[DesignPattern] Abstract Factory Pattern - 추상팩토리 패턴

소프트웨어 엔지니어링에서 디자인 패턴은 유연하고 유지 관리 가능한 코드를 만드는 데 중요한 역할을 합니다. 이러한 디자인 패턴 중 하나가 추상 팩토리 패턴입니다. 이 패턴을 사용하면 구체적인 클래스를 지정하지 않고도 관련 객체의 제품군을 생성할 수 있습니다. 이 패턴은 공통 주제를 공유하는 개별 팩토리 그룹을 캡슐화하고 구체적인 객체를 생성하기 위한 일반적인 인터페이스를 제공합니다.

추상 팩토리 패턴은 유명한 4인조 디자인 패턴의 일부로, 객체 생성 방식과 독립적으로 객체 생성, 구체적인 클래스에 의존하지 않고 객체 생성, 관련 또는 종속 객체의 패밀리 생성 등 다양한 문제를 해결하는 데 사용할 수 있습니다.

이 블로그 게시물에서는 C#의 맥락에서 추상 팩토리 패턴을 살펴보겠습니다. 이 패턴이 무엇인지, C#에서 어떻게 구현할 수 있는지, 그리고 이 패턴의 장단점에 대해 논의할 것입니다. 또한 패턴의 사용법을 설명하기 위해 코드 예제도 제공할 것입니다.

이제 추상 팩토리 패턴의 세계로 들어가서 이 패턴이 C#에서 코드의 유연성과 유지 관리성을 어떻게 향상시킬 수 있는지 살펴보겠습니다.

추상 팩토리 패턴의 작동 방식

추상 팩토리 패턴은 구체적인 클래스를 지정하지 않고도 관련 또는 종속 객체의 제품군을 만들기 위한 인터페이스를 제공하는 창조적인 디자인 패턴입니다. 이 패턴은 객체 생성을 담당하는 별도의 팩토리 객체에 객체 생성 프로세스를 캡슐화합니다.

별도의 팩토리 객체에 객체 생성 캡슐화하기

추상 팩토리 패턴에서는 객체 생성이 별도의 팩토리 객체에 캡슐화됩니다. 이 팩토리 객체는 클라이언트의 요구 사항에 따라 객체를 생성할 책임이 있습니다. 객체 생성 프로세스를 캡슐화하면 클라이언트 코드가 생성되는 객체의 특정 클래스로부터 분리됩니다.

팩토리 객체에 객체 생성 위임하기

클라이언트 코드는 객체 생성의 책임을 팩토리 객체에 위임합니다. 클라이언트 코드는 생성할 객체의 유형이나 객체 생성에 필요한 기타 매개변수 등 필요한 정보만 팩토리 객체에 제공하기만 하면 됩니다. 그러면 팩토리 객체는 제공된 정보를 기반으로 적절한 객체를 생성합니다.

클래스를 객체 생성 방식과 독립적으로 만들기

추상 팩토리 패턴을 사용하면 객체가 필요한 클래스는 객체가 생성되는 방법과 무관하게 됩니다. 클래스는 추상 팩토리 인터페이스로만 작업하면 되며 생성되는 객체의 구체적인 구현 세부 사항을 알 필요가 없습니다. 따라서 클래스의 기능에 영향을 주지 않고 다른 구체적인 팩토리와 함께 작동하도록 클래스를 쉽게 수정할 수 있으므로 유연성과 유지 관리가 용이합니다.

요약하면, 추상 팩토리 패턴은 객체 생성을 별도의 팩토리 객체에 캡슐화하고, 객체 생성 책임을 팩토리 객체에 위임하고, 클래스를 객체 생성 방식과 무관하게 만드는 방식으로 작동합니다. 이 패턴은 객체 생성의 느슨한 결합과 유연성을 촉진하여 소프트웨어 개발에서 유용한 도구입니다.

C#에서 추상 팩토리 패턴 구현하기

추상 팩토리 패턴은 구체적인 클래스를 지정하지 않고도 관련 또는 종속 객체의 제품군을 생성할 수 있는 인터페이스를 제공하는 생성 디자인 패턴입니다. 이 패턴은 객체 생성 로직을 별도의 팩토리 객체에 캡슐화하여 클라이언트의 요구 사항에 따라 적절한 객체를 생성하는 역할을 담당합니다.

추상 제품 생성 추상 공장 패턴을 구현하기 위해서는 먼저 공장에서 생성할 추상 제품을 정의해야 합니다. 이러한 추상 제품은 관련 제품군에 대한 공통 인터페이스를 나타냅니다. 예를 들어, GUI 애플리케이션을 생성하는 경우 Button, TextBox, Label과 같은 추상 제품이 있을 수 있습니다.

구체적인 제품 만들기 다음으로 추상적인 프로덕트의 구체적인 구현을 만들어야 합니다. 이러한 구체적인 제품은 추상 제품 클래스에서 상속되며 구체적인 구현 세부 사항을 제공합니다. 예를 들어, Windows 테마 GUI 애플리케이션을 위한 WindowsButton, WindowsTextBox, WindowsLabel과 같은 구체적인 프로덕트가 있을 수 있습니다.

추상 팩토리 생성하기 추상 제품을 정의한 후에는 추상 팩토리 인터페이스를 만들어야 합니다. 이 인터페이스는 추상 제품을 생성하는 메서드를 선언합니다. 각 구체적인 팩토리는 이 인터페이스를 구현하고 특정 구체적인 제품을 생성하기 위한 구현을 제공합니다. 예를 들어, CreateButton(), CreateTextBox(), CreateLabel()과 같은 메서드가 있는 GUIFactory라는 추상 팩토리 인터페이스가 있을 수 있습니다.

구체적인 팩토리 생성하기 마지막으로 추상적인 팩토리 인터페이스의 구체적인 구현을 만들어야 합니다. 이러한 구체적인 팩토리는 추상 팩토리 클래스에서 상속되며 구체적인 구체적인 제품을 생성하기 위한 구현을 제공합니다. 예를 들어, GUIFactory 인터페이스를 구현하고 Windows 테마의 GUI 컴포넌트를 생성하는 WindowsGUIFactory가 있을 수 있습니다.

추상 팩토리 패턴을 사용하면 구체적인 클래스를 지정하지 않고도 관련 객체의 패밀리를 만들 수 있습니다. 이를 통해 클라이언트 코드가 제품의 특정 구현과 분리된 유연하고 확장 가능한 시스템을 만들 수 있습니다. 따라서 서로 다른 제품군 간에 전환하거나 시스템에 새로운 제품을 추가하기가 더 쉬워집니다.

다음은 C#에서 추상 팩토리 패턴을 구현하는 방법의 예시입니다:

// Abstract product classes
abstract class Button { }
abstract class TextBox { }
abstract class Label { }

// Concrete product classes
class WindowsButton : Button { }
class WindowsTextBox : TextBox { }
class WindowsLabel : Label { }

// Abstract factory interface
interface GUIFactory
{
    Button CreateButton();
    TextBox CreateTextBox();
    Label CreateLabel();
}

// Concrete factory classes
class WindowsGUIFactory : GUIFactory
{
    public Button CreateButton()
    {
        return new WindowsButton();
    }

    public TextBox CreateTextBox()
    {
        return new WindowsTextBox();
    }

    public Label CreateLabel()
    {
        return new WindowsLabel();
    }
}

// Client code
class Application
{
    private Button button;
    private TextBox textBox;
    private Label label;

    public Application(GUIFactory factory)
    {
        button = factory.CreateButton();
        textBox = factory.CreateTextBox();
        label = factory.CreateLabel();
    }

    // ...
}

이 예제에서는 추상 제품인 Button, TextBox, Label을 정의했습니다. 그런 다음 구체적인 프로덕트인 WindowsButton, WindowsTextBox, WindowsLabel을 만들었습니다. GUIFactory 인터페이스는 이러한 제품을 생성하는 메서드를 선언하고, WindowsGUIFactory 클래스는 윈도우 테마 제품을 생성하기 위한 구현을 제공합니다. 마지막으로 Application 클래스는 추상 팩토리를 사용하여 선택한 팩토리 구현에 따라 적절한 제품을 생성합니다.

이 구조를 따르면 새로운 추상 제품 클래스, 구체적인 제품 클래스, 구체적인 팩토리 클래스를 생성하여 새로운 제품군을 쉽게 추가할 수 있습니다. 이를 통해 기존 클라이언트 코드를 수정하지 않고도 시스템을 확장할 수 있습니다.

C#에서 추상 팩토리 패턴을 구현하면 관련 객체군을 생성할 수 있는 유연하고 확장 가능한 솔루션을 제공합니다. 이는 느슨한 결합과 관심사 분리를 촉진하여 코드베이스를 더 쉽게 유지 관리하고 수정할 수 있게 해줍니다.

실용적인 예제

이 섹션에서는 C#에서 추상 팩토리 패턴을 구현하는 두 가지 실제 예제를 살펴보겠습니다.

MazeFactory를 사용하여 미로 게임 만들기

추상 팩토리 패턴의 일반적인 사용 사례 중 하나는 게임 개발입니다. 미로 게임을 만드는 시나리오를 생각해 봅시다. 특정 미로 구현에 코드를 긴밀하게 연결하지 않고 간단한 미로 또는 복잡한 미로와 같은 다양한 유형의 미로를 만들고 싶습니다.

이를 위해 방, 문, 벽 등 미로의 다양한 컴포넌트를 생성하는 메서드를 선언하는 추상적인 MazeFactory 클래스를 정의할 수 있습니다. 그런 다음 만들고자 하는 각 미로 유형에 대해 MazeFactory의 구체적인 구현을 만들 수 있습니다.

예를 들어, 기본적인 방, 문, 벽으로 구성된 간단한 미로를 만드는 ‘SimpleMazeFactory’와 고급 기능이 있는 복잡한 미로를 만드는 ‘ComplexMazeFactory’를 만들 수 있습니다.

추상 팩토리 패턴을 사용하면 MazeFactory를 사용하는 코드를 수정하지 않고도 다른 미로 구현 사이를 쉽게 전환할 수 있습니다. 이는 코드 유연성과 유지보수성을 향상시킵니다.

테마팩토리를 사용하여 다양한 테마를 가진 GUI 애플리케이션 만들기

추상 팩토리 패턴의 또 다른 실용적인 예는 다양한 테마를 가진 GUI 애플리케이션을 만드는 것입니다. 밝은 테마 또는 어두운 테마 등 다양한 테마로 사용자 지정할 수 있는 GUI 애플리케이션을 만들고자 하는 시나리오를 생각해 봅시다.

이를 위해 버튼, 레이블 및 배경과 같은 GUI의 다양한 구성 요소를 생성하는 메서드를 선언하는 추상적인 ThemeFactory 클래스를 정의할 수 있습니다. 그런 다음 지원하고자 하는 각 테마에 대해 ThemeFactory의 구체적인 구현을 만들 수 있습니다.

예를 들어 밝은 색 구성표의 컴포넌트를 생성하는 LightThemeFactory와 어두운 색 구성표의 컴포넌트를 생성하는 DarkThemeFactory를 가질 수 있습니다.

추상 팩토리 패턴을 사용하면 ‘테마 팩토리’를 사용하는 코드를 수정하지 않고도 다른 테마로 쉽게 전환할 수 있습니다. 이를 통해 사용자 정의 가능한 사용자 인터페이스를 제공하고 사용자 경험을 향상시킬 수 있습니다.

이 실용적인 예제는 코드를 특정 구현에 긴밀하게 결합하지 않고도 추상 팩토리 패턴을 사용하여 다양한 객체 변형을 만드는 방법을 보여줍니다. 이를 통해 소프트웨어 개발에서 코드 재사용성, 유연성, 유지보수성을 높일 수 있습니다.

자주 묻는 질문

추상적 공장 패턴과 공장 메서드 패턴의 차이점은 무엇인가요?

추상적 공장 패턴과 공장 메서드 패턴은 모두 창작 디자인 패턴이지만 몇 가지 주요 차이점이 있습니다:

• 팩토리 메서드 패턴은 단일 제품 유형의 객체를 만드는 데 중점을 둡니다. 이 패턴은 객체를 생성하기 위한 인터페이스를 정의하지만 인스턴스화할 클래스는 하위 클래스가 결정합니다. 즉, 객체 생성의 책임을 서브클래스에 위임하는 것입니다.

• 반면에 추상 팩토리 패턴은 관련되거나 종속된 객체의 패밀리를 생성하는 데 사용됩니다. 이는 함께 작동하도록 설계된 여러 유형의 객체를 생성하기 위한 인터페이스를 제공합니다. 구체적인 팩토리는 이 인터페이스를 구현하여 특정 제품을 만듭니다.

추상 팩토리 패턴은 언제 사용해야 하나요?

추상 팩토리 패턴은 다음 시나리오에서 유용합니다:

• 관련되거나 종속된 객체의 패밀리를 만들고자 할 때. 예를 들어 GUI 애플리케이션을 만들 때 함께 작동하도록 설계된 다양한 유형의 버튼, 텍스트 상자 및 확인란을 만들어야 하는 경우 추상 팩토리 패턴을 사용하여 GUI 구성 요소의 제품군을 만들 수 있습니다.

• 객체 생성을 위한 추상화 수준을 제공하려는 경우. 추상 팩토리 패턴을 사용하면 객체 생성 로직을 별도의 팩토리 객체에 캡슐화할 수 있습니다. 이렇게 하면 구체적인 클래스를 지정하지 않고도 객체를 생성할 수 있으므로 코드의 유연성과 유지 관리가 더욱 쉬워집니다.

• 객체 생성 방식과 독립적인 코드를 만들고 싶을 때. 추상 팩토리 패턴은 클라이언트 코드를 생성하는 객체의 구체적인 클래스에서 분리합니다. 즉, 클라이언트 코드를 수정하지 않고도 추상 팩토리와 그 제품의 다른 구현 간에 쉽게 전환할 수 있습니다.

추상 팩토리 패턴을 의존성 주입 프레임워크와 함께 사용할 수 있나요?

예, 추상 팩토리 패턴은 의존성 주입(DI) 프레임워크와 함께 사용할 수 있습니다. DI 프레임워크는 객체 종속성을 관리하고 이를 필요로 하는 클래스에 자동으로 주입하는 방법을 제공합니다.

추상 팩토리 패턴을 DI 프레임워크와 함께 사용하면 추상 팩토리를 종속성으로 정의하고 프레임워크가 런타임에 구체적인 구현을 제공하도록 할 수 있습니다. 이를 통해 클라이언트 코드를 수정하지 않고도 서로 다른 객체 제품군 간에 쉽게 전환할 수 있습니다.

예를 들어, 다양한 유형의 데이터 액세스 객체(예: SQL, MongoDB)를 생성하기 위한 추상 팩토리가 있는 경우 구성 또는 런타임 조건에 따라 적절한 구체적인 팩토리를 주입하도록 DI 프레임워크를 구성할 수 있습니다.

추상 팩토리 패턴을 DI 프레임워크와 함께 사용하면 느슨한 결합이 촉진되고 테스트 가능성이 향상되며 코드의 모듈화 및 확장성이 향상됩니다.

관련 기술

추상 공장 패턴 외에도 소프트웨어 개발에서 일반적으로 사용되는 두 가지 관련 기술인 공장 방법 패턴과 의존성 주입이 있습니다.

팩토리 메서드 패턴

팩토리 메서드 패턴은 객체를 생성하기 위한 인터페이스를 제공하지만 서브클래스가 인스턴스화할 클래스를 결정할 수 있도록 하는 또 다른 창조적 디자인 패턴입니다. 객체 생성을 캡슐화한다는 점에서 추상 팩토리 패턴과 유사하지만 이를 달성하는 방식이 다릅니다.

팩토리 메서드 패턴에서 기본 클래스는 서브클래스가 객체를 생성하기 위해 구현해야 하는 추상 메서드를 정의합니다. 이를 통해 서브클래스는 자신이 생성하는 객체의 구체적인 유형을 결정할 수 있습니다. 이 패턴은 클래스의 변형이 여러 개 있고 인스턴스화할 특정 클래스가 런타임에 결정될 때 유용합니다.

종속성 주입

종속성 주입은 객체를 내부적으로 생성하지 않고 종속성을 주입하여 객체를 느슨하게 결합할 수 있는 디자인 패턴입니다. 객체 생성 및 관리 권한을 외부에 위임하는 제어의 역전 효과를 얻기 위한 기법입니다.

추상적 공장 패턴의 맥락에서 종속성 주입은 구체적인 공장 구현을 직접 인스턴스화하는 대신 클라이언트 코드에 주입하는 데 사용할 수 있습니다. 이렇게 하면 클라이언트 코드를 수정하지 않고도 서로 다른 팩토리 구현을 쉽게 교체할 수 있으므로 유연성과 테스트 가능성이 향상됩니다.

Unity 또는 Ninject와 같은 종속성 주입 프레임워크는 종속성을 관리하고 오브젝트에 주입하는 자동화된 방법을 제공합니다. 이러한 프레임워크는 추상 팩토리 패턴과 함께 사용하여 코드베이스의 유연성과 유지보수성을 더욱 향상시킬 수 있습니다.

개발자는 이러한 관련 기술을 이해하고 활용함으로써 소프트웨어 개발에서 객체 생성 및 관리에 대한 이해도를 높이고 이를 활용하여 보다 유연하고 유지 관리가 용이한 시스템을 구축할 수 있습니다.

결론

이 글에서는 추상 팩토리 패턴과 C#에서의 구현에 대해 살펴보았습니다. 먼저 추상 팩토리 패턴을 정의하고 그 목적과 이점을 이해했습니다.

추상 팩토리 패턴을 사용하면 객체 생성을 별도의 팩토리 객체로 캡슐화할 수 있습니다. 이를 통해 구체적인 클래스를 지정하지 않고도 관련 객체의 제품군을 생성할 수 있습니다. 객체 생성의 책임을 팩토리 객체에 위임함으로써 클래스를 객체 생성 방식과 독립적으로 만들 수 있습니다.

C#에서는 추상 제품, 구체적 제품, 추상 공장, 구체적 공장을 생성하여 추상 공장 패턴을 구현할 수 있습니다. 추상 제품은 다양한 유형의 제품에 대한 인터페이스를 정의하고, 구체적인 제품은 이러한 인터페이스를 구현합니다. 추상 팩토리는 제품 생성을 위한 인터페이스를 정의하고, 구체적인 팩토리는 이 인터페이스를 구현하여 특정 제품군을 만듭니다.

추상 팩토리 패턴을 사용하는 실제 사례에 대해서도 설명했습니다. 한 가지 예로 미로팩토리를 사용하여 미로게임을 만드는 것을 들 수 있습니다. 메이즈팩토리는 클라이언트 코드가 특정 클래스를 알 필요 없이도 EnchantedMaze 또는 SimpleMaze와 같은 다양한 유형의 미로 객체를 생성할 수 있습니다. 또 다른 예는 테마팩토리를 사용하여 다양한 테마를 가진 GUI 애플리케이션을 만드는 것입니다. 테마팩토리는 다크테마나 라이트테마와 같은 다양한 유형의 테마 객체를 생성하여 애플리케이션의 모양을 커스터마이징할 수 있습니다.

결론적으로, 추상 팩토리 패턴은 C# 개발에서 강력한 디자인 패턴입니다. 클래스 간의 느슨한 결합을 촉진하고 관련 객체의 제품군을 쉽게 확장하고 유연하게 만들 수 있습니다. 추상 팩토리 패턴을 사용하면 보다 유지 관리가 용이하고 확장 가능한 코드를 작성할 수 있습니다. 모든 C# 개발자의 툴박스에서 중요한 도구입니다.

Reference

• https://en.wikipedia.org/wiki/Abstract_factory_pattern
• https://dotnettutorials.net/lesson/abstract-factory-design-pattern-csharp/
• https://www.dotnettricks.com/learn/designpatterns/abstract-factory-design-pattern-dotnet
• https://refactoring.guru/design-patterns/abstract-factory/csharp/example
• https://www.dofactory.com/net/abstract-factory-design-pattern
• https://hongjinhyeon.tistory.com/43