[정보처리기사] Chapter 03. 소프트웨어 설계: 애플리케이션 설계

1. 소프트웨어 아키텍처 (중요도: A)

1.1. 소프트웨어 아키텍처의 설계

 소프트웨어 아키텍처는 소프트웨어의 골격이 되는 기본 구조이자, 소프트웨어를 구성하는 요소들 간의 관계를 표현하는 시스템의 구조 또는 구조체이다. 소프트웨어 개발 시 적용되는 원칙과 지침이며, 이해 관계자들의 의사소통 도구로 활용된다. 

 사용자의 비기능적 요구사항(기능적 요구 사항 외에 품질이나 제약사항에 관한 것)을 반영하고, 기능적 요구사항(시스템이 갖춰야할 필수적인 기능에 대한 요구항목)을 구현하는 방법을 찾는 해결 과정이며, 기본 원리 로는 모듈화, 추상화, 단계적 분해, 정보은닉이 있다. 

 

1) 모듈화(Modularity)

 소프트웨어의 성능을 향상시키거나 시스템의 수정 및 재사용, 유지 관리 등이 용이하도록 시스템의 기능들을 모듈단위로 나누는 것을 말한다. 자주 사용되는 계산식이나 사용자 인증과 같은 기능들을 공통 모듈로 구성하여 프로젝트의 재사용성을 향상시킬 수 있다.

 모듈의 크기를 너무 작게 나누면 개수가 많아져 모듈간의 통합 비용이 많이 들고, 모듈의 크기를 너무 크게 나누면 개수가 적어 통합 비용은 적게 들지만 모듈 하나의 개발 비용이 많이 든다.

 

2) 추상화(Abstraction)

 추상화는 문제의 전체적이고 포괄적인 개념을 설계한 후, 차례로 세분화해 구체화 시켜나가는 것을 말한다. 추상화는 최소의 비용으로 실제 상황에 대처할 수 있고, 시스템의 구조 및 구성을 대략적으로 파악할 수 있게 해준다.

 

◍ 추상화의 유형

과정 추상화	자세한 수행 과정을 정의하지 않고, 전반적인 흐름만 파악할 수 있게 설계
데이터 추상화	데이터의 세부적인 속성이나 용도를 정의하지 않고, 데이터 구조를 대표할 수 있는 표현으로 대체
제어 추상화	이벤트 발생의 정확한 절차나 방법을 정의하지 않고, 대표할 수 있는 표현으로 대체

 

3) 단계적 분해(Stepwise Refinement)

 단계적 분해는 Niklaus Wirth에 의해 제안된 하향식 설계 전략으로 문제를 상위의 중요 개념으로부터 하위의 개념으로 구체화시키는 분할 기법이다. 추상화의 반복에 의해 세분화 되며, 소프트웨어의 기능에서부터 시작하여 점차적으로 구체화하고, 알고리즘, 자료 구조 등 상세한 내역은 가능한 한 뒤로 미루어 진행한다.

 

4) 정보 은닉(Information Hiding)

 한 모듈 내부에 포함된 절차와 자료들의 정보가 감추어져 다른 모듈이 접근하거나 변경하지 못하도록 하는 기법이다. 모듈을 독립적으로 수행 할 수 있어 수정, 시험, 유지보수가 용이한 장점을 가진다. 

 

1.2. 소프트웨어 아키텍처의 품질 속성

 소프트웨어 아키텍처의 품질 속성은 소프트웨어 아키텍처가 이해 관계자들이 요구하는 수준의 품질을 유지 및 보장할 수 있게 설계되었는지를 확인하기 위해 품질 평가 요소들을 시스템 측면, 비즈니스 측면, 아키텍처 측면으로 구분해 구체화 시킨 것이다. 

 

◍ 시스템 측면: 성능, 보안, 가용성, 기능성, 사용성, 변경 용이성, 배치성 등이 있다.

품질 속성	내용
성능	◍ 사용자의 요청과 같은 이벤트가 발생했을 때, 이를 적절하고 빠르게 처리하는 것이다.
보안	◍ 허용되지 않은 접근을 막고, 허용된 접근에는 적절한 서비스를 제공하는 것이다.
가용성	◍ 장애 없이 정상적으로 서비스를 제공하는 것이다.
기능성	◍ 사용자가 요구한 기능을 만족스럽게 구현하는 것이다.
사용성	◍ 사용자가 소프트웨어를 사용하는데 헤메지 않도록 명확하고 편리하게 구현하는 것이다.
변경 용이성	◍ 소프트웨어가 처음 설계 목표와 다른 하드웨어나 플랫폼에서도 동작할 수 있도록 하는 것이다.
배치성	◍ 시스템의 용량, 처리능력 등을 확장시켰을 때 이를 효과적으로 활용할 수 있도록 구현하는 것이다.
기타 속성	◍ 테스트 용이성, 배치성, 안정성 등이 있다.

 

◍ 비즈니스 측면: 시장 적시성, 비용과 혜택, 예상 시스템 수명 등이 있다.

품질 속성	내용
시장 적시성	◍ 정해진 시간에 맞춰 프로그램을 출시하는 것이다.
비용과 혜택	◍ 개발 비용을 더 투자하여 유연성이 높은 아키텍처를 만들 것인지를 결정한다.  ◍ 유연성이 떨어지는 경우 유지보수에 많은 비용이 소모될 수 있다.
예상 시스템 수명	◍ 시스템을 얼마나 오랫동안 사용할 것인지를 고려하는 것이다. ◍ 수명이 길어야 한다면 시스템 품질의 ‘변경 용이성’, ‘확장성’을 중요하게 고려해야 한다.
기타 속성	◍ 목표 시장, 공개 일정, 기존 시스템과의 통합 등

 

◍ 아키텍처 측면 : 개념적 무결성, 정확성, 완결성, 구축 가능성, 변경성, 적응성, 일치성 등

품질 속성	내용
개념적 무결성	◍ 전체 시스템과 시스템을 이루는 구성요소들 간의 일관성을 유지하는 것이다.
정확성, 완결성	◍ 요구사항과 요구사항을 구현하기 위해 발생하는 제약 사항들을 모두 충족시키는 것이다.
구축 가능성	◍ 모듈 단위로 구분된 시스템을 적절하게 분배하여 유연하게 일정을 변경할 수 있도록 하는 것이다.
기타 속성	◍ 변경성, 시험성, 적응성, 일치성, 대체성 등

1.3. 소프트웨어 아키텍처의 설계 과정

① 설계 목표 설정: 시스템의 개발 방향을 명확히 하기 위해 설계에 영향을 주는 비즈니스 목표, 우선순위 등의 요구사항을 분석하여 전체 시스템의 설계 목표를 설정한다. 

② 시스템 타입 결정: 시스템과 서브시스템의 타입을 결정하고, 설계 목표와 함께 고려하여 아키텍처 패턴을 선택한다. 

③ 아키텍처 패턴 적용: 아키텍처 패턴은 아키텍처 설계 시 발생하는 문제들을 해결하기 위해 미리 만들어 놓은 해결 방식을 말한다. 이러한 패턴을 적용하여 시스템의 표준 아키텍처를 설계한다. 

④ 서브시스템 구체화: 서브시스템의 기능 및 서브시스템간의 상호작용을 위한 동작과 인터페이스를 정의한다. 

⑤ 검토: 아키텍처가 설계 목표에 부합하는지, 요구사항이 잘 반영되었는지, 설계의 기본 원리를 만족하는지 등을 검토한다. 

 

▶ 시스템 타입

◍ 대화형 시스템: 사용자의 요구가 발생하면 시스템이 이를 처리하고 반응한다.

◍ 이벤트 중심 시스템: 외부의 상태 변화에 따라 동작한다.

◍ 변환형 시스템: 데이터 입력 시 정해진 작업들을 수행해 결과를 출력한다.

◍ 객체 영속형 시스템: DB를 사용해 파일을 효과적으로 저장, 검색, 갱신할 수 있는 시스템이다.

 

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2. 아키텍처 패턴 (중요도: A)

 아키텍처를 설계할 때 참조할 수 있는 전형적인 해결 방식 또는 예제를 의미한다. 아키텍처 패턴은 소프트웨어 시스템의 구조를 구성하기 위한 기본적인 윤곽을 제시한다. 아키텍패턴에는 서브시스템들과 그 역할이 정의되어 있으며, 서브시스템 사이의 관계와 여러 규칙과 지침이 포함되어 있다. 

 아키텍처 패턴의 장점은 시행착오 줄이고, 예측 가능 시스템의 특성을 파악할 수 있다는 것이다. 이러한 장점으로 인해 안정적 개발이 가능하고 유지 보수의 진행이 용이하다. 

 아키텍처 패턴의 종류는 대표적으로 레이어 패턴, 클라이언트-서버 패턴, 파이프-필터 패턴, 모델-뷰-컨트롤러 패턴이 있다. 

 

2.1. 레이어 패턴(Layers pattern)   

시스템을 계층으로 구분해 구성하는 고전적인 방법 중의 하나이다. 각각의 서브시스템들이 계층 구조를 이루며, 상위 계층은 하위 계층에 대한 서비스 제공자가 되고, 하위 계층은 상위 계층의 클라이언트가 된다. 

 레이어 패턴은 서로 마주보는 두 개의 계층 사이에서만 상호작용이 이루어지며, 변경 사항을 적용할 때도 서로 마주보는 두개의 계층에만 영향을 쳐 변경이 용이하다. 즉, 특정 계층만들 교체해 시스템을 개선하는 것이 가능하다는 것이다. 

 대표적으로 OSI 참조 모델(네트워크 프로토콜을 계층별로 구별한 모델, Chapter 1 시스템 분석의 7layers 참고)이 이에 속한다. 

 

2.2. 클라이언트-서버 패턴(Client-Sever Pattern)

 하나의 서버 컴포넌트와 다수의 클라이언트 컴포넌트로 구성되는 패턴이다. 사용자는 클라이언트와만 의사소통을 하며, 이에 따라 서버는 클라이언트의 요청에 대비해 항상 대기 상태를 유지해야 한다.  클라이언트와 서버는 요청과 응답하여 동기화되는 경우를 제외하고는 서로 독립적이다. 

 

2.3. 파이프-필터 패턴(Pipe-Filter Pattern)

 데이터 스트림 절차의 각 단계를 필터 컴포넌트로 캡슐화하여 파이프를 통해 데이터를 전송하는 패턴이다. 재사용성이 좋고, 추가가 쉬워 확장이 용이하다. 필터 컴포넌트를 재배치하여 다양한 파이프 라인을 구축할 수 있다. 

파이프-필터 패턴은 데이터 변환, 버퍼링, 동기화 등에 주로 사용하며, 대표적으로 UNIX의 쉘(Shell)이 있다. (데이터 스트림의 개념이 바로 파이프-필터 패턴이다.)

 

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

 서브시스템을 3개의 부분으로 구조화하는 패턴이다. 각 부분은 별도의 컴포넌트로 분리되어 있으므로 서로 영향을 받지 않고 개발 작업을 수행할 수 있다. 여러 개의 뷰를 만들 수 있으므로 대화형 어플리케이션에 적합하다.

 

◍ 모델(Model): 서브시스템의 핵심 기능과 데이터를 보관

◍ 뷰(View): 사용자에게 정보 표시

◍ 컨트롤러(Controller): 사용자로부터 받은 입력 처리

 

2.5. 기타 패턴 (이런 패턴이 있다는 정도만 알아두자.)

◍ 마스터-슬레이브 패턴: 마스터 컴포넌트에서 슬레이브 컴포넌트로 작업을 분할 한 후, 슬레이브 컴포넌트에서 처리된 결과물을 다시 돌려받는 방식이다. 장애 허용시스템과 병렬 컴퓨팅 시스템에서 주로 사용된다

 

◍ 브로커 패턴: 사용자가 원하는 서비스와 특성을 브로커 컴포넌트에 요청하면 브로커 컴포넌트가 요청에 맞는 컴포넌트와 사용자를 연결해준다. 원격 서비스 호출에 응답하는 컴포넌트들이 여러개 있을때 적합한 패턴이다. 분산 환경 시스템에서 사용한다.

◍ 피어-투-피어 패턴: 피어를 하나의 컴포넌트로 간주해 피어가 서버가 될 수도, 클라이언트가 될 수도 있는 패턴이다. 전형적인 멀티스레딩 방식을 사용한다.

 

◍ 이벤트-버스 패턴 : 소스가 특정 채널에 이벤트 메시지를 발행하면, 해당 채널을 구독한 리스너들이 메시지를 받아 이벤트를 처리하는 방식이다.

 

◍ 블랙보드 패턴: 해결책이 명확하지 않은 문제를 처리하는데 유용한 패턴이다. 음성인식, 차량식별, 신호해석이 대표적이다.

 

◍ 인터프리터 패턴: 프로그램 코드의 각 라인을 수행하는 방법을 지정하고, 기호마다 클래스를 갖도록 구성하는 패턴이다. 특정 언어로 작성된 프로그램 코드를 해석하는 컴포넌트를 설계할 때 사용한다.

 

2.6. 아키텍처 패턴별 장점과 단점

아키텍처	장점	단점
계층식 (Layered)	하위 레이어는 다른 상위 레이어에 의해 사용된다. 레이어 표준화가 쉬우며 레이어 수준을 정의하기가 수월하다. 레이어를 변경해도 다른 레이어에는 영향을 끼치지 않는다.	광범위한 적용이 어렵다. 특정 상황에서는 특정 레이어가 불필요할 수도 있다.
클라이언트-서버 (Client-server)	클라이언트가 요청할 수 있는 일련의 서비스를 모델링 할 수 있다	요청은 일반적으로 서버에서 별도의 스레드로 처리된다. 프로세스간 통신은 서로 다른 클라이언트가 서로 다르게 표현되므로 오버헤드가 발생한다.
마스터-슬레이브 (Master-slave)	정확성 - 서비스의 실행은 각기 다른 구현체를 가진 슬레이브들에게 전파된다.	슬레이브가 독립적이므로 공유되는 상태가 없다. 실시간 시스템에서는 마스터-슬레이브간 레이턴시 문제가 발생할 수 있다. 이 패턴은 분리 가능한 문제에만 적용할 수 있다.
파이프-필터 (Pipe-filter)	동시성 처리를 나타낸다. 입출력이 스트림으로 구성되고 필터가 데이터를 수신하면 연산을 수행하기 시작한다. 필터 추가가 쉽다. 시스템 확장성이 좋다. 필터는 재사용 가능하다. 주어진 필터들을 재구성하여 또 다른 파이프라인을 구축할 수 있다.	가장 느린 필터 연산에 의해 효율성이 제한될 수 있다. 필터간 데이터 이동에서 데이터 변환 오버헤드가 발생한다.
브로커 (Broker)	객체의 동적인 변경, 추가, 삭제 및 재할당이 가능하며 개발자에게 배포를 투명하게 만든다.	서비스 표현에 대한 표준화가 필요하다
피어 투 피어  (Peer to peer)	탈중앙화된 컴퓨팅을 지원한다. 특정 노드 장애에 매우 강하다. 리소스 및 컴퓨팅 성능면에서 확장성이 뛰어나다.	노드들이 자발적으로 참여하기 때문에 서비스 품질에 대한 보장이 어렵다. 보안에 대한 보장이 어렵다. 노드의 갯수에 따라 성능이 좌우된다.
이벤트-버스 (Event-bus)	새로운 발행자 (publishers)와 구독자 (subscribers) 및 연결의 추가가 수월하다. 고도로 분산화된 애플리케이션에 효과적이다.	모든 메시지가 동일한 이벤트 버스 를 통해 전달되기 때문에 확장성 문제가 발생할 수 있다.
모델-뷰-컨트롤러 (MVC)	동일한 모델에 대해 여러개의 뷰를 만들 수 있으며, 런타임에 동적으로 연결 및 해제를 할 수 있다.	복잡성을 증가시키며, 사용자의 행동에 대한 불필요한 업데이트가 많이 발생할 수 있다.
블랙보드 (Blackboard)	새로운 애플리케이션을 쉽게 추가할 수 있다. 데이터 공간의 구조를 쉽게 확장할 수 있다.	모든 애플리케이션이 영향을 받기 때문에 데이터 공간의 구조를 변경하기가 어렵다. 동기화 및 접근 제어가 필요할 수 있다
인터프리터 (Interpreter)	매우 동적인 설계가 가능하다. 최종 사용자가 프로그래밍하기 좋다. 인터프리터 프로그램을 쉽게 교체할 수 있기 때문에 유연성이 향상된다.	인터프리터 언어는 일반적으로 컴파일 언어보다 느리기 때문에 성능 문제가 발생할 수 있다.

 

 

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3. 객체지향(Object-Oriented) (중요도: A)

 객체지향은 현실세계의 개체를 기계의 부품처럼 하나의 객체로 만들어 기계적인 부품들을 조립하여 제품을 만들 듯이 소프트웨어를 개발할 때 사용하는 기법이다. 객체지향은 복잡한 구조를 단계적, 계층적으로 표현하고, 멀티미디어 데이터 및 병렬 처리를 지원한다.

 객체지향은  객체, 클래스, 캡슐화, 상속, 다형성 등으로 구성되어 있으며, 복잡한 구조를 단계적 계층적으로 표현하여 소프트웨어의 재사용 및 확장 용이, 유지보수가 쉬운 장점이 있다. 

 

3.1. 객체(Object)

데이터와 데이터를 처리하는 함수를 묶어 놓은 하나의 소프트웨어 모듈이다. 

 

◍ 데이터 = 속성, 상태, 변수, 상수, 자료구조

◍ 함수 = 메소드, 서비스, 동작, 행위

◍ 독립적으로 식별 가능한 이름을 가짐

◍ 객체가 가질 수 있는 조건 = 상태(State)

 

3.2. 클래스(Class)

 공통된 속성과 연산을 갖는 객체의 집합, 객체의 일반적인 타입을 의미한다. 각각의 객체들이 갖는 속성과 연산을 정의하고 있는 틀이며 동일한 클래스에 속한 각각의 개체들은 공통된 속성과 행위를 가진다. 클래스에 속한 각각의 객체를 인스턴스(Instance)라고 하며, 클래스로부터 새로운 객체를 생성하는 것을 인스턴스화라고 한다.

 

3.3. 캡슐화(Encapsulation)

데이터(속성)과 데이터를 처리하는 함수를 하나로 묶는 것을 의미한다. 캡슐화된 객체는 인터페이스를 제외한 세부 내용이 은폐(정보 은닉)되어 외부에서의 접근이 제한적이기 때문에 외부 모둘의 변경으로 인한 영향이 적다. 불필요한 기능을 최소화하여  인터페이스가 단순해지고, 객체 간의 결합도가 낮아진다. 때문에 개발 속도가 빨라지며, 캡슐화된 객체들은 재사용이 용이하여 비용 또한 절감된다. 

 

3.4. 상속(Inheritance)

 이미 정의된 상위 클래스의 모든 속성과 연산을 하위 클래스가 물려받는 것을 말한다. 상속을 이용하면 하위 클래스는 상위 클래스의 모든 속성과 연산을 자신의 클래스 내에서 재정의하지 않고서도 즉시 자신의 속성을 사용할 수 있다. 상위 클래스의 속성과 연산을 하위 클래스가 사용할 수 있기 때문에 객체와 클래스의 재사용, 즉 소프트웨어의 재사용을 높이는 중요한 개념이다. 

 

◍ 다중 상속 : 한 개의 클래스가 두 개 이상의 상위 클래스로부터 속성과 연산을 상속 받는 것을 말한다. 다만 의도하지 않게 프로그램이 작동할 수 있어 사용에 주의를 요한다.

 

3.5. 다형성(Polymorphism)

 메시지에 의해 객체(클래스)가 연산을 수행하게 될 때 하나의 메시지에 대해 각각의 객체(클래스)가 가지고 있는 고유의 방법(특성)으로 응답할 수 있는 능력이다. 객체들은 동일한 메소드명을 사용하여 같은 의미의 응답을 한다. 

 

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4. 모듈 (중요도: A)

 모듈은 모듈화를 통해 분리된 시스템의 각 기능들로 서브 루틴(Subroutine), 서브시스템, 소프트웨어 내의 프로그램, 작업 단위 등의 의미로 사용된다. 

단독으로 컴파일이 가능하며 재사용이 가능하다. 기능적 독립성은 소프트웨어를 구성하는 각 모듈의 기능이 서로 독립됨을 의미하는 것으로, 모듈이 하나의 기능만을 수행하고 다른 모듈과의 과도한 상호작용을 배제하는 것으로 이루어진다.

 독립성이 높은 모듈일 수록 모듈을 수정하더라도 다른 모듈에게는 영향을 미치지 않는다. 모듈의 독립성은 결합도와 응집도에 의해 측정한다. 독립성을 높이려면 결합도를 약하게, 응집도는 강하게, 모듈의 크기는 작게 만들어야 한다. 독립성이 높을 수록 모듈 수정 시 다른 모듈들에게 영향을 미치지 않고, 오류가 발생해도 쉽게 발견하고 해결할 수 있음

 

4.1. 결합도(Coupling)

 모듈 간에 상호 의존하는 정도, 두 모듈 사이의 연관 관계를 말한다. 결합도가 약할수록 품질이 높고, 강할수록 품질이 낮다. 결합도가 강하면 유지보수 작업이 어렵다는 단점이 있다. 자료 결합도, 스탬프 결합도, 제어 결합도, 외부 결합도, 공통 결합도, 내용 결합도 순으로 결합도가 강해진다. 

 

자료 결합도 (Data Coupling)	모듈 간의 인터페이스가 자료 요소로만 구성될 때의 결합도 ◍ 다른 모듈 호출 시 매개 변수나 인수로 테이터를 넘겨주고, 호출 받은 모듈은 받은 데이터에 대한 처리 결과를 다시 돌려주는 방식
스탬프 결합도 (Stamp Coupling)	모듈 간의 인터페이스로 배열이나 레코드 등의 자료 구조가 전달될 때의 결합도
제어 결합도 (Control Coupling)	어떤 모듈이 다른 모듈 내부의 논리적인 흐름을 제어하기 위해 제어 신호를 이용해 통신하거나 제어 요소를 전달하는 결합도
외부 결합도 (External Coupling)	어떤 모듈에서 선언한 데이터를 외부의 다른 모듈에서 참조할 때의 결합도
공통 결합도 (Common Coupling)	공유되는 공통 데이터 영역을 여러 모듈이 사용할 때의 결합도
내용 결합도 (Content Coupling)	한 모듈이 다른 모듈의 내부 기능 및 그 내부 자료를 직접 참조하거나 수정 할 때의 결합도

 

4.2. 응집도(Cohesion)

정보 은닉 개념을 확장한 것, 명령어나 호출문 등 모듈의 내부 요소들의 서로 관련되어 있는 정도, 모듈이 독립적인 기능으로 정의되어 있는 정도를 말한다. 응집도가 강할수록 품질이 높고, 약할 수록 품질이 낮다. 기능적 응집도, 순차적 응집도, 교환적 응집도, 절차적 응집도, 시간적 응집도, 논리적 응집도, 우연적 응집도 순으로 응집도가 약해진다.

 

기능적 응집도 (Functional Cohesion)	모듈 내부의 모든 기능 요소들이 단일 문제와 연관되어 수행될 경우
순차적 응집도 (Sequential Cohesion)	모듈 내 하나의 활동으로부터 나온 출력 데이터를 그 다음 활동의 입력 데이터로 사용할 경우의 응집도
교환(통신)적 응집도 (Communication Cohesion)	동일한 입력과 출력을 사용하여 서로 다른 기능을 수행하는 구성 요소들이 모였을 경우의 응집도
절차적 응집도 (Procedural Cohesion)	모듈이 다수의 관련 기능을 가질 때 모듈 안의 구성 요소들이 그 기능을 순차적으로 수행할 경우의 응집도
시간적 응집도 (Temporal Cohesion)	특정 시간에 처리되는 몇 개의 기능을 모아 하나의 모듈로 작성할 경우의 응집도
논리적 응집도 (Logical Cohesion)	유사한 성격을 갖거나 특정 형태로 분류되는 처리 요소들로 하나의 모듈이 형성되는 경우의 응집도
우연적 응집도 (Coincidental Cohesion)	모듈 내부의 각 구성 요소들이 서로 관련 없는 요소로만 구성된 경우의 응집도

 

4.3. 팬인(Fan-In) / 팬아웃(Fan-Out)

팬인은 어떤 모듈을 제어하는 모듈의 수를 말하고, 팬아웃은 어떤 모듈에 의해 제어되는 모듈의 수를 말한다. 팬인-팬아웃으로 시스템 복잡도를 알 수 있다. 팬인이 높다는 것은 재사용 측면에서 설계가 잘되어 있다고 볼 수 있으나, 단일 장애점이 발생할 수 있으므로 중점적 관리가 필요하다. 팬아웃이 높은 경우 불필요하게 다른 모듈을 호출하고 있는지 검토하고 단순화시킬 수 있는지 검토가 필요하다. 시스템 복잡도를 최적화하려면 팬인은 높게, 팬아웃은 낮게 설계한다.

 

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5. 공통 모듈 (중요도: C)

여러 프로그램에서 공통적으로 사용할 수 있는 모듈을 의미한다. 자주 사용되는 계산식, 매번 필요한 사용자 인증과 같은 기능들이 공통 모듈로 구성될 수 있다. 공통 모듈 구현 시 다음의 명세 기법을 준수해야 한다. 

 

정확성(Correctness)	시스템 구현 시 해당 기능이 필요하다는 것을 알 수 있도록 정확히 작성
명확성(Clarity)	해당 기능을 이해할 때 중의적으로 해석되지 않도록 명확하게 작성
완전성(Completeness)	시스템 구현을 위해 필요한 모든 것을 기술
일관성(Consistency)	공통 기능들 간 상호 충돌이 발생하지 않도록 작성
추적성(Traceability)	기능에 대한 요구사항의 출처, 관련 시스템 등의 관계를 파악할 수 있도록 작성

5.1. 재사용(Reuse)

 비용과 개발 시간을 절약하기 위해 이미 개발된 기능들을 파악하고 재구성하여 새로운 시스템 또는 기능 개발에 사용하기 적합하도록 최적화 시키는 작업을 말한다. 재사용은 누구나 이해할 수 있고 사용이 가능하도록 사용법을 공개해야 한다. 재사용되는 대상은 외부 모듈과의 결합도는 낮고 응집도는 높아야 한다.

 

재사용 규모에 따른 분류
함수와 객체	클래스나 메소드 단위의 소스 코드를 재사용한다.
컴포넌트	컴포넌트 자체에 대한 수정 없이 인터페이스를 통해 통신하는 방식으로 재사용한다.
애플리케이션	공통된 기능들을 제공하는 애플리케이션을 공유하는 방식으로 재사용한다.

5.2. 효과적인 모듈 설계 방안

◍ 결합도는 줄이고 응집도는 높여 모듈의 독립성과 재사용성을 높인다.

◍ 복잡도와 중복성을 줄이고 일관성 유지한다.

◍ 모듈의 기능은 예측이 가능해야 하며 지나치게 제한적이어서는 안된다.

◍ 유지보수가 용이해야 한다.

◍ 하나의 입구와 하나의 출구를 갖도록 해야 한다.

◍ 모듈 인터페이스를 설계해야 한다.

 

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6. 코드 (중요도: B)

 컴퓨터를 이용해 자료를 처리하는 과정에서 분류, 조합 및 집계를 용이하게 하고, 특정 자료의 추출을 쉽게 하기 위해 사용하는 기호이다. 일정한 규칙에 따라 작성, 정보 처리의 효율과 처리된 정보의 가치에 영향을 미친다. 코드의 주요 기능은 식별 기능, 분류 기능, 배열 기능이 있다.

 

◍ 식별 기능 : 데이터 간의 성격에 따라 구분이 가능

◍ 분류 기능 : 특정 기준이나 동일한 유형에 해당하는 데이터를 그룹화 할 수 있다.

◍ 배열 기능 : 의미를 부여하여 나열 할 수 있다.

 

6.1. 코드의 종류

순차 코드 (Sequence Code)	자료의 발생 순서, 크기 순서 등 일정 기준에 따라서 최초의 자료부터 차례로 일련번호를 부여하는 방법이다.  예) 1, 2, 3, 4 ...
블록 코드 (Block Code)	코드화 대상 항목 중에서 공통성이 있는 것끼리 블록으로 구분하고, 각 블록 내에서 일련번호를 부여하는 방법이다. 예) 1001~1100: 총무부, 1101~1200: 영업부
10진 코드 (Decimal Code)	코드화 대상 항목을 0~9까지 10진 분할하고, 다시 그 각각에 대하여 10진 분할 하는 방법을 필요한 만큼 반복하는 방법이다. 예) 1000: 공학, 1100: 소프트웨어 공학, 1110: 소프트웨어 설계
그룹 분류 코드 (Group Classification Code)	코드화 대상 항목을 일정 기준에 따라 대분류, 중분류, 소분류 등으로 구분하고, 각 그룹 안에서 일련번호를 부여하는 방법이다. 예) 1-01-001: 본사-총무부-인사계, 2-01-001 : 지사-총무부-인사계
연상 코드 (Mnemonic Code)	코드화 대상 항목의 명칭이나 약호와 관계있는 숫자나 문자, 기호를 이용해 코드를 부여하는 방법이다. 예) TV-40: 40인치 TV
표의 숫자 코드 (Significant Digit Code)	코드화 대상 항목의 성질의 물리적 수치를 그대로 코드에 적용시키는 방법이다. 예) 120-720-1500: 두께*폭*길이가 120*720*1500인 강판
합성 코드 (Combined Code)	필요한 기능을 하나의 코드로 수행하기 어려운 경우 2개 이상의 코드를 조합하여 만드는 방법 이다.

6.2. 코드 부여 체계

 이름만으로 개체의 용도와 적용 범위를 알 수 있도록 코드를 부여하는 방식을 말한다. 각 개체에 유일한 코드를 부여해 개체들의 식별 및 추출을 용이하게 한다.

 코드를 부여하기 전에 각 단위 시스템의 고유한 코드와 개체를 나타내는 코드 등이 정의되어야 한다. 코드 부여 체계를 담당하는 자는 코드의 자릿수와 구분자, 구조 등을 상세하게 명시할 필요가 있다.

 

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7. 디자인 패턴 (중요도: B)

 각 모듈의 세분화된 역할이나 모듈들 간의 인터페이스와 같은 코드를 작성하는 수준의 세부적인 구현 방안을 설계할 때 참조할 수 있는 전형적인 해결 방식, 예제이다. 디자인 패턴은 GoF(Gang of Four, 에릭 감마, 리차드 헬름, 랄프 존슨, 존 블리시디스)가 처음으로 구체화 및 체계화 하였다. GoF의 디자인 패턴은 유형에 따라 생성 패턴 5개, 구조 패턴 7개, 행위 패턴 11개 총 23개의 패턴으로 구성된다.

 디자인패턴과 아키텍처 패턴은 유사한듯 보이나 사용 영역이 다르다. 아키텍처 패턴은 디자인 패턴보다 상위 수준의 설계에 사용되며, 아키텍쳐 패턴이 전체 시스템의 구조를 설계하기 위한 참조 모델이라면, 디자인 패턴은 서브시스템에 속하는 컴포넌트들과 그 관계를 설계하기 위한 참조 모델이다. 

 

7.1. 생성 패턴(Creational Pattern)

객체의 생성과 참조 과정을 캡슐화 하여 객체가 생성되거나 변경되어도 프로그램의 구조에 영향을 크게 받지 않도록 해 프로그램의 유연성 더해주는 패턴이다. 

 

◍ 추상 팩토리 (Abstract Factory): 구체적인 클래스에 의존하지 않고, 인터페이스를 통해 서로 연관, 의존하는 객체들의 그룹으로 생성해 추상적으로 표현한다.

 

◍ 빌더 (Builder): 작게 분리된 인스턴스를 건축 하듯이 조합하여 객체를 생성한다. 객체의 생성 과정과 표현 방법을 분리하고 있어, 동일한 객체 생성에서도 서로 다른 결과를 만들어 낼 수 있다. 

 

◍ 팩토리 메소드 (Factory Method): 객체 생성을 서브 클래스에서 처리하도록 분리하여 캡슐화한다. 상위 클래스에서 인터페이스만 정의하고 실제 생성은 서브 클래스가 한다.

 

◍ 프로토타입 (Prototype): 원본 객체를 복제하는 방법으로 객체를 생성한다. 일반적인 방법으로 객체를 생성하며, 비용이 큰 경우 주로 이용한다.

 

◍ 싱글톤 (Singleton): 하나의 객체를 생성하면 생성된 객체를 어디서든 참조할 수 있지만, 여러 프로세스가 동시에 참조할 수 없다. 클래스 내에서 인스턴스가 하나뿐임을 보장하며, 불필요한 메모리 낭비를 최소화할 수 있다. 

 

7.2. 구조 패턴(Structural Pattern)

클래스나 객체들을 조합해 더 큰 구조로 만들 수 있게 해주는 패턴이다. 

 

◍ 어댑터 (Adapter): 호환성이 없는 클래스들의 인터페이스를 다른 클래스가 이용할 수 있도록 변환해주는 패턴이다. 기존의 클래스를 이용하고 싶지만 인터페이스 일치하지 않을 때 사용한다. 

 

◍ 브리지 (Bridge): 구현부에서 추상층을 분리해 서로가 독립적으로 확장할 수 있도록 구성한 패턴이다. 기능과 구현을 두 개의 별도 클래스로 구현한다.

 

◍ 컴포지트 (Composite): 여러 객체를 가진 복합 객체와 단일 객체를 구분 없이 다루고자 할 때 사용하는 패턴이다. 복합 객체에 복합 객체가 포함되는 구조를 구현할 수 있다. 

 

◍ 데코레이터 (Decorator): 객체 간의 결합을 통해 능동적 기능들을 확장할 수 있는 패턴이다. 임의의 객체에 부가적인 기능을 추가하기 위해 다른 객체들을 덧붙이는 방식으로 구현된다.

 

◍ 퍼싸드 (Facade): 복잡한 서브 클래스들을 피해 더 상위에 인터페이스를 구성함으로써 서브 클래스들의 기능을 간편하게 사용할 수 있도록 하는 패턴이다. 

 

◍ 플라이웨이트 (Flyweight): 인스턴스가 필요할 때마다 매번 생성하는 것이 아니고 가능한 한 공유해서 사용함으로써 메모리를 절약하는 패턴이다. 다수의 유사 객체를 생성하거나 조작할 때 유용하다. 

 

◍ 프록시 (Proxy): 접근이 어려운 객체와 여기에 연결하려는 객체 사이에서 인터페이스 역할 수행하는 패턴이다. 네트웨크 연결, 메모리의 대용량 객체로의 접근 등에 주로 이용한다.

 

7.3. 행위 패턴(Behavioral Pattern)

 하나의 객체로 수행할 수 없는 작업을 여러 객체로 분배하면서 결합도를 최소화 할 수 있도록 도와주는 패턴이다.

 

◍ 책임 연쇄(Chain of Responsibility): 요청을 처리할 수 있는 객체가 둘 이상 존재하여 한 객체가 처리하지 못하면 다음 객체로 넘어가는 형태의 패턴이다. 

 

◍ 커멘드(Command): 요청을 객체의 형태로 캡슐화하여 재이용하거나 취소할 수 있도록 요청에 필요한 정보를 저장하거나 로그에 남기는 패턴이다. 

 

◍ 인터프리터(Interpreter): 언어에 문법 표현을 정의하는 패턴이다. SQL이나 통신 프로토콜과 같은 개발할 때 사용한다. 

 

◍ 반복자 (lterator): 자료 구조와 같이 접근이 잦은 객체 대해 동일한 인터페이스를 사용하도록 하는 패턴이다.

 

◍ 중재자 (Mediator): 수많은 객체들 간의 복잡한 상호작용을 캡슐화하여 객체로 정의하는 패턴이다. 객체 사이의 의존성을 줄여 결합도를 감소시킬 수 있다.

 

◍ 메멘토(Memento): 특정 시점에서의 객체 내부 상태를 객체화 함으로써 이후 요청에 따라 객체를 해당 시점의 상태로 돌릴 수 있는 기능을 제공하는 패턴이다. 되돌리기 기능을 개발할 때 주로 이용한다.

 

◍ 옵서버 (Observer): 한 객체의 상태가 변화하면 객체에 상속되어 있는 다른 객체들에게 변화된 상태를 전달하는 패턴이다. 주로 분산된 시스템 간에 이벤트를 생성, 발생,하고 이를 수신해야 할 때 이용한다.

 

◍ 상태 (State): 객체의 상태에 따라 동일한 동작을 다르게 처리해야 할때 사용하는 패턴이다. 객체 상태를 캡슐화하고 이를 참조하는 방식으로 처리한다.

 

◍ 전략 (Strategy): 동일한 계열의 알고리즘들을 개별적으로 캡슐화하여 상호 교환할 수 있게 정의하는 패턴이다.

 

◍ 템플릿 메소드(Template Method): 상위 클래스에서 골격을 정의하고, 하위 클래스에서 세부 처리를 구체화하는 구조의 패턴이다. 유사한 서브 클래스를 묶어 공통된 내용을 상위 클래스에서 정의하여 코드의 양을 줄이고 유지보수에 이점을 준다.

 

◍ 방문자 (Visitor): 각 클래스들의 데이터 구조에서 처리 기능을 분리하여 별도의 클래스로 구성하는 패턴이다. 분리된 처리 기능은 각 클래스를 방문하여 수행한다.