 가능해진다.

■ 최소 지식 원칙

복잡하고 많은 서브 클래스들 (홈씨어터의 각종 기기들) 을 단순화하고 통합한 클래스를 만들어 파사드 패턴을 완성했다.

이제 클라이언트와 서브 시스템이 서로 긴밀하게 연결되지 않아도 되고, 최소 지식 원칙을 준수하는데 도움을 준다.

📌 최소 지식 원칙
정말 친한 친구하고만 얘기하라!

어떤 객체든 그 객체와 상호작용하는 클래스의 개수에 주의해야하며, 어떤식으로 상호작용하는지도 주의를 기울여야 한다는 의미이다.

즉, 어떤 메소드에서든지 아래의 네 종류의 객체 메소드만 호출하자!

객체 자체
메소드에 매개변수로 전달된 객체
그 메소드에서 생성하거나 인스턴스를 만든 객체
그 객체에 속하는 구성요소

Without the Principle

public float getTemp() {
    // station으로부터 Thermometer라는 객체를 받은다음
    Thermometer thermometer = station.getThermometer();
    // 그 객체의 getTemperature()메소드를 직접 호출
    return thermometer.getTemperature();
}

With the Principle

public float getTemp() {
    // Station 클래스에 thermometer에 요청을 해주는 메소드를 추가
    // 이렇게하면 의존해야하는 클래스의 개수를 줄일수 있다.
    return station.getTemperature();
}

메소드 호출을 바운더리 안에서 유지하도록 하자.

public class Car {
    // 이 클래스의 구성요소, 이 구성요소의 메소드는 호출 OK
    Engine engine; 
    // 다른 인스턴스 변수들...

    public Car() { // Constructor
        // 인스턴스 변수들 초기화
    }

    // 매개변수로 전달된 객체(Key)의 메소드는 호출 OK
    public void start(Key key) {
        // 새로운 객체 생성. 이 객체의 메소드는 호출 OK
        Doors doors = new Doors();
        // 매개변수로 전달된 객체(Key)의 메소드는 호출 OK
        boolean authorized = key.turns();

        if(authorized) {
            engine.start(); // 구성요소의 객체의 메소드는 호출 OK
            updateDashboardDisplay(); // 객체 내의 로컬 메소드 호출 OK
            doors.lock(); // 직접 생성하거나 인스턴스를 만든 객체의 메소드 호출 OK
        }
    }

    public void updateDashboardDisplay() {
        // 업데이트 display 내용
    }
}

■ UML Diaglam

참고
헤드 퍼스트 디자인 패턴 (Head First Design Patterns) - 에릭 프리먼,엘리자베스 롭슨,케이시 시에라,버트 베이츠