📌 애플리케이션 설계 - 아키텍처 패턴

 

 

목차

 

아키텍처 패턴 (Patterns)의 개요

📌 아키텍처 패턴은 아키텍처를 설계할 때 참조할 수 있는 전형적인 해결 방식 또는 예제를 의미한다.

 

• 아키텍처 패턴은 소프트웨어 시스템의 구조를 구성하기 위한 기본적인 윤곽을 제시한다.
• 아키텍처 패턴에는 서브시스템들과 그 역할이 정의되어 있으며, 서브시스템 사이의 관계와 여러 규칙 지침 등이 포함되어 있다.
• 아키텍처 패턴을 아키텍처 스타일 또는 표준 아키텍처라고도 한다.
• 아키텍처 패턴의 장점
  • 시행착오를 줄여 개발 시간을 단축시키고, 고품질의 소프트웨어를 생상할 수 있다.
  • 검증된 구조로 개발하기 때문에 안정적인 개발이 가능하다.
  • 이해관계자들이 공통된 아키텍처를 공유할 수 있어 의사소통이 간편해진다.
  • 시스템의 구조를 이해하는 것이 쉬워 개발에 참여하지 않은 사람도 손쉽게 유지보수를 수행할 수 있다.
  • 시스템의 특성을 개발 전에 예측하는 것이 가능해진다.
• 아키텍처 패턴의 종류에는 레이어 패턴, 클라이언트-서버 패턴, 파이프-필터 패턴, 모델-뷰-컨트롤러 패턴 등이 있다.

 

레이어 패턴 (Layers Pattern)

📌 레이어 패턴은 시스템을 계층(Layer)으로 구분하여 구성하는 고전적인 방법 중의 하나다.

• 레이어 패턴은 각각의 서브시스템들이 계층 구조를 이루며, 하위 계층은 상위 계층에 대한 서비스 제공자가 되고, 상위 계층은 하위 계층의 클라이언트가 된다.
• 레이어 패턴은 서로 마주보는 두 개의 계층 사이에서만 상호작용이 이루어지며, 변경 사항을 적용할 때도 서로 마주보는 두 개의 계층에만 영향을 미치므로 변경 작업이 용이하다.
• 레이어 패턴은 특정 계층만을 교체해 시스템을 개선하는 것이 가능하다.
• 대표적으로 OSI 참조 모델이 있다.

 

 

💡 OSI 참조 모델은 국제 표준화 기구(ISO)에서 네트워크 프로토콜을 계층별로 구분한 모델로 물리 계층, 데이터 링크 계층, 네트워크 계층, 전송 계층, 세션 계층, 표현 계층, 응용 계층으로 구성되어 있다.

 

 

 

클라이언트-서버 패턴 (Client-Server Pattern)

📌 클라이언트-서버 패턴은 하나의 서버 컴포넌트와 다수의 클라이언트 컴포넌트로 구성되는 패턴이다.

• 클라이언트-서버 패턴에서 사용자는 클라이언트와만 의사소통을 한다. 즉 사용자가 클라이언트를  통해 서버에 요청하고 클라이언트가 응답을 받아 사용자에게 제공하는 방식으로 서비스를 제공한다.
• 서버는 클라이언트의 요청에 대비해 항상 대기 상태를 유지해야 한다.
• 클라이언트나 서버는 요청과 응답을 받기 위해 동기화되는 경우를 제외하고는 서로 독립적이다.

 

 

💡 컴포넌트 (Component) : 컴포넌트는 독립적인 업무 또는 기능을 수행하는 실행코드 기반으로 작성된 모듈을 의미한다.

💡 TCP/IP : 컴퓨터가 서로 통신하는 경우, 특정 규칙이나 프로토콜을 사용하여 순서대로 데이터를 전송 및 수신할 수 있다. 전 세계를 통해 가장 일상적으로 사용되는 프로토콜 세트 중 하나가 TCP/IP (Transmisson Control Protocol/Internet Protocol)이다. (유럽에서는 대부분 x.25 프로토콜을 사용한다.) TCP/IP의 사용에 있어서 일부 일반적인 기능은 메일, 컴퓨터 간 파일 전송, 원격 로그인 등이다.

💡 동기화 (Synchronized) : 사전적 의미로는 "작업들 사이의 수행 시기를 맞추는 것"으로 되어 있다. 그리고 프로그래밍 언어에서 공유 데이터가 사용되어 동기화가 필요한 부분을 임계영역(critical section)이라고 부르며, 임계영역에 synchronized 키워드를 사용하여 여러 스레드가 동시에 접근하는 것을 금지함으로써 동기화를 할 수 있다.
일반적인 동기화의 의미는 인터넷에 저장되어 있는 자신의 데이터 자료와 자신의 스마트 폰 또는 컴퓨터의 데이터를 서러 주고 받아서 정보의 최신성을 동일하도록 만드는 것이다.

 

 

 

파이프-필터 패턴 (Pipe-Filter Pattern)

📌 파이프-필터 패턴은 데이터 스트림 절차의 각 단계를 필터(Filter) 컴포넌트로 캡슐화하여 파이프(Pipe)를 통해 데이터를 전송하는 패턴이다.

 

• 필터 컴포넌트는 재사용성이 좋고, 추가가 쉬워 확장이 용이하다.
• 필터 컴포넌트들을 재배치하여 다양한 파이프라인을 구축하는 것이 가능하다.
• 파이프-필터 패턴은 데이터 변환, 버퍼링, 동기화 등에 주로 사용된다.
• 필터 간 데이터 이동 시 데이터 변환으로 인한 오버헤드가 발생한다.
• 대표적으로 UNIX의 쉘(Shell)이 있다.

 

 

💡 데이터 스트림 (Data Stream) : 데이터 스트림은 데이터가 송/수신 되거나 처리되는 일련의 연속적인 흐름이며 데이터가 흐르는 공간이다.

💡 파이프라인 (Pipeline) : 파이프라인은 필터와 파이프를 통해 처리되는 일련의 처리 과정이다.

💡 버퍼 (Buffer) : 버퍼링을 하기 위한 메모리(공간)

💡 버퍼링 (Buffering) : 컴퓨터 시스템에서의 처리를 어떤 장치로 부터 다른 장치로 데이터를 일방통행으로 전송할 때 양쪽의 속도 차를 수정하기 위해서 중간에 데이터를 일시적으로 기억 장치에 축적하는 방법이다.

 

 

 

모델-뷰-컨트롤러 패턴 (Model-View-Controller Pattern)

📌 모델-뷰-컨트롤러 패턴은 서브시스템을 3개의 부분으로 구조화하는 패턴이며, 각 부분의 역할은 다음과 같다.

 

• 모델(Model) : 서브 시스템의 핵심 기능과 데이터를 보관한다.
• 뷰(View) : 사용자에게 정보를 표시한다.
• 컨트롤러(Controller) : 사용자로부터 입력된 변경 요청을 처리하기 위해 모델에게 명령을 보낸다.

 

• 모델-뷰-컨트롤러 패턴의 각 부분은 별도의 컴포넌트로 분리되어 있으므로 서로 영향을 받지 않고 개발 작업을 수행할 수 있다.
• 모델-뷰-컨트롤러 패턴에서는 여러 개의 뷰를 만들 수 있으므로 한 개의 모델에 대해 여러 개의 뷰를 필요로 하는 대화형 애플리케이션에 적합하다.

 

 

💡 대화형 애플리케이션 ? 대화형 애플리케이션은 온라인 쇼핑몰 사이트나 스마트폰 앱과 같이 사용자의 요구가 발생하면 시스템이 이를 처리하고 반응하는 소프트웨어를 의미한다.

 

 

기타 패턴

마스터-슬레이브 패턴 (Master-Slave Pattern)	- 마스터 컴포넌트는 동일한 구조의 슬레이브 컴포넌트로 작업을 분할한 후 슬레이브 컴포넌트에서 처리된 결과물을 다시 돌려받는 방식으로 작업을 수행하는 패턴이다. - 마스터 컴포넌트는 모든 작업의 주체이고, 슬레이브 컴포넌트는 마스터 컴포넌트의 지시에 따라 작업을 수행하여 결과를 반환한다. - 장애 허용 시스템과 병렬 컴퓨팅 시스템에서 주로 활용된다.
브로커 패턴 (Broker Pattern)	- 사용자가 원하는 서비스와 특성을 브로커 컴포넌트에 요청하면 브로커 컴포넌트가 요청에 맞는 컴포넌트와 사용자를 연결해준다. - 원격 서비스 호출에 응답하는 컴포넌트들이 여러 개있을 때 적합한 패턴이다. - 분산환경 시스템에서 주로 활용된다.
피어-투-피어 패턴 (Peer-To-Peer Pattern)	- 피어(Peer)를 하나의 컴포넌트로 간주하며, 각 피어는 서비스를 호출하는 클라이언트가 될 수 도 있고, 서비스를 제공하는 서버가 될 수도 있는 패턴이다. - 피어-투-피어 패턴에서 클라이언트와 서버는 전형적인 멀티스레딩 방식을 사용한다.
이벤트-버스 패턴 (Event-Bus Pattern)	- 소스가 특정 채널에 이벤트 메시지를 발행(Publish)하면, 해당 채널을 구독(Subscribe)한 리스너들이 메시지를 받아 이벤트를 처리하는 방식이다. 4가지 주요 컴포넌트 - 이벤트를 생성하는 소스 (Source) - 이벤트를 수행하는 리스너 (Listener) - 이벤트의 통로인 채널 (Channel) - 채널들을 관리하는 버스 (Bus)
블랙보드 패턴 (Blackboard Pattern)	- 모든 컴포넌트들이 공유 데이터 저장소와 블랙보드 컴포넌트에 접근이 가능한 형태로, 컴포넌트들은 검색을 통해 블랙보드에서 원하는 데이터를 찾을 수 있다. - 해결책이 명확하지 않은 문제를 처리하는데 유용한 패턴이다. - 음성 인식, 차량 식별, 신호 해석 등에 주로 활용된다.
인터프리터 패턴 (Interpreter Pattern)	- 프로그램 코드의 각 라인을 수행하는 방법을 지정하고, 기호마다 클래스를 갖도록 구성된다. - 특정 언어로 작성된 프로그램 코드를 해석하는 컴포넌트를 설계할 때 사용 되어진다.