실전 자바 소프트웨어 도서를 요약한 내용입니다.

7장 트우터 확장판

7.2 목표

의존관계 역전 원칙과 의존관계 주입으로 결합도 피하기
저장소 패턴, 쿼리 객체 패턴으로 데이터 영구 저장하기
함수형 프로그래밍이란 무엇이며 자바로 구현한 실제 응용프로그램에 이를 적용하는 방법을 간단히 소개한다.

7.4 영구 저장과 저장소 패턴

프로세스를 재시작하면 모든 트웃과 사용자 정보가 사라진다.
프로세스를 재시작해도 정보가 사라지지 않도록 저장하는 기능이 필요하다.
저장소 패턴이라는 유명한 패턴을 이용하면 문제를 쉽게 해결할 수 있다.
저장소 패턴은 도메인 로직과 저장소 백엔드 간의 인터페이스를 정의한다.
저장소 패턴을 이용하면 나중에 응용프로그램의 저장소를 다른 저장소 백엔드로 쉽게 갈아탈 수 있다.
저장소 패턴의 장점은 다음과 같다.
- 저장소 백엔드를 도메인 모델 데이터로 매핑하는 로직을 중앙화함
- 실제 데이터베이스 없이도 코어 비즈니스 로직을 유닛 테스트하므로 빠르게 테스트를 실행할 수 있음
- 각 클래스가 하나의 책임을 가지므로 유지보수성과 가동성이 좋아짐
저장소란 객체 컬렉션과 비슷하다.
다만 컬렉션처럼 객체를 메모리에 저장하지 않고 다른 어딘가에 저장한다는 점이 다르다.
대부분의 저장소는 다음과 같은 몇 가지 공통 기능을 구현한다.
- add(): 새 객체 인스턴스를 저장소로 저장
- get(): 식별자로 한 개의 객체를 검색
- delete(): 영구 저장 백엔드에서 인스턴스 삭제
- update(): 객체에 저장한 값이 인스턴스의 필드와 같게 만듦
이런 종류의 연산을 줄여서 CRUD라 부른다.

7.4.1 저장소 설계

저장소에 '일반적인' 기능을 추가하고 싶은 유혹이 생길 수 있지만 주의해야 한다.
사용하지 않는 코드와 불필요한 코드는 일종의 부채이기 때문이다.
사용하지 않는 코드는 부채일 뿐이다.
요구 사항이 바뀌면서 코드베이스를 리팩터링하고 개선할 때, 사용하지 않는 코드가 많아진다면 작업이 더욱 어려워진다.
YAGNI는 '여러분은 그 기능이 필요하지 않을거예요(you aren't gonna need it)'를 의미한다.
미래에 사용할 것 같은 기능은 구현하지 말고 정말로 사용해야 할 때 그 기능을 구현하라는 의미다.

public interface UserRepository extends AutoCloseable {
  boolean add(User user);
  Optional<User> get(String userId);
  void update(User user);
  void clear();
  FollowStatus follow(User follower, User userToFollow);
}

Twoot 객체는 불변이므로 TwootRepository에 update() 기능을 구현하지 않았다.

public interface TweetRepository {
  Twoot add(String id, String userId, String content);
  Optional<Twoot> get(String id);
  void delete(Twoot twoot);
  void query(TwootQuery twootQuery, Customer<Twoot> callback);
  void clear();
}

TwootRepository의 add() 메서드는 몇 가지 파라미터 값을 받아 객체를 만들어 반환한다.
데이터 계층은 트우터 객체 시퀀스를 만드는 적절한 도구를 가지므로 고유 객체를 만드는 일을 데이터 계층에 위임한다.
아래 예는 제네릭 인터페이스로 저장소 패턴을 구현한 예다.

public interface AbstractRepository<T> {
  void add(T value);

  Optional<T> get(String id);

  void update(T value);

  void delete(T value);
}

7.4.2 쿼리 객체

저장소를 마치 자바 컬렉션처럼 구현한 다음, 여러 Twoot 객체를 반복하며 필요한 작업을 수행하는 방법으로 간단하게 이 기능을 구현한다.
구현은 단순하지만, 데이터 저장소의 모든 데이터 행을 자바 응용프로그램으로 가져온 다음 필요한 쿼리를 수행할 수 있으므로 속도가 현저히 느릴 가능성이 있다.
기존의 쿼리 기능을 그대로 활용하는 것이 바람직하다.
사용자 객체로 관련 트웃을 검색하는 twootsForLogon() 메서드를 구현한다.
그러면 비즈니스 로직 기능이 저장소 구현과 결합되는 단점이 생긴다.
요구 사항이 바뀌면 코어 도메인 로직뿐만 아니라 저장소도 바꿔야 하므로 구현을 바꾸기 어려우며 단일 책임 원칙에도 위배된다.

List<Twoot> twootsForLogon(User user);

List<Twoot> twootsFromUsersAfterPosition(Set<String> inUsers, Position lastSeenPosition);

TwootRepository로 쿼리할 조건을 객체 안에 추상화했다.

List<Twoot> query(TwootQuery query);

public class TwootQuery {
  private Set<String> inUsers;
  private Position lastSeenPosition;

  public Set<String> getInUsers() {
    return inUsers;
  }

  public Position getLastSeenPosition() {
    return lastSeenPosition;
  }

  public TwootQuery inUsers(final Set<String> inUsers) {
    this.inUsers = inUsers;
    return this;
  }

  public TwootQuery inUsers(String... inUsers) {
    return inUsers(new HashSet<>(Arrays.asList(inUsers)));
  }

  public TwootQuery lastSeenPosition(final Position lastSeenPosition) {
    this.lastSeenPosition = lastSeenPosition;
    return this;
  }

  public boolean hasUsers() {
    return inUsers != null && !inUsers.isEmpty();
  }
}

객체 List를 반환한다는 것은 모든 Twoot 객체를 메모리에 저장해 한 번에 처리함을 의미한다.
List의 크기가 매우 클 수 있으므로 이는 좋은 방법이 아니다.
모든 Twoot 객체를 메모리에 저장하는 대신 각 객체를 UI로 푸시해 이 문제를 해결할 수 있다.
여기서는 Customer 콜백으로 간단히 문제를 해결한다.

void query(TwootQuery twootQuery, Customer<Twoot> callback);

쿼리 메서드 사용 예

twootRepository.query(
  new TwootQuery()
      .inUsers(user.getFollowing())
      .lastSeenPosition(user.getLastSeenPosition()),
  user::receiveTwoot);
)

이 책에서는 설명하지 않았지만 작업 단위(Unit of Work) 패턴이라는 저장소 구현 기법도 있다.
예를 들어 두 은행 계좌 사이에 돈을 이체하거나 한 계좌에서 돈을 인출하고 이를 다른 계좌로 입금하고 싶다.
이때 한 가지 동작이라도 실패하면 전체 동작을 취소해야 한다.
데이터베이스는 보통 ACID를 준수하도록 트랜잭션을 구현하므로 이런 종류의 작업이 안전하게 수행될 수 있도록 보장한다.
작업 단위는 데이터 베이스 트랜잭션이 원활하게 수행되도록 돕는 디자인 패턴이다.

하지만 설계한 저장소 인터페이스를 실제로 어떻게 구현하는지는 아직 설명하지 않았다.
자바 생태계에는 이 작업을 자동화하는 다양한 객체 관계 매핑(ORM)이 준비되어 있다.
그중에서도 하이버네이트는 가장 유명한 ORM 중 하나다.

7.5 함수형 프로그래밍

스트림 API와 컬렉터 API, Optional 클래스 등 함수형 프로그래밍 구현에 도움을 주는 몇 가지 기능이 추가되었다.
자바 8 이전에는 라이브러리 개발자가 활용할 수 있는 추상화 수준에 한계가 있었다.
예를 들어 큰 데이터 컬렉션에서는 효과적으로 병렬 연산을 수행할 수 없었다.

7.5.1 람다 표현식

익명 함수를 람다 표현식으로 줄여서 정의한다.

public interface ReceiverEndPoint {
  void onTwoot(Twoot twoot);
}

예제에서는 ReceiverEndPoint 인터페이스 구현을 제공하는 새로운 객체를 만든다.

public class PrintingEndPoint implements ReceiverEndPoint {
  @Override
  public void onTwoot(final Twoot twoot) {
    System.out.println(twoot.getSenderId() + ": " + twoot.getContent());
  }
}

익명 클래스로 ReceiverEndPoint 구현

final ReceiverEndPoint anonymousClass = new ReceiverEndPoint() {
  @Override
  public void onTwoot(final Twoot twoot) {
    System.out.println(twoot.getSenderId() + ": " + twoot.getContent());
  }
};

자바 8에서는 람다표현식을 사용할 수 있다.

final ReceiverEndPoint lambda = twoot -> System.out.println(twoot.getSenderId() + ": " + twoot.getContent());

7.5.2 메서드 레퍼런스

twoot -> twoot.getContent();

메서드 레퍼런스

Twoot:getContent

람다로 SenderEndPoint 생성

(user, twootr) -> new SenderEndPoint(user, twootr)

메서드 레퍼런스로 SenderEndPoint 생성

SenderEndPoint::new

7.5.3 실행 어라운드

실행 어라운드(execute around)는 함수형 디자인 패턴에서 자주 사용된다.
항상 비슷한 작업을 수행하는 초기화, 정리 코드가 있고, 초기화, 정리 코드에서 실행하는 비즈니스 로직에 따라 이를 파라미터화하고 싶은 상황을 겪어봤을 것이다.
- 파일
  파일을 사용하기 전에 열고, 파일을 사용한 다음 닫는다. 작업에 문제가 생기면 예외를 기록해야 한다. 파라미터화된 코드로 파일의 내용을 읽거나 파일에 데이터를 기록한다.
- 락
  임계 구역 이전에 락을 획득한 다음, 크리티컬 섹션 다음에 락을 해제한다. 파라미터화된 코드가 임계 구역이다.
- 데이터베이슷 연결
  초기화 작업에서 데이터베이스를 연결하고 작업을 완료한 후 연결을 닫느다. 데이터베이스 연결 풀을 이용하는 상황이라면, 연결 로직에서 풀의 연결을 가져오도록 만들 수 있어 유용하다.
실행 어라운드 패턴에서는 초기화, 정리 코드에서 공통 메서드를 추출해 문제를 해결한다.

extract 메서드에 실행 어라운드 패턴 사용

<R> R extract(final String sql, final Extract<R> extract) {
  try (var stmt = conn.prepareStatement(sql, Statement.RETURN_GENERATED_KEYS)) {
    stmt.clearParameters();
    return extractor.run(stmt);
  } catch (SQLException e) {
    throw new IllegalStateException(e);
  }
}

7.5.4 스트림

자바의 가장 중요한 함수형 프로그래밍 기능은 컬렉션 API와 스트림에 중점을 둔다.
스트림 덕분에 루프를 이용하지 않고 높은 수준으로 컬렉션 처리 코드를 추상화할 수 있다.

map()

어떤 형식의 값을 포함하는 스트림을 다른 형식의 값의 스트림으로 변환할 때 map()을 활용한다.

루프로 사용자 튜플 만들기

private String usersTupleLoop(final Set<String> following) {
  List<String> quotedIds = new ArrayList<>();
  for (String id : following) {
    quotedIds.add("'" + id + "''");
  }
  return '(' + String.join(",", quotedIds + ')');
}

map() 으로 사용자 튜플 만들기

public String usersTuple(final Set<String> following) {
  return following
        .stream()
        .map(id -> "'" + id + "'")
        .collect(Collectors.joining(",", "(", ")"));
}

forEach()

forEach()는 스트림의 모든 요소를 인수로 받아 작업을 수행하는 Cusumer 콜백을 한 개의 인수로 받는다.

filter()

어떤 데이터를 반복하면서 각 요소에 if문을 적용하는 상황이라면 Stream.filter() 메서드를 이용할 수 있다.

루프로 트웃을 반복하면서 if문으로 확인

public void queryLoop(final TwootQuery twootQuery, final Customer<Twoot> callback) {
  if (!twootQuery.hasUsers()) {
    return;
  }

  var lastSeenPosition = twootQuery.getLastSeenPosition();
  var inUsers = twootQuery.getInUsers();

  for (Twoot twoot: twoots) {
    if (inUsers.contains(twoot.getSenderId()) &&
      twoot.isAfter(lastSeenPosition)) {
      callback.accept(twoot);
    }
  }
}

함수형 스타일

public void queryLoop(final TwootQuery twootQuery, final Customer<Twoot> callback) {
  if (!twootQuery.hasUsers()) {
    return;
  }

  var lastSeenPosition = twootQuery.getLastSeenPosition();
  var inUsers = twootQuery.getInUsers();

  twoots
        .stream()
        .filter(twoot -> inUsers.contains(twoot.getSenderId()))
        .filter(twoot -> twoot.isAfter(lastSeenPosition))
        .forEach(callback);
}

reduce()

전체 리스트를 한 개의 값으로 줄이는 상황, 예를 들어 다양한 트랜잭션에서 모든 값의 합계를 찾는 작업에서 reduce() 패턴을 사용한다.

Object accumulator = initialValue;
for (Object element : collection) {
  accumulator = combine(accumulator, element);
}

7.5.5 Optional

Optional은 null을 대신하도록 자바 8에서 추가된 코어 자바 라이브러리 데이터 형식이다.
null을 사용하면 무시무시한 NullPointerException이 방생하는 문제가 있다.
Optional을 두 가지 기능을 제공한다.
첫 번째는 버그를 피하기 위해 변수의 값이 있는지 개발자가 확인하도록 장려한다.
두 번째는 클래스의 API에서 값이 없을 수 있다는 사실을 Optional 자체로 문서화한다.

값으로 Optional 만들기

Optional<String> a = Optional.of("a");

assertEquals("a", a.get());

Optional은 값을 갖지 않을 수 있는데, 이때 팩토리 메서드 empty()를 사용한다.
또한 nullable()로 null이 될 수 있는 값을 Optional로 만들 수도 있다.

Optional emptyOptional = Optional.empty();
Optional alsoEmpty = Optional.ofNullable(null);

assertFalse(emptyOptional.isPresent());

// a는 이전 예제에 정의되어 있음
assertTrue(a.isPresent());

Optional의 get()은 NoSuchElementException을 던질 수 있으므로 isPresent()를 사용하면 조금 더 안전하게 get()을 호출할 수 있다.
하지만 이는 Optional을 제대로 활용하는 방법이 아니다.
이는 어떤 객체가 null인지 확인하는 기존 방법과 같기 때문이다.
Optional이 비었을 때 대쳇값을 제공하는 orElse() 메서드로 깔끔하게 코드를 구현할 수 있다.
대쳇값 계산에 시간이 많이 걸린다면 orElseGet()을 이용한다.
그래야 Optional이 비었을 때만 Supplier 함수로 전달한 함수가 실행되기 때문이다.

orElse()와 orElseGet() 사용

assertEquals("b", emptyOptional.orElse("b"));
assertEquals("c", emptyOptional.orElseGet(() -> "c"));

Optional은 스트림 API에 사용할 수 있는 메서드(filter(), map(), isPresent() 등)도 제공한다.
Optional.filter()는 조건을 만족하면 Optional의 요소를 유지하고, 프레디케이트 결과가 거짓이거나 빈 Optional이면 그대로 빈 Optional을 반환한다.
마찬가지로 map()은 Optional 안의 값을 반환하는데, 값이 없으면 함수를 아예 적용하지 않는다.
이렇게 Optional이 값을 포함해야 연산을 적용하므로 null보다 Optional이 더 안전하다.

7.6 사용자 인터페이스

자바스크립트 프런트엔드와 서버 간의 모든 통신은 JSON 표준으로 이루어진다.

7.7 의존관계 역전과 의존관계 주입

다음은 의존관계 역전의 정의다.
- 높은 수준의 모듈은 낮은 수준의 모듈에 의존하지 않아야 한다. 두 모듈 모두 추상화에 의존해야 한다.
- 추상화는 세부 사항에 의존하지 않아야 한다. 세부 사항은 추상화에 의존해야 한다.
Twootr 라는 높은 수준의 진입점 클래스를 만들었지만, 이 클래스는 DataUserRepository 같은 다른 낮은 수준의 모듈에 의존하지 않는다.
이는 구현이 아닌 UserRepository 인터페이스처럼 추상화에 의존하기 때문이다.
의존관계 주입(DI)이라는 개념도 있다.

팩토리로 인스턴스 만들기

public Twootr() {
  this.userRepository = UserRepository.getInstance();
  this.twootRepository = TwootRepository.getInstance();
}

// 트우터 시작
UserRepository.setInstance(new DatabaseUserRepository());
TwootRepository.setInstance(new DatabaseTwootRepository());
Twootr twootr = new Twootr();

의존관계 주입으로 인스턴스 만들기

public Twootr(final UserRepository userRepository, final TwootRepository twootRepository) {
  this.userRepository = userRepository;
  this.twootRepository = twootRepository;
}

// 트우터 시작
Twootr twootr = new Twootr(new DatabaseUserRepository(), new DatabaseTwootRepository());

7.8 패키지와 빌드 시스템

자바에서는 코드베이스를 여러 패키지로 쪼갤 수 있다.
- com.iteratrlearning.shu_book.chapter_06는 프로젝트의 최상위 패키지다.
- com.iteratrlearning.shu_book.chapter_06.database는 SQL 데이터베이스 저장용 어댑터를 포함한다.
- com.iteratrlearning.shu_book.chapter_06.in_memory는 인메모리 저장용 어댑터를 포함한다.
- com.iteratrlearning.shu_book.chapter_06.web_adapter는 웹소켓 기반 UI 어댑터를 포함한다.

7.9 한계와 단순화

트우터가 한 개의 스레드에서 실행된다고 가정하므로 동시성 문제는 완전히 무시했다.
또한 호스팅 서버에 장애가 일어났을 때의 상황도 고려하지 않았다.
확장성도 무시했다.
마찬가지로 로그인했을 때 모든 트웃을 보여주는 기능도 심한 병목현상을 일으킬 수 있다.

7.10 총정리

저장소 패턴으로 데이터 저장과 비즈니스 로직의 결합을 제거할 수 있다.
두 가지 방식의 저장소 구현 방법을 살펴봤다.
자바 8 스트림을 포함한 함수형 프로그래밍 개념을 소개했다.
다양한 패키지로 큰 프로젝트를 구성하는 방법을 확인했다.

저작자표시

[실전 자바 소프트웨어] 7. 트우터 확장판