“복잡성은 죽음이다. 개발자에게서 생기를 앗아가며, 제품을 계획하고 제작하고 테스트하기 어렵게 만든다.”
레이 오지(Ray Ozzie)
도시를 세운다면?
도시를 세운다면 온갖 세세한 사항을 혼자서 직접 관리할 수는 없다. 이미 세워진 도시라도 한 사람의 힘으로는 무리다. 그럼에도 불구하고 도시는 돌아간다.
도시가 돌아가는 이유에는 수도 관리, 전력 관리, 교통 관리 등 각 분야를 관리하는 팀이 있기 때문이다. 도시에는 큰 그림을 그리는 사람들도 있으며 작은 사항에 집중하는 사람들도 있다.
도시가 돌아가는 또 다른 이유는 적절한 추상화와 모듈화 때문이다. 그래서 큰 그림을 이해하지 못하더라도 개인과 개인이 관리하는 ‘구성요소’는 효율적으로 돌아간다.
소프트웨어 팀도 도시처럼 구성한다. 그런데 막상 팀이 제작하는 시스템은 비슷한 수준으로 관심사를 분리하거나 추상화를 이뤄내지 못한다. 깨끗한 코드를 구현하면 낮은 추상화 수준에서 관심사를 분리하기 쉬워진다. 이 장에서는 높은 추상화 수준, 즉 시스템 수준에서도 깨끗함을 유지하는 방법을 살펴본다.
시스템 제작과 시스템 사용을 분리하라
제작(Construction)은 사용(Use)과 아주 다르다는 사실을 명심해야 한다. 소프트웨어 시스템은 객체를 제작하고 의존성을 연결하는 준비 과정과 이후에 이어지는 런타임 로직을 분리해야 한다.
시작 단계는 모든 애플리케이션이 풀어야 할 관심사(Concern)다. 관심사 분리는 소프트웨어 분야에서 가장 오래되고 가장 중요한 설계 기법 중 하나다.
불행히도 대다수 애플리케이션은 시작 단계라는 관심사를 분리하지 않는다. 준비 과정 코드를 주먹구구식으로 구현할 뿐만 아니라 런타임 로직과 마구 뒤섞는다.
다음이 전형적인 예다.
public Service getService() {
if (service == null)
service = new MyServiceImpl(...); // 모든 상황에 적합한 기본값일까?
return service;
}
위 코드는 초기화 지연(Lazy Initialization) 또는 계산 지연(Lazy Evaluation)이라는 기법이다. 객체를 필요할 때까지 생성하지 않아 불필요한 부하가 걸리지 않으며, 어떤 경우에도 null 포인터를 반환하지 않는 장점이 있다.
하지만 장점만 있는 것은 아니다.
- getService() 메서드가 MyServiceImpl 클래스와 생성자 인수에 명시적으로 의존한다.
- 런타임 로직에서 MyServiceImpl 객체를 사용하지 않더라도 의존성을 해결하지 않으면 컴파일이 안 된다.
- 테스트가 어렵고 단일 책임 원칙(SRP)을 위반한다.
- MyServiceImpl 클래스가 모든 상황에 적합한 객체인지 모른다.
초기화 지연 기법을 사용한다고 심각한 문제인 것은 아니지만, 체계적이고 탄탄한 시스템을 만들고 싶다면 손쉬운 기법으로 모듈성을 깨서는 절대로 안 된다. 객체를 생성하거나 의존성을 연결할 때도 마찬가지다. 설정 로직은 일반 로직과 분리해야 모듈성이 높아진다.
Main 분리
시스템의 생성과 사용을 분리하는 한 가지 방법으로, 생성과 관련한 코드는 모두 main이나 main이 호출하는 모듈로 옮기고, 나머지 시스템은 모든 객체가 생성되었고 모든 의존성이 연결되었다고 가정한다.
- main 함수에서 시스템에 필요한 객체를 생성한 후 이를 애플리케이션에 넘긴다.
- 애플리케이션은 main이나 객체가 생성되는 과정을 전혀 모르고 생성된 객체를 사용할 뿐이다.
- 애플리케이션은 단지 모든 객체가 적절히 생성되었다고 가정한다.
팩토리
때로는 객체가 생성되는 시점을 애플리케이션이 결정할 필요도 생긴다. 예를 들어 주문처리(OrderProcessing) 시스템에서 LineItem 인스턴스를 생성해 Order에 추가한다.
이때는 추상 팩토리 패턴(Abstract Factory Pattern)을 사용한다.
- LineItem을 생성하는 시점은 애플리케이션이 결정하지만 LineItem을 생성하는 코드는 애플리케이션이 모른다.
- 그럼에도 주문처리 애플리케이션은 LineItem 인스턴스가 생성되는 시점을 완벽하게 통제한다.
- 필요에 따라 OrderProcessing 애플리케이션에서만 사용하는 생성자 인수도 넘길 수 있다.
의존성 주입
사용과 제작을 분리하는 강력한 메커니즘 중 하나가 의존성 주입(DI: Dependency Injection)이다. 의존성 주입은 제어의 역전(IoC: Inversion of Control) 기법을 의존성 관리에 적용한 메커니즘이다.
- IoC는 한 객체가 맡은 보조 책임을 새로운 객체에게 전적으로 떠넘긴다. 새로운 객체는 넘겨받은 책임만 맡으므로 단일 책임 원칙(SRP)을 지키게 된다.
- 대신에 이런 책임을 다른 전담 메커니즘에 넘겨 제어를 역전한다.
- 초기 설정은 시스템 전체에서 필요하므로 대게 책임질 메커니즘으로 main이나 특수 컨테이너를 사용한다.
JNDI 검색은 의존성 주입을 부분적으로 구현한 기능이다.
MyService myService = (MyService) (jndiContext.lookup("NameOfMyService"));
- 객체는 디렉터리 서버에 이름을 제공하고 그 이름에 일치하는 서비스를 요청한다.
- 호출하는 객체는 실제로 반환되는 객체의 유형을 제어하지 않는 대신 의존성을 능동적으로 해결한다.
진정한 의존성 주입은 클래스가 의존성을 해결하려 시도하지 않는다. 클래스는 완전히 수동적인 대신에 의존성을 주입하는 방법으로 setter 메서드나 생성자 인수를 제공한다. DI 컨테이너는 필요한 객체의 인스턴스를 만든 후 생성자 인수나 setter 메서드를 사용해 의존성을 설정한다.
대다수 DI 컨테이너는 필요할 때까지 객체를 생성하지 않고, 지연 초기화나 이와 비슷한 팩토리를 호출하거나 프록시 객체를 생성하는 방법을 제공한다.
확장
군락은 마을로, 마을은 도시로 성장한다. 처음에는 좁거나 없던 길이 포장되며 점차 넓어진다. 작은 건물과 공터는 큰 건물로 채워지고 고층 건물이 들어선다. 성장에는 고통이 따른다. 확장 공사로 꽉 막힌 도로에서 ‘왜 처음부터 넓게 만들지 않았지?’라고 자문한 적이 많을 것이다. 하지만, 다른 방식으로는 확장이 일어나기 어렵다. 작은 마을에 6차선 도로를 뚫는다고 하면 어느 마을이 이를 반길까?
처음부터 올바르게 시스템을 만들 수 없다. 우리는 오늘 주어진 사용자 스토리에 맞춰 시스템을 구현해야 하며, 내일은 새로운 스토리에 맞춰 시스템을 조정하고 확장하면 된다. 이러한 방법은 반복적이고 점진적인 애자일 방식의 핵심이다. TDD와 리팩토링으로 얻어지는 깨끗한 코드는 코드 수준에서 시스템을 조정하고 확장하기 쉽게 만든다.
소프트웨어 시스템은 물리적인 시스템과 다르다. 관심사를 적절히 분리해 관리한다면 소프트웨어 아키텍처는 점진적으로 발전할 수 있다.
먼저, 관심사를 적절히 분리하지 못하는 아키텍처의 예를 소개한다.
[11-1] Bank EJB용 EJB2 지역 인터페이스
package com.example.banking;
import java.util.Collections;
import javax.ejb.*;
public interface BankLocal extends java.ejb.EJBLocalObject {
String getStreetAddr1() throws EJBException;
String getStreetAddr2() throws EJBException;
String getCity() throws EJBException;
String getState() throws EJBException;
String getZipCode() throws EJBException;
void setStreetAddr1(String street1) throws EJBException;
void setStreetAddr2(String street2) throws EJBException;
void setCity(String city) throws EJBException;
void setState(String state) throws EJBException;
void setZipCode(String zip) throws EJBException;
Collection getAccounts() throws EJBException;
void setAccounts(Collection accounts) throws EJBException;
void addAccount(AccountDTO accountDTO) throws EJBException;
}
다음은 [11-1] 인터페이스를 구현한 Bank 빈(Bean)에 대한 구현 클래스다.
[11-2] 상응하는 EJB2 엔티티 빈 구현
package com.example.banking;
import java.util.Collections;
import javax.ejb.*;
public abstract class Bank implements javax.ejb.EntityBean {
// 비즈니스 로직...
public abstract String getStreetAddr1();
public abstract String getStreetAddr2();
public abstract String getCity();
public abstract String getState();
public abstract String getZipCode();
public abstract void setStreetAddr1(String street1);
public abstract void setStreetAddr2(String street2);
public abstract void setCity(String city);
public abstract void setState(String state);
public abstract void setZipCode(String zip);
public abstract Collection getAccounts();
public abstract void setAccounts(Collection accounts);
public void addAccount(AccountDTO accountDTO) {
InitialContext context = new InitialContext();
AccountHomeLocal accountHome = context.lookup("AccountHomeLocal");
AccountLocal account = accountHome.create(accountDTO);
Collection accounts = getAccounts();
accounts.add(account);
}
// EJB 컨테이너 로직
public abstract void setId(Integer id);
public abstract Integer getId();
public Integer ejbCreate(Integer id) { ... }
public void ejbPostCreate(Integer id) { ... }
// 나머지도 구현해야 하지만 일반적으로 비어 있다.
public void setEntityContext(EntityContext ctx) {}
public void unsetEntityContext() {}
public void ejbActivate() {}
public void ejbPassivate() {}
public void ejbLoad() {}
public void ejbStore() {}
public void ejbRemove() {}
}
- 비즈니스 로직이 EJB2 애플리케이션 컨테이너에 강하게 결합되어 있다. 클래스를 생성할 때는 컨테이너에서 파생해야 하며 컨테이너가 요구하는 다양한 생명주기 메서드도 제공해야 한다.
- 비즈니스 로직이 컨테이너와 밀접하게 결합된 탓에 단위 테스트가 어렵다. 아니면 EJB와 테스트를 실제 서버에 배치해야 한다. EJB2 코드는 프레임워크 밖에서 재사용하기란 사실상 불가능하다.
- 객체지향 프로그래밍이라는 개념조차 뿌리가 흔들린다. 빈은 다른 빈을 상속받지 못한다. 일반적으로 EJB2 빈은 DTO를 정의한다. DTO에는 메서드가 없으며 사실상 구조체다. 즉, 동일한 정보를 저장하는 자료 유형이 두 개로 한 객체에서 다른 객체로 자료를 복사하는 규격 코드가 필요하다.
횡단(Cross-cutting) 관심사
EJB2 아키텍처는 일부 영역에서 관심사를 거의 완벽하게 분리한다. 트랜잭션, 보안, 일부 영속적인 동작은 소스 코드가 아닌 배치에서 정의한다. 영속성과 같은 관심사는 애플리케이션의 자연스러운 객체 경계를 넘나드는 경향이 있다. 모든 객체가 전반적으로 동일한 방식을 이용하게 만들어야 한다.
원론적으로 모듈화되고 캡슐화된 방식으로 영속성 방식을 구상할 수 있지만 현실적으로는 영속성 방식을 구현한 코드가 온갖 객체로 흩어진다. 이때 등장하는 것이 횡단 관심사라는 용어다. 도메인 로직도 모듈화 할 수 있다.
EJB 아키텍처가 영속성, 보안, 트랜잭션을 처리하는 방식은 관점 지향 프로그래밍(APO: Aspect-Oriented Programming)을 예견했다고 보인다. AOP는 횡단 관심사에 대처해 모듈성을 확보하는 일반적인 방법론이다. AOP에서 관점(Aspect)이라는 모듈 구성 개념은 “특정 관심사를 지원하기 위해 시스템에서 특정 지점들이 동작하는 방식을 일관성 있게 바꿔야 한다”라고 명시한다.
영속성을 예로 들면, 영속적으로 저장할 객체와 속성을 선언한 후 영속성 책임을 영속성 프레임워크에 위임한다. AOP 프레임워크는 대상 코드에 영향을 미치지 않는 상태로 동작 방식을 변경한다.
다음은 자바에서 사용하는 관심사 혹은 이와 유사한 메커니즘 세 가지를 살펴본다.
자바 프록시
자바 프록시는 단순한 상황에 적합하다. 개별 객체나 클래스에서 메서드 호출을 감싸는 경우가 좋은 예다. 하지만 JDK에서 제공하는 동적 프록시는 인터페이스만 지원한다. 클래스 프록시를 사용하려면 CGLIB, ASM, Javassist 등과 같은 바이트 코드 처리 라이브러리가 필요하다.
다음은 Bank 애플리케이션에서 JDK 프록시를 사용해 영속성을 지원하는 예제다.
[11-3] 프록시 예제
Bank.java
// 은행 추상화
public interface Bank {
Collection<Account> getAccounts();
void setAccounts(Collection<Account> accounts);
}
BankImpl.java
// 추상화를 위한 POJO("Plain Old Java Object") 구현
public class BankImpl implements Bank {
private List<Account> accounts;
public Collection<Account> getAccounts() {
return accounts;
}
public void setAccounts(Collection<Account> accounts) {
this.accounts = new ArrayList<Account>();
for (Account account: accounts) {
this.accounts.add(account);
}
}
}
BankProxyHandler.java
// 프록시 API가 필요한 "InvocationHandler"
public class BankProxyHandler implements InvocationHandler {
private Bank bank;
public BankProxyHandler(Bank bank) {
this.bank = bank;
}
// InvocationHandler에 정의된 메서드
@Override
public Object invoke(Object proxy, Method method, Object[] args) throws Throwable {
String methodName = method.getName();
if (methodName.equals("getAccounts")) {
bank.setAccounts(getAccountsFromDatabase());
return bank.getAccounts();
} else if (methodName.equals("setAccounts")) {
bank.setAccounts((Collection<Account>) args[0]);
setAccountsToDatabase(bank.getAccounts());
return null;
} else {
...
}
}
// 세부사항은 여기에 이어진다.
protected Collection<Account> getAccountsFromDatabase() { ... }
protected void setAccountsToDatabase(Collection<Account> accounts) { ... }
}
Bank bank = (Bank) Proxy.newProxyInstance(
Bank.class.getClassLoader(),
new Class[] { Bank.class },
new BankProxyHandler(new BankImpl())
);
위 코드들에 대한 설명은 다음과 같다.
- 프록시로 감쌀 인터페이스 Bank와 비즈니스 로직을 구현하는 POJO BankImpl을 정의한다.
- 프록시 API에는 InvocationHandler를 넘겨줘야 한다. 넘긴 InvokationHandler는 프록시에 호출되는 Bank 메서드를 구현하는 데 사용된다.
- BankProxyHandler는 자바 리플렉션 API를 사용해 BankImpl 메서드로 매핑한다.
순수 자바 AOP 프레임워크
대부분의 프록시 코드는 비슷한 코드로 구성되어 있어 자동화가 가능하다. 순수 자바 관점을 구현하는 스프링 AOP, JBoss AOP 등과 같은 여러 자바 프레임워크는 내부적으로 프록시를 사용한다. 스프링의 경우 비즈니스 로직을 POJO로 구현한다.
POJO는 순수하게 도메인에 초점을 맞추기 때문에 엔터프라이즈 프레임워크에 의존하지 않는다. 따라서 테스트가 개념적으로 더 쉽고 간단한다.
자바 프레임워크를 통해 영속성, 트랜잭션, 보안, 캐시, 예외 처리 등과 같은 횡단 관심사를 구현할 수 있다.
[11-4] 스프링 2.5 설정 파일의 일부
<beans>
...
<bean id="appDataSource"
class="org.apache.commons.dbcp.BasicDataSource"
destroy-method="close"
p:driverClassName="com.mysql.jdbc.Driver"
p:url="jdbc:mysql://localhost:3306/mydb"
p:username="me"/>
<bean id="bankDataAccessObject"
class="com.example.banking.persistence.BankDataAccessObject"
p:dataSource-ref="appDataSource"/>
<bean id="bank"
class="com.example.banking.model.Bank"
p:dataAccessObject-ref="bankDataAccessObject"/>
...
</beans>
각 bean은 러시아 인형의 일부분과 같다. Bank 도메인 객체는 bankDataAccessObject(DAO)로 감싸며, DAO는 JDBC 드라이버 데이터 소스로 감싸진 형태로 구성된다.
- 클라이언트는 Bank 객체에서 getAccount()를 호출한다고 믿지만 실제로는 Bank POJO의 기본 동작을 확장한 중첩 Decorator 객체 집합의 가장 외곽과 통신한다.
- 필요에 따라 트랜잭션, 캐싱 등에도 Decorator를 추가할 수 있다.
애플리케이션에서 DI 컨테이너에게 프록시 객체를 요청하려면 다음 코드가 필요하다.
XmlBeanFactory bf = new XmlBeanFactory(new ClassPathResource("app.xml", getClass()));
Bank bank = (Bank) bf.getBean("bank");
스프링 관련 자바 코드가 거의 필요 없으므로 애플리케이션은 사실상 스프링과 독립적이다.
- EJB2 시스템이 가졌던 강한 결합이라는 문제가 모두 사라진다.
- 이런 아키텍처를 통해 스프링 프레임워크는 EJB 버전 3을 완전히 뜯어고치는 계기를 제공했다.
[11-5] EJB3로 Bank 객체를 다시 작성한 코드
@Entity
@Table(name = "BANKS")
public class Bank implements java.io.Serializable {
@Id @GeneratedValue(strategy = GenerationType.AUTO)
private int id;
@Embeddable // BANK의 데이터베이스 행에 '인라인으로 포함된' 객체
public class Address {
protected String streetAddr1;
protected String streetAddr2;
protected String city;
protected String state;
protected String zipCode;
}
@Embedded
private Address address;
@OneToMany(cascade = CascadeType.ALL, fetch = FetchType.EAGER, mappedBy = "bank")
private Collection<Account> accounts = new ArrayList<Account>();
public int getId() {
return id;
}
public void setId(int id) {
this.id = id;
}
public void addAccount(Account account) {
account.setBank(this);
accounts.add(account);
}
public Collection<Account> getAccounts() {
return accounts;
}
public void setAccounts(Collection<Account> accounts) {
this.accounts = accounts;
}
}
EJB2 코드보다 위 코드가 훨씬 더 깨끗하다. 일부 상세한 엔티티 정보는 어노테이션에 포함되어 그대로 남아있지만, 모든 정보가 어노테이션 속에 있으므로 코드 자체는 깔끔하고 깨끗하다.
AspectJ 관점
관심사를 관점으로 분리하는 가장 강력한 도구는 AspectJ 언어다. AspectJ는 언어 차원에서 관점을 모듈화 구성으로 지원하는 자바 언어 확장이다. Spring AOP와 JBoss AOP가 제공하는 순수 자바 방식은 관점이 필요한 상황의 대부분을 해결해 준다. AspecjtJ는 관점을 분리하는 강력한 도구들을 제공하긴 하지만, 러닝 커브가 높다는 단점이 있다. (어노테이션을 활용해 완화되고 있음)
테스트 주도 시스템 아키텍처 구축
애플리케이션 도메인 로직을 POJO로 작성할 수 있다면, 즉 코드 수준에서 아키텍처 관심사를 분리할 수 있다면, 진정한 테스트 주도 아키텍처 구축이 가능해진다.
- 새로운 기술을 채택해 아키텍처를 키울 수 있다.
- 구현을 시작하기 전에 모든 사항을 설계하는 BDUF(Big Design Up Front)를 추구할 필요가 없다.
즉, 단순하면서도 분리된 아키텍처로 소프트웨어 프로젝트를 진행해 결과물을 재빨리 출시한 후, 기반 구조를 추가하며 조금씩 확장해 나갈 수 있다.
최선의 시스템 구조는 각기 POJO 객체로 구현되는 모듈화 된 관심사 영역으로 구성된다. 서로 다른 영역은 해당 영역 코드에 최소한의 영향을 미치는 관점이나 유사한 도구를 사용해 통합한다. 이런 구조 역시 코드와 마찬가지로 테스트 주도 기법을 적용할 수 있다.
의사 결정을 최적화하라
모듈을 나누고 관심사를 분리하면 지엽적인 관리와 결정이 가능해진다. 아주 큰 시스템에서는 한 사람이 모든 결정을 내리기 어렵다.
가장 적합한 사람에게 책임을 맡기면 가장 좋다. 때때로 가능한 마지막 순간까지 결정을 미루는 방법이 최선이다. 최대한 정보를 모아 최선의 결정을 내리기 위함이다. 너무 일찍 결정하면 고객 피드백을 더 모으고, 프로젝트를 더 고민하고, 구현 방안을 더 탐험할 기회가 사라진다.
관심사를 모듈로 분리한 POJO 시스템은 기민함을 제공한다. 이런 기민함 덕택에 최신 정보에 기반해 최선의 시점에 최적의 결정을 내리기가 쉬워진다. 또한 결정의 복잡성도 줄어든다.
명백한 가치가 있을 때 표준을 현명하게 사용하라
EJB2는 단지 표준이라는 이유만으로 많은 팀이 사용했다. 가볍고 간단한 설계로 충분했을 프로젝트에서도 EJB2를 채택했다. 소프트웨어 분야에서 여러 형태로 아주 과장되게 포장된 표준에 집착하는 바람에 고객 가치가 뒷전으로 밀려난 사례다.
표준을 사용하면 아이디어와 컴포넌트를 재사용하기 쉽고, 적절한 경험을 가진 사람을 구하기 쉬우며, 좋은 아이디어를 캡슐화하기 쉽고, 컴포넌트를 엮기 쉽다. 하지만 때로는 표준을 만드는 시간이 너무 오래 걸려 업계가 기다리지 못한다. 어떤 표준은 원래 표준을 제정한 목적을 잊어버리기도 한다.
시스템은 도메인 특화 언어(DSL)가 필요하다.
최근 소프트웨어 분야에서 DSL(Domain-Specific Language)이 조명받고 있다. DSL은 간단한 스크립트 언어나 표준 언어로 구현한 API를 가리킨다. DSL로 짠 코드는 도메인 전문가가 작성한 구조적인 산문처럼 읽힌다.
좋은 DSL은 도메인 개념과 그 개념을 구현한 코드 사이에 존재하는 ‘의사소통 간극’을 줄여준다. 도메인 전문가가 사용하는 언어로 도메인 로직을 구현하면 도메인을 잘못 구현할 가능성이 줄어든다.
- 효과적으로 사용한다면 DSL은 추상화 수준을 코드 관용구나 디자인 패턴 이상으로 끌어올릴 수 있다.
- 적절한 추상화 수준에서 코드 의도를 표현할 수 있다.
DSL을 사용하면 고차원 정책에서 저차원 세부사항에 이르기까지 모든 추상화 수준과 모든 도메인을 POJO로 표현할 수 있다.
결론
- 시스템 역시 깨끗해야 한다.
- 깨끗하지 못한 아키텍처는 도메인 로직을 흐리며 기민성을 떨어뜨린다.
- 도메인 로직이 흐려지면 제품 품질이 떨어진다.
- 기민성이 떨어지면 생산성이 낮아져 TDD가 제공하는 장점이 사라진다.
- 모든 추상화 단계에서 의도는 명확히 표현해야 한다.
- POJO를 작성하고 관점 혹은 관점과 유사한 메커니즘을 사용해 각 구현 관심사를 분리해야 한다.
- 시스템을 설계하든 개별 모듈을 설계하든, 실제로 동작하는 가장 단순한 수단을 사용해야 한다.
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