추상 팩토리 패턴(Abstract Factory Pattern)

객체 생성을 담당하는 구체 클래스를 상세하게 정의하지 않고도, 서로 의존성이 있거나 독립적인 여러 객체의 집합을 생성하기 위한 추상 클래스 혹은 인터페이스를 정의한다.

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BluetoothSupport

블루투스 기능을 구현하기 위한 규약이 모인 인터페이스

Computer

컴퓨터를 표현하기 위한 클래스이다. 키보드, 모니터, 마우스를 표현한 객체를 필드에 인스턴스화 하여 사용하고 있다. 키보드, 모니터, 마우스는 컴퓨터를 이루는 제품군이다.

제품군은 컴퓨터의 부분 집합이며, 제품군의 라이프 타임 은 독립적이다.

ComputerFactory (abstract factory)

구체 컴퓨터 객체의 제품군 생성을 담당하는 추상 팩토리 클래스이다.

ComputerFactoty2

구체 팩토리 객체를 캐싱하고, 캐싱된 구체 팩토리 객체를 제공하는 정적 팩토리 메소드를 가진 유틸리티 클래스.

HansungComputerFactory (concrete factory)

한성 컴퓨터라는 구체 컴퓨터 객체의 제품군 생성을 담당하는 구체 팩토리 클래스이다.

MsiComputerFactory (concrete factory)

MSI 컴퓨터라는 구체 컴퓨터 객체의 제품군 생성을 담당하는 구체 팩토리 클래스이다.

Keyboard (abstract product)

키보드를 표현 한 추상 클래스

AppleKeyboard (concrete product)

애플 제품 키보드를 표현 한 구체 클래스

SamsungKeyboard (concrete product)

삼성 제품 키보드를 표현 한 구체 클래스

Monitor (abstract product)

모니터를 표현 한 추상 클래스

AppleMonitor (concrete product)

애플 제품 모니터를 표현 한 추상 클래스

SamsungMonitor (concrete product)

삼성 제품 모니터를 표현 한 추상 클래스

Mouse (abstract product)

마우스를 표현 한 추상 클래스

AppleMouse (concrete product)

애플 마우스를 표현 한 추상 클래스

SamsungMouse (concrete product)

삼성 마우스를 표현 한 추상 클래스

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생성 패턴(Creational Patterns)

객체를 생성(클래스의 인스턴스를 만드는 절차), 합성(Compositon) 하는 방법을 기존 클래스에서 분리한다.

(SOLID, Single Responsibility Principle : 단일 책임 원칙)

필요시 클래스의 인스턴스(instance)를 만드는 절차, 과정을 추상화(Abstraciton) 한다.

객체의 표현 방법을 기존 클래스에서 분리 한다.

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구체적인 제품 객체의 정보를 클라이언트에게서 분리한다.

main 메서드를 살펴보자.

우리는 한성 컴퓨터 객체를 생성하기 위해, 한성 컴퓨터 팩토리 객체를 이용했다.

한성 컴퓨터 팩토리 객체는 한성 컴퓨터가 사용하는 제품군(삼성 키보드, 애플 마우스, 애플 모니터)을 만들어 한성 컴퓨터 객체의 생성을 도와준다. main 메서드 어디에도 제품군 객체와 관련된 코드는 존재하지 않는다.

따라서 사용자는 한성 컴퓨터가 어떤 마우스, 키보드, 모니터를 쓰는지는 알 필요가 없다. 제품 객체를 생성하는 과정과 책임을 캡슐화 하였고, 구체적인 구현 클래스가 클라이언트에게서 분리되었다.

추상 팩토리는 제품 객체를 생성하는 과정과 책임을 캡슐화 하고, 구체적인 구현 클래스가 클라이언트에게서 분리된다.

제품군을 쉽게 대체할 수 있다.

한성 컴퓨터를 MSI 컴퓨터로 바꾸고 싶다면, MSI 컴퓨터 팩토리 객체를 만들기만 하면 된다.

MSI 컴퓨터 팩토리 객체는 키보드, 마우스, 모니터를 한 번에 MSI 컴퓨터 제품으로 변경 해준다.
한성 컴퓨터 객체는 한 줄의 코드로 MSI 컴퓨터가 되었다.

한성 컴퓨터 팩토리와 MSI 컴퓨터 팩토리는 같은 추상 팩토리의 하위 클래스이니, 구체 팩토리 객체를 변경하는 것 또한 유연하고 간단하다.

코드의 일관성을 높힌다.

MSI 컴퓨터는 삼성 제품군 필드만을 사용해야 하는데, MSI 컴퓨터를 만드는 사용자(클라이언트)가 실수로 애플 제품을 넣을 수도 있다.

MSI 컴퓨터 객체의 일관성이 깨져버린 것이다.

팩토리 객체로 제품군을 만드는 과정은 한번에 이루어지므로, 객체 인스턴스 생성 중 객체의 일관성이 망가질 일이 없다.

새로운 타입의 제품을 제공하기 어렵다

만약 한성 컴퓨터와 MSI 컴퓨터가 스피커 까지 제공해야 한다면, 추상 팩토리와 구체 팩토리가 전부 수정되어야 한다.

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새로운 구현 방법 제안

구체 팩토리 객체는 오직 특정 객체가 사용 할 제품군을 정해진 규약에 따라 생성하는 책임만 가지고 있다. 따라서 구체 팩토리 객체의 인스턴스는 프로그램 실행 중 하나만 있어도 충분하다.

public final class ComputerFactory2 {
  public enum Compony {
    HANSUNG, MSI
  }

  private static ComputerFactory HANSUNG_COMPUTER_FACTORY;
  private static ComputerFactory MSI_COMPUTER_FACTORY;

  public static ComputerFactory getComputerFactory(Compony compony) { 
    switch (compony) {
      case HANSUNG:
        synchronized(HansungComputerFactory.class) {          
          if (Objects.nonNull(HANSUNG_COMPUTER_FACTORY)) {
            HANSUNG_COMPUTER_FACTORY = new HansungComputerFactory();
          }
        }
        return HANSUNG_COMPUTER_FACTORY;

      case MSI:
        synchronized(MsiComputerFactory.class) {          
          if (Objects.nonNull(MSI_COMPUTER_FACTORY)) {
            MSI_COMPUTER_FACTORY = new MsiComputerFactory();
          }
        }
        return MSI_COMPUTER_FACTORY;

      default:
        throw new IllegalStateException();
    }
  }
}

ComputerFactory2는 예제 클래스이고, 여전히 구체 팩토리 객체의 인스턴스를 public 생성자로 얼마든지 만들 수 있다.  
우선 이 사실은 잊어두자. 

ComputerFactory2 클래스의 정적 팩터리 메서드(getComputerFactory)를 이용하여 미리 만들어 놓은 팩토리 객체를 캐싱하여 사용하는 방법도 좋다. 멀티 쓰레드 환경에서도 하나의 구체 팩토리 객체의 인스턴스만이 캐싱됨을 보장한다. 우리의 구체 팩토리 객체는 불변 객체임으로, 가시성만 확보하였다.

구체 팩토리 객체의 인스턴스는 런타임 중 단 하나만 존재한다

라는 불변식을 유지하는 책임이 구체 팩토리 클래스에 부여되어, thread-safe 함을 보장하는 코드가 구체 팩토리 클래스에 작성됬다면(GRASP, infomation expert), 이 정적 유틸리티 클래스는 더 멋졌을 것이다.

현재 ComputerFactory2 클래스는

구체 팩토리 객체를 분기 로직에 따라 다른 구체 팩토리 객체를 생성하는 책임

팩토리 객체의 인스턴스는 런타임 중 단 하나만 존재함을 유지하는 불변식을 유지하는 책임

두 책임이 동시에 부여 되었기 때문이다. (단일 책임 원칙 위반)

구체 팩토리 클래스를 thread-safe 한 싱글톤 패턴으로 구현하면, 두 번째 책임이 구체 팩토리 객체로 위임된다.

Reference

이펙티브 자바 Effective Java 3/E
조슈아 블로크 저/개앞맵시 역 | 인사이트(insight) | 2018년 11월 01일

헤드 퍼스트 디자인 패턴
에릭 프리먼, 엘리자베스 롭슨 저/서환수 역 | 한빛미디어 | 2022년 03월 16일

GoF의 디자인 패턴
에릭 감마 저 / 김정아 역 | 프로텍미디어 | 2015년 03월 26일