Facade Pattern

한 서브시스템 내 인터페이스 집합에 대한 획일화된 하나의 인터페이스를 제공하는 패턴이다. 서브시스템을 사용하기 쉽도록 높은 수준의 인터페이스를 제공한다.

서브시스템이란 시스템의 컴포넌트로, 독립적이거나 부분적으로 독립적인 기능을 제공하는 하위 시스템을 의미한다. 즉, 전체 시스템을 구성하는 기능적인 부분들 중 하나로 특정 작업을 담당한다.

Motivation

애플리케이션이 Scanner, Parser, ProgramNode 등의 컴파일러 서브시스템의 하위 클래스를 직접 사용하는 것은 복잡하고 어려운 작업일 수 있다.

퍼사드 패턴을 사용해 시스템의 복잡한 부분을 숨기고, 애플리케이션이 필요한 고수준 기능만 사용할 수 있게 한다. 결과적으로 서브시스템들 사이 의사소통 및 종속성을 최소화할 수 있다.

using facade pattern

Applicability

복잡한 서브시스템에 대한 단순한 인터페이스 제공이 필요할 때
추상 개념에 대한 구현 클래스와 사용자 사이 너무 많은 종속성이 존재할 때
서브시스템을 계층화시킬 때

Structure

facade pattern structure

Facade: 단순하고 일관된 통합 인터페이스를 제공하며, 서브시스템을 구성하는 어떤 클래스가 어떤 요청을 처리해야 하는지 알고 있으며, 사용자의 요청을 해당 서브시스템 객체에 전달한다.
subsystem classes: 서브시템의 기능을 구현하고, Facade 객체로 할당된 작업을 실제로 처리하지만 Facade에 대한 아무런 정보가 없다. 즉, 이들에 대한 어떤 참조자도 가지고 있지 않는다.

Collaborations

사용자는 Facade에 정의된 인터페이스를 이용해 서브시스템과 상호작용한다. Facade는 해당 요청을 서브시스템을 구성하는 적당한 객체에 전달한다. 서브시스템을 구성하는 객체가 실제 요청 처리를 담당하지만, Facade는 서브시스템에 메시지를 전달하기 위해 자신의 인터페이스에 동일한 작업을 정의해야 한다.
Facade를 사용하는 사용자는 서브시스템을 구성하는 객체로 직접 접근하지 않아도 된다.

Consequences

서브시스템의 컴포넌트를 보호할 수 있다. 사용자가 다루어야 할 객체 수가 줄어들며, 서브시스템을 쉽게 사용할 수 있다.
서브시스템과 사용자 코드 간 결합도를 더욱 약하게 만든다.
애플리케이션 쪽에서 서브시스템 클래스를 사용하는 것을 완전히 막지는 않는다. 따라서 Facade를 사용할지 서브시스템 클래스를 직접 사용할지 결정할 수 있다.

Implmentation

사용자와 서브시스템 간 결합도 줄이기.

Facade를 추상 클래스로 정의하면, 구체적인 서브시스템이 아니라 Facade 인터페이스만 사용하여 사용자는 서브시스템의 구현 세부사항에 대해 알지 못한다.
서브시스템 클래스 중 공개할 것과 감출 것.

서브시스템의 공개 인터페이스는 사용자가 직접 접근할 수 있는 클래스들이고, 비공개 인터페이스는 서브시스템 자체가 된다. Facade 클래스는 공개 인터페이스의 일부다. 다른 서브시스템 클래스들도 모두 공개될 수 있다.

서브시스템 클래스를 비공개로 하는 것은 유용하지만, 많은 객체지향 언어가 이런 기능을 제공하지 않고 있다.

Sample Code

컴파일러 시스템에 퍼사드 패턴을 적용해보자.

컴파일러 서브시스템은 Bytecode 객체의 스트림을 처리하는 BytecodeStream 클래스를 정의한다. Bytecode 객체는 바이트코드를 캡슐화한 것이며, 이것을 통해 기계 명령어를 명시할 수 있다. Token 클래스를 정의하여 프로그래밍 언어가 정의한 토큰을 캡슐화한다.

Scanner 클래스는 문자 스트림을 받아 토큰을 만든다.

class Scanner {
public:
    Scanner(istream&);
    virtual ~Scanner();
    
    virtual Token& Scan();
private:
    istream& _inputStream;
};

Parser는 ProgramNodeBuilder를 사용해 Scanner 토큰에서 구문 트리(Parse Tree)를 만든다.

class Parser {
public:
    Parser();
    virtual ~Parser();
    
    virtual void Parse(Scanners, ProgramNodeBuilder&);
};

Parser는 Scanner의 토큰으로부터 구문 트리를 생성하기 위해 ProgramNodeBuilder를 호출한다.

class ProgramNodeBuilder {
public:
    ProgramNodeBuilder();

    virtual ProgramNode* NewVariable(const char* variableName) const;
    virtual ProgramNode* NewAssignment(ProgramNode* variable, ProgramNode* expression) const;
    virtual ProgramNode* NewReturnStatement(ProgramNode* value) const;
    virtual ProgramNode* NewCondition(ProgramNode* condition, ProgramNode* truePart, ProgramNode* falsePart) const;
    // ...
    
    ProgramNode* GetRootNode();
private:
    ProgramNode* _node;
};

구문 트리는 ProgramNode 클래스를 상속받는 서브클래스들의 인스턴스로 되어 있다. 즉, StatementNode나 ExpressionNode 등의 인스턴스들로 구성된다.

ProgramNode 클래스는 프로그램 노드와 이들 컴포넌트를 다루는 방법에 대한 인터페이스를 정의한다.

class ProgramNode {
public:
    // program node manipulation
    virtual void GetSourcePosition(int& line, int& index);
    // ...
    
    // child manipulation
    virtual void Add(ProgramNode*);
    virtual void Remove(ProgramNode*);
    // ...
    
    virtual void Traverse(CodeGenerator&);
protected:
    ProgramNode();
};

Traverse() 연산은 CodeGenerator 객체를 통해 이루어진다. ProgramNode 서브클래스들은 이 객체를 이용해 BytecodeStream에 정의된 Bytecode 객체의 형식으로 기계 코드를 생성한다.

class CodeGenerator {
public:
    virtual void Visit(StatementNode*);
    virtual void Visit(ExpressionNode*);
    // ...
protected:
    CodeGenerator(BytecodeStream&);
protected:
    BytecodeStream& _output;
};

CodeGenerator는 StackMachineCodeGenerator나 RISCCodeGenerator의 서브클래스를 갖고, 각각 서로 다른 하드웨어 아키텍처마다 기계어를 생성한다.

ProgramNode의 각 서브클래스는 Traverse() 연산이 ProgramNode 객체의 요소들을 순회할 수 있도록 구현한다. 또 각 요소들 역시 다른 요소들을 포함하고 있어 이들을 또 순회해야 한다. ExpressionNode 클래스는 Traverse() 연산을 다음과 같이 정의한다.

void ExpressionNode::Traverse(CodeGenerator& eg) {
    eg.Visit(this);
    ListIterator<PrograinNode*> i(_children);
    
    for (i.First(); !i.IsDone(); i.Next()) {
        i.Currentltem()->Traverse(eg);
    }
}

다음은 이들로 복합되는 컴파일러 서브시스템을 보자. Compiler 클래스는 지금까지 정의한 클래스들을 포함하는 퍼사드다. Compiler는 특정 플랫폼을 위한 소스 컴파일 및 코드 생성을 담당한다.

class Compiler {
public:
    Compiler();
    
    virtual void Compile(istream&, BytecodeStream&);
};
void Compiler::Compile(istream& input, BytecodeStream& output){
    Scanner scanner(input);
    ProgramNodeBuilder builder;
    Parser parser;
    parser.Parse(scanner, builder);
    
    RISCCodeGenerator generator(output);
    ProgramNode* parseTree = builder.GetRootNode();
    parseTree->Traverse(generator);
}

이 구현은 생성한 코드 생성자의 종류를 하드코딩(RISCCodeGenerator)했기 때문에 프로그래머가 어떤 아키텍처를 목표로 하는지 명시하지 않아도 된다. 만약 여러 아키텍처를 대상으로 한다면 Compiler 클래스의 생성자를 변경해야 한다. 즉, CodeGenerator를 매개변수로 받도록 변경해야 한다. 또한 Scanner나 ProgramNodeBuilder을 외부에서 주입받아 응용성을 높일 수 있으나, 이는 퍼사드 패턴의 임무를 없애는 것이다. 퍼사드 패턴을 일반적인 사용을 위해 인터페이스를 간소화하는 것이기 때문이다.

Motivation#

Applicability#

Structure#

Collaborations#

Consequences#

Implmentation#

Sample Code#