상태 패턴

개요

본 글은 head first design patterns 책을 읽고 정리한 글입니다.

상태 패턴은 객체의 상태에 따라 객체의 행동을 변경할 수 있게 하는 패턴입니다. 이는 객체의 상태를 클래스로 표현해서 추상화하고, 상태 객체의 동작을 통해 조작하고자 하는 객체가 자동으로 행동을 변경할 수 있도록 합니다.

상태 패턴을 사용하면 객체의 관점에서는 동일한 동작을 하지만, 내부적으로는 상태에 따라 다른 동작을 하도록 할 수 있습니다. 이는 마치 객체의 클래스가 바뀌는 것과 같은 효과를 가져옵니다.

head first design patterns는 동전 투입기를 예시로 들어 상태 패턴을 설명합니다. 동전 투입기는 동전 없음, 동전 있음, 동전 투입됨과 같은 여러 가지 조건에 따라 동작을 달리합니다. 이것들을 내부 변수의 값을 통해 조건문으로 처리하려 할 경우 코드가 복잡해지고, 새로운 상태가 추가될 때마다 코드를 수정해야 합니다.

이런 상황에서 상태 패턴을 사용하면 각각의 상태를 클래스로 캡슐화해서 나중에 변경해야 하는 내용을 국지화할 수 있습니다. 이를 통해 상태에 따라 객체가 알아서 행동을 바꿀 수 있도록 할 수 있습니다. 이는 마치 매 순간 동전 투입기가 새로운 물건으로 변신하는 것과 같은 효과를 가져옵니다.

상태 전환은 State 클래스로 제어할 수도 있고, Context 클래스로 제어할 수도 있습니다.

요약

상태 패턴은 객체의 상태에 따라 객체의 행동을 변경할 수 있게 하는 패턴입니다.
객체의 상태를 클래스로 표현하고, 내부 상태에 따라 객체의 행동을 알아서 바꿀 수 있게 합니다.
상태 전환은 State 클래스로 제어할 수도 있고, Context 클래스로 제어할 수도 있습니다.
Gumball Machine - Context, State - 동전 없음, 동전 있음, 동전 투입됨

문제상황

동전을 투입하고 손잡이를 돌리면 알맹이가 나오는 껌볼 기계를 만들어 달라는 요청이 들어왔습니다. 이를 구현하기 위해서는 매 입력이 들어온 순간마다 해당 기계가 동전이 있는지, 손잡이를 돌렸는지, 알맹이가 있는지 정보를 가지고 있어야 합니다.

이 정보들을 기존의 변수로 처리하려고 하면 코드가 복잡해지고, 새로운 상태가 추가될 때마다 코드를 수정해야 합니다.

이를 코드로 나타내면 다음과 같습니다.

public class GumballMachine {
    final static int SOLD_OUT = 0;
    final static int NO_QUARTER = 1;
    final static int HAS_QUARTER = 2;
    final static int SOLD = 3;

    int state = SOLD_OUT;

    public GumballMachine(int count) {
        this.count = count;
        if (count > 0) {
            state = NO_QUARTER;
        }
    }

    public void insertQuarter() {
        if (state == HAS_QUARTER) {
            System.out.println("동전은 한 개만 넣어주세요.");
        } else if (state == NO_QUARTER) {
            state = HAS_QUARTER;
            System.out.println("동전을 넣으셨습니다.");
        } else if (state == SOLD_OUT) {
            System.out.println("매진되었습니다.");
        } else if (state == SOLD) {
            System.out.println("잠깐만 기다려 주세요. 알맹이가 나가고 있습니다.");
        }
    }

    // ejectQuarter, turnCrank, dispense 메소드도 비슷한 방식으로 구현됩니다.
}

이처럼 해당 객체가 동작할 때마다 사용할 메소드들은 모든 변수들에 대해 분기문을 처리해야하기 때문에 가독성이 떨어지고, 새로운 명령이나 변수가 추가될 때마다 코드를 수정해야 하기 때문에 유지보수가 어렵습니다.

만약 예를 들어 동전을 돌리는 순간에 10분의 1 확률로 두 개의 알맹이가 나오는 기능을 추가하고 싶다면 어떻게 해야할까요? 이를 위해서는 수많은 경우의 수를 고려해서 코드를 수정해야 합니다.

상태 패턴을 사용한 해결책

문제를 반대로 생각해서 메소드가 실행될 때마다 모든 상태를 분기문을 통해 확인하는 것이 아니라, 객체의 상태를 변경하고 해당 상태에 따라 객체의 행동이 정해진다면 어떨까요? 그것이 바로 상태 패턴입니다.

상태별 행동을 별도의 클래스에 넣어 두고 모든 상태에서 각각 자기가 할 일을 구현하도록 한 뒤, 이들을 통합하는 인터페이스를 제공하는 것을 통해 상태 패턴을 구현할 수 있습니다.

이를 코드로 나타내면 다음과 같습니다.

public interface State {
    public void insertQuarter();
    public void ejectQuarter();
    public void turnCrank();
    public void dispense();
}

public class NoQuarterState implements State {
    GumballMachine gumballMachine;

    public NoQuarterState(GumballMachine gumballMachine) {
        this.gumballMachine = gumballMachine;
    }

    public void insertQuarter() {
        System.out.println("동전을 넣으셨습니다.");
        gumballMachine.setState(gumballMachine.getHasQuarterState());
    }

    public void ejectQuarter() {
        System.out.println("동전을 넣어주세요.");
    }

    // turnCrank, dispense 메소드도 비슷한 방식으로 구현됩니다.
}

// HasQuarterState, SoldState, SoldOutState 클래스도 비슷한 방식으로 구현됩니다.

이렇게 구현한 상태 패턴을 통해 GumballMachine 클래스를 새로 구현하면 다음과 같습니다.

public class GumballMachine {
    State soldOutState;
    State noQuarterState;
    State hasQuarterState;
    State soldState;

    State state = soldOutState;
    int count = 0;

    public GumballMachine(int count) {
        soldOutState = new SoldOutState(this);
        noQuarterState = new NoQuarterState(this);
        hasQuarterState = new HasQuarterState(this);
        soldState = new SoldState(this);

        this.count = count;
        if (count > 0) {
            state = noQuarterState;
        }
    }

    public void insertQuarter() {
        state.insertQuarter();
    }

    public void ejectQuarter() {
        state.ejectQuarter();
    }

    public void turnCrank() {
        state.turnCrank();
        state.dispense();
    }

    public void setState(State state) {
        this.state = state;
    }

    public void releaseBall() {
        System.out.println("알맹이가 나가고 있습니다.");
        if (count != 0) {
            count = count - 1;
        }
    }

    // getCount, refill 메소드도 비슷한 방식으로 구현됩니다.
}

이제 각각의 상태에 대해 별도의 클래스로 캡슐화했기 때문에, Gumball은 현재 상태에 따로 인지할 필요 없이 인터페이스를 이용만 하면 됩니다. 이에 따른 동작은 각각의 상태 클래스에서 정의되어 있기 때문입니다.

이는 추가적으로 상태를 추가하거나, 상태의 행동을 변경할 때에도 해당 상태 클래스만 수정하면 되기 때문에 유지보수가 용이합니다.

결론

상태 패턴은 객체의 상태에 따라 객체의 행동을 변경할 수 있게 하는 패턴입니다. 이는 객체의 상태를 클래스로 표현하고, 상태에 따라 객체의 행동이 자동으로 결정되도록 합니다. 이는 마치 객체의 클래스가 바뀌는 것과 같은 효과를 가져옵니다.

상태 패턴을 통해 객체의 상태를 context가 아닌 상태 클래스에서 관리함으로써, context는 상태에 대해 알 필요 없이 인터페이스를 통해 행동을 결정할 수 있게 됩니다. 이는 유지보수가 용이하고, 새로운 상태를 추가하거나 상태의 행동을 변경할 때에도 해당 상태 클래스만 수정하면 되기 때문에 유연한 코드를 작성할 수 있게 됩니다.

2024-02-27

상태 패턴

이 기계는 당첨일수도, 아닐수도 있습니다.

목차

개요

요약

문제상황

상태 패턴을 사용한 해결책

결론