이 글은 [헤드 퍼스트 디자인 패턴]의 2장 옵저버 패턴을 정리한 글입니다.
기상 모니터링 애플리케이션 예제
요구사항
- 현재 기상 조건(온도, 습도, 기압)의 변화를 실시간으로 디스플레이 장비에 반영해야 합니다.
- 갱신된 기상 정보는 WeatherData 객체의 세터 메소드를 통해 WeatherData 내부의 상태를 변화시키는 방식으로 동작한다고 가정합니다.
- 디스플레이 장비는 로직이 다양하며 확장 가능하다는 것을 전제합니다. 현재는 기상 조건, 기상 통계, 기상 예보 세 가지의 디스플레이 장비들이 있습니다.
먼저 나이브하게 WeatherData 클래스를 만들어 보겠습니다. MeasurementChanged 메소드는 getter 메소드를 통해 현재 기상 정보를 가져온 후 각 디스플레이 객체의 update 메소드를 호출합니다.
public class WeatherData {
private double temperature;
private double humidity;
private double pressure;
// 디스플레이 인스턴스 변수 선언 ...
// 생성자 ...
public void measurementChanged(){
// 디스플레이를 업데이트하는 코드
double temp = getTemperature();
double humidity = getHumidity();
double pressure = getPressure();
currentConditiondisplay.update(temp, humidity, pressure);
statisticsDisplay.update(temp, humidity, pressure);
forecastDisplay.update(temp, humidity, pressure);
}
// getters, setters ...
}위 코드의 문제점은 다음과 같습니다.
- 인터페이스가 아닌 구체적인 구현을 바탕으로 코딩하고 있습니다.
- 새로운 디스플레이가 추가될 때마다 코드를 변경해야 합니다.
- 실행중에 디스플레이 항목을 추가하거나 제거할 수 없습니다.
- 바뀌는 부분을 캡슐화하지 않았습니다.
이 상황을 해결하기 위해서 옵저버 패턴을 알아본 후 코드에 적용해 보겠습니다.
옵저버 패턴 이해하기
신문 구독 예제
- 신문사가 신문을 발행합니다.
- 독자가 신문 구독 신청을 하면 새로운 신문이 나올 때마다 배달을 받을 수 있습니다. 구독을 해지하기 전까지 신문을 계속 받을 수 있습니다.
- 구독 해지 신청을 하면 더이상 신문이 오지 않습니다.
여기서 신문사를 주체(subject), 구독자를 옵저버(observer)라고 부르면 옵저버 패턴을 이해하기 용이합니다.
- 주제 객체는 중요한 데이터를 관리합니다.
- 옵저버 객체들은 주제를 구독하고 있으며 주제 데이터가 바뀌면 갱신 내용을 전달받습니다.
- 옵저버가 아닌 객체는 주제 데이터가 바뀌어도 아무 연락을 받지 못합니다.
옵저버 패턴(Observer Pattern)은 한 객체의 상태가 바뀌면 그 객체에 의존하는 다른 객체에게 연락이 가고 자동으로 내용이 갱신되는 방식으로 일대다(one-to-many) 의존성을 정의합니다.
옵저버 패턴은 보통 주제 인터페이스와 옵저버 인터페이스가 들어있는 클래스 디자인으로 구현합니다. 기상 모니터링 예제에 옵저버 패턴을 정의해 보겠습니다. 먼저, 주제, 옵저버, 디스플레이 인터페이스를 정의합니다.
public interface Subject {
public void registerObserver(Observer o);
public void removeObserver(Observer o);
public void notifyObserver(Observer o);
}
public interface Observer {
public void update(double temperature, double humidity, double pressure);
}
public interface DisplayElement {
public void display();
}여기서 주요한 점은 주제가 옵저버를 등록하고 알려주는 주체가 된다는 것입니다. 따라서 Subject 인터페이스를 구현하는 WeatherData 객체 안에는 옵저버 리스트를 가지고 있습니다. WeatherData 클래스를 다시 만들어 보겠습니다.
class WeatherData implements Subject {
private double temperature;
private double humidity;
private double pressure;
// 옵저버 리스트
private List<Observer> observers;
// 생성자 - 생성시 빈 옵저버 리스트 초기화
public WeatherData() {
observers = new ArrayList<Observer>();
}
// 옵저버 등록
public void registerObserver(Observer o) {
observers.add(o);
}
// 옵저버 삭제
public void removeObserver(Observer o) {
observers.remove(o);
}
// 등록한 모든 옵저버들에게 알림
public void notifyObservers() {
for (Observer observer : observers) {
observer.update(temperature, humidity, pressure);
}
}
public void measurementChanged(){
notifyObservers();
}
// 관측값 업데이트시 기상 정보 상태 변경 후 알림
public void setMeasurements(double temperature, double humidity, double pressure) {
this.temperature = temperature;
this.humidity = humidity;
this.pressure = pressure;
System.out.println("업데이트중...");
measurementChanged();
}
}옵저버 인터페이스를 구현하는 디스플레이 객체들도 만들어 보겠습니다.
class CurrentConditionDisplay implements Observer, DisplayElement {
private double temperature;
private double humidity;
private double pressure;
private WeatherData weatherData;
public CurrentConditionDisplay(WeatherData weatherData) {
this.weatherData = weatherData;
weatherData.registerObserver(this);
}
public void update(double temperature, double humidity, double pressure) {
this.temperature = temperature;
this.humidity = humidity;
this.pressure = pressure;
display();
}
public void display() {
System.out.printf("온도: %f, 습도: %f, 기압: %f\n", temperature, humidity, pressure);
}
}
class StatisticsDisplay implements Observer, DisplayElement {
private double temperature;
private double humidity;
private double pressure;
private WeatherData weatherData;
public StatisticsDisplay(WeatherData weatherData) {
this.weatherData = weatherData;
weatherData.registerObserver(this);
}
public void update(double temperature, double humidity, double pressure) {
this.temperature = temperature;
this.humidity = humidity;
this.pressure = pressure;
display();
}
public void display() {
System.out.printf("온도 + 습도 + 기압: %f\n", temperature + humidity + pressure);
}
}
class ForecastDisplay implements Observer, DisplayElement {
private double temperature;
private double humidity;
private double pressure;
private WeatherData weatherData;
public ForecastDisplay(WeatherData weatherData) {
this.weatherData = weatherData;
weatherData.registerObserver(this);
}
public void update(double temperature, double humidity, double pressure) {
this.temperature = temperature;
this.humidity = humidity;
this.pressure = pressure;
display();
}
public void display() {
System.out.printf("내일 온도: %f, 내일 습도: %f, 내일 기압: %f\n", temperature + 1, humidity + 1, pressure + 1);
}
}이제 메인 메소드에서 테스트하는 코드를 작성해 보겠습니다.
public class MyClass {
public static void main(String args[]) {
WeatherData weatherData = new WeatherData();
CurrentConditionDisplay currentConditionDisplay = new CurrentConditionDisplay(weatherData);
StatisticsDisplay statisticsDisplay = new StatisticsDisplay(weatherData);
ForecastDisplay forecastDisplay = new ForecastDisplay(weatherData);
weatherData.setMeasurements(80, 65, 30.4);
weatherData.setMeasurements(100, 45, 31.423);
weatherData.setMeasurements(84, 15, 33.4);
}
}
/*
업데이트중...
온도: 80.000000, 습도: 65.000000, 기압: 30.400000
온도 + 습도 + 기압: 175.400000
내일 온도: 81.000000, 내일 습도: 66.000000, 내일 기압: 31.400000
업데이트중...
온도: 100.000000, 습도: 45.000000, 기압: 31.423000
온도 + 습도 + 기압: 176.423000
내일 온도: 101.000000, 내일 습도: 46.000000, 내일 기압: 32.423000
업데이트중...
온도: 84.000000, 습도: 15.000000, 기압: 33.400000
온도 + 습도 + 기압: 132.400000
내일 온도: 85.000000, 내일 습도: 16.000000, 내일 기압: 34.400000
*/체감 온도 디스플레이를 추가해 보겠습니다. HeatIndexDisplay를 정의한 후, 메인 메소드에서 추가해 주기만 하면 됩니다.
class HeatIndexDisplay implements Observer, DisplayElement {
private double temperature;
private double humidity;
private double pressure;
private WeatherData weatherData;
public HeatIndexDisplay(WeatherData weatherData) {
this.weatherData = weatherData;
weatherData.registerObserver(this);
}
public void update(double temperature, double humidity, double pressure) {
this.temperature = temperature;
this.humidity = humidity;
this.pressure = pressure;
display();
}
private double computeHeatIndex(double t, double rh) {
double index = ((16.923 + (0.185212 * t) + (5.37941 * rh) - (0.100254 * t * rh) +
(0.00941695 * (t * t)) + (0.00728898 * (rh * rh)) +
(0.000345372 * (t * t * rh)) - (0.000814971 * (t * rh * rh)) +
(0.0000102102 * (t * t * rh * rh)) - (0.000038646 * (t * t * t)) + (0.0000291583 *
(rh * rh * rh)) + (0.00000142721 * (t * t * t * rh)) +
(0.000000197483 * (t * rh * rh * rh)) - (0.0000000218429 * (t * t * t * rh * rh)) +
0.000000000843296 * (t * t * rh * rh * rh)) -
(0.0000000000481975 * (t * t * t * rh * rh * rh)));
return index;
}
public void display() {
System.out.printf("체감 온도: %f\n", computeHeatIndex(temperature, humidity));
}
}
public class MyClass {
public static void main(String args[]) {
WeatherData weatherData = new WeatherData();
CurrentConditionDisplay currentConditionDisplay = new CurrentConditionDisplay(weatherData);
StatisticsDisplay statisticsDisplay = new StatisticsDisplay(weatherData);
ForecastDisplay forecastDisplay = new ForecastDisplay(weatherData);
// 체감온도 디스플레이 추가
HeatIndexDisplay heatIndexDisplay = new HeatIndexDisplay(weatherData);
weatherData.setMeasurements(80, 65, 30.4);
weatherData.setMeasurements(100, 45, 31.423);
weatherData.setMeasurements(84, 15, 33.4);
}
}
/*
업데이트중...
온도: 80.000000, 습도: 65.000000, 기압: 30.400000
온도 + 습도 + 기압: 175.400000
내일 온도: 81.000000, 내일 습도: 66.000000, 내일 기압: 31.400000
체감 온도: 82.955351
업데이트중...
온도: 100.000000, 습도: 45.000000, 기압: 31.423000
온도 + 습도 + 기압: 176.423000
내일 온도: 101.000000, 내일 습도: 46.000000, 내일 기압: 32.423000
체감 온도: 114.626305
업데이트중...
온도: 84.000000, 습도: 15.000000, 기압: 33.400000
온도 + 습도 + 기압: 132.400000
내일 온도: 85.000000, 내일 습도: 16.000000, 내일 기압: 34.400000
체감 온도: 79.247060
*/저희는 WeatherData 객체의 코드를 한줄도 변경하지 않고 HeatIndexDisplay를 추가할 수 있었습니다. 옵저버 패턴을 통해 확장 가능한 기상 모니터링 어플리케이션을 만들 수 있었습니다.
더 생각해 볼 점으로는 푸시와 풀 방식이 있습니다. 현재 어플리케이션은 주제가 모든 상태를 옵저버에게 알려주는 방식을 사용하고 있습니다(푸시 방식). 풀 방식은 옵저버마다 update 메소드 안에서 WeatherData의 getter 메소드를 사용해 필요한 상태값을 각각 가져오도록 구현하는 방식입니다. 기상 조건의 종류와 디스플레이 종류가 다양해지고 변화무쌍하다면 각 옵저버들이 원하는 기상 조건을 가져올 수 있도록 하면 큰 변경 없이 확장할 수 있다고 책은 말하고 있습니다.
또한 옵저버 패턴은 pub/sub 패턴과 친척 관계에 있습니다. pub/sub 패턴은 여러 개의 주제와 메시지 유형이 있는 복잡한 상황에서 사용합니다.
옵저버 패턴은 주제가 옵저버들이 Observer 인터페이스를 구현한다는 것을 제외하면 옵저버에 관해 모릅니다. 이들 사이의 결합은 느슨한 결합입니다.
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