[Design Pattern] 옵저버 패턴 (Observer Pattern)

옵저버 패턴이란?

옵저버 패턴(Observer Pattern)은 한 객체의 상태가 바뀌면 그 객체에 의존하는 다른 객체에게 연락이 가고, 자동으로 내용이 갱신되는 방식으로 일대다(one-to-many) 의존성을 정의합니다.

옵저버 패턴이 사용되는 곳

• 앱이 한정된 시간, 특정한 케이스에만 다른 객체를 관찰해야 하는 경우
• 대상 객체의 상태가 변경될 때마다 다른 객체의 동작을 트리거할 경우
• 한 객체의 상태가 변경되면 다른 객체도 변경해야 할 때. 변경하면서 어떤 객체가 변경되어야 하는지 몰라도 될 때

옵저버패턴의 장점

• Subject의 상태 변경을 주기적으로 조회하지 않고, 정보 변경 시, 자동으로 감지 가능
• 발행자의 코드를 변경하지 않고, 새 구독자를 등록할 수 있어 개방 폐쇠 원직(OCP)를 준수
• 런타임에서 발행자와 구독 알림 관계를 맺을 수 있음
• 정보를 변경하는 객체(Subject)와 변경을 감지하는 객체(Observer)의 관계를 느슨하게 유지할 수 있음(느슨한 결합)

옵저버패턴의 단점

• 구독자는 알림 순서를 제어 불가능. 무작위의 순서로 알림을 받음 (구현가능 하지만, 추천 x)
• 옵저버 패턴 남발시, 구조와 동작을 알아보기 힘듦 -> 코드 복잡도 증가
• 다수의 옵저버 객체를 등록 이후, 해지하지 않는다면 메모리 누수 발생

사용된 디자인 원칙

느슨한 결합 (Loose Coupling)

상호작용하는 객체 사이에는 가능하면 느슨한 결합을 사용해야 합니다.

옵저버 패턴에는 Subject 객체가 정보를 등록된 Observer에게 push 해주는 방식과 필요한 정보를 Observer 객체가 가져오는 pull 방식 으로 나뉩니다.

예제 - push 방식

우선 기상 정보를 Observer들에게 뿌려주는 상황을 가정해 봅시다.

정보를 전달하는 WeatherData 라는 클래스가 있습니다. 이 클래스는 정보가 변경될 때 마다 각 디스플레이에 정보를 전달합니다.

각 디스플레이는 Display와 Observer의 역할을 둘다 하게 됩니다. 즉, 정보를 전달받는 Observer 인터페이스와 화면을 표시하는 Display인터페이스를 동시에 상속받게 됩니다.

처음 구현할 방식은 push 방식 입니다.

Subject에서 정보가 바뀌면, 등록된 Observer 객체에게 연락을 싹 다 돌리는 방식 입니다.

우선, Observer 객체와 DisplayElements, Subject를 정의할 interface를 만들도록 합니다.

🗅 interface Observer

public interface Observer {  
  
    //옵저버들이 가질 update 메소드  
    //온도, 습도, 기압 정보를 update   
     public void update(float _temp, float _humidity, float _pressure);
}

🗅 interface DisplayElements

public interface DisplayElement {  
  
    //표시장치에 있는 display 함수  
    public void display();  
}

🗅 interface Subject

public interface Subject {  
  
    //옵저버 등록  
    public void registerObserver(Observer _observer);  
  
    //옵저버 제거  
    public void removeObserver(Observer _observer);  
  
    //옵저버에게 정보가 변경됨을 알리기  
    public void notifyObservers();  
}

각 Observser, Subject 구현

이제 인터페이스를 만들었으니, 해당 인터페이스를 상속받아 구현할 구상 클래스를 만듭니다.

다음과 같이 구성을 해봅니다.

• Subject : WeatherData
• Observer : ForecastDisplay, CurrentConditionsDisplay

Subject 클래스 구현

먼저, Subject 클래스부터 구현을 합니다.

Subject 클래스에는 옵저버를 등록/해지 할 수 있는 함수와, 옵저버에게 연락을 돌리는 함수로 구성되어 있습니다.

🗅 class WeatherData

public class WeatherData implements Subject{  
  
    private List<Observer> observerList;  
    private float temperature;  
    private float humidity;  
    private float pressure;  
  
    public WeatherData(){  
        observerList = new ArrayList<Observer>();  
    }  
  
  
    @Override  
    public void registerObserver(Observer _observer) {  
        observerList.add(_observer);  
    }  
  
    @Override  
    public void removeObserver(Observer _observer) {  
        observerList.remove(_observer);  
    }  
  
    @Override  
    public void notifyObservers() {  
        for(Observer observer : observerList){  
            observer.update(temperature,humidity,pressure);  
        }  
    }  
  
    public void measurementsChanged(){  
        notifyObservers();  
    }  
  
    public void setMeasurements(float _temperature, float _humidity, float _pressure){  
        this.temperature = _temperature;  
        this.humidity = _humidity;  
        this.pressure = _pressure;  
        measurementsChanged();  
    }

Observer 클래스 구현

Observer 클래스는 Observer, DisplayElements를 상속받아 옵저버의 역할과 Display 의 역할을 수행 합니다.

그리고 Subject 클래스인 WeatherData를 생성시에 주입받아 옵저버로 등록 합니다.

그리고, Observer 인터페이스에서 정의한 update 메서드를 재정의하여, Subject 클래스에서 받고싶은 정보들을 멤버 변수에 대입해 줍니다.

🗅 class ForecastDisplay

public class ForecastDisplay implements Observer,DisplayElement{  
  
    private float currentPressure = 29.9f;  
    private float lastPressure;  
    private WeatherData weatherData;  
  
    public ForecastDisplay(WeatherData _weatherData){  
        this.weatherData = _weatherData;  
        weatherData.registerObserver(this);  
    }  
  
    @Override  
    public void display() {  
        System.out.print("Forecast: ");  
        if (currentPressure > lastPressure) {  
            System.out.println("날씨가 좋아지고 있습니다");  
        } else if (currentPressure == lastPressure) {  
            System.out.println("날씨가 지속되고 있습니다");  
        } else if (currentPressure < lastPressure) {  
            System.out.println("추워지고 비가올 수 있음을 대비하세요");  
        }  
    }  
  
    @Override  
    public void update(float _temp, float _humidity, float _pressure) {  
        lastPressure = currentPressure;  
        currentPressure = _pressure;  
        display();  
    }  
}

🗅 class CurrentConditionsDisplay

public class CurrentConditionsDisplay implements Observer, DisplayElement{  
  
    private float temperature;  
    private float humidity;  
    private WeatherData weatherData;  
  
    public CurrentConditionsDisplay(WeatherData _weatherData){  
        this.weatherData = _weatherData;  
        weatherData.registerObserver(this);  
    }  
  
    @Override  
    public void update(float _temperature, float _humidity, float _pressure) {  
        this.temperature = _temperature;  
        this.humidity = _humidity;  
        display();  
    }  
    @Override  
    public void display() {  
        System.out.println("현재 상태 : 온도: "+temperature+"F, 습도: "+humidity+"%");  
    }  
  
}

위와 같이 하면, Subject 클래스에서 구현한 notifyObservers가 호출될 때, 각 Observer들에게 정보가 전달이 됩니다.

Main 함수에서 실행

이제 각 Subject와 Observer들을 구현했으니, Main 함수에서 실행해 봅니다.

🗅 class Main

public class Main {  
    public static void main(String[] args) {  
        WeatherData weatherData = new WeatherData();  
  
        CurrentConditionsDisplay currentConditionsDisplay = new CurrentConditionsDisplay(weatherData);   
        ForecastDisplay forecastDisplay = new ForecastDisplay(weatherData);  

  
        weatherData.setMeasurements(80f,65f,30.45f);  
    }  
}

다음과 같이 각Observers를 등록하고 난 후, Subject클래스의 setMeasurements 함수가 호출되고, 출력값이 정상적으로 나오는것을 확인할 수 있습니다.

방금 구현한 방식은 객체를 등록하면 모든 객체에게 정보를 push해주는 방식입니다. 즉, 정보를 뿌리는 주체는 Subject클래스 인거죠.

하지만, 다음과 같은 요구사항이 생길 수 있습니다. “나는 내가 필요한 정보만을 가져가고 싶어”

해당 요구사항을 만족시키기 위해 사용할 수 있는 방식이 pull방식 입니다.

예제 - push 방식

pull방식은 데이터가 바뀌면 옵저버의update() 함수를 호출해서 옵저버에 새로운 데이터를 보냅니다.

이제 구현해 볼것은 데이터가 바뀌었다는 알림을 옵저버가 받았을 때, Subject에 있는 게터 메소드를 호출해서 필요한 값을 당겨오도록 만듭니다.

기존 클래스에서 수정

우선, Subject 클래스인 WeatherData를 바꿔 줍니다. push방식에서는 update 함수의 인자로 데이터들을 넘겨줬지만, pull방식에서는 단순히 update 함수만 호출을 해줍니다.

물론, override method 가 바뀜에 따라 기본 정의인 interface 에서도 update 함수의 정의를 바꿔줘야 합니다. 🗅 class WeatherData

@Override  
public void notifyObservers() {  
    for(Observer observer : observerList){  
        observer.update();  
    }  
}

🗅 interface Observer

public interface Observer {  
  
    //옵저버들이 가질 update 메소드  
    //온도, 습도, 기압 정보를 update    
    public void update();
}

그다음, 각 옵저버의 update 메서드가 호출될 때, Subject의 getter 를 활용하여 정보를 가져 오도록 바꿉니다.

🗅 class CurrentConditionsDisplay

@Override  
public void update() {  
    this.temperature = weatherData.getTemperature();  
    this.humidity = weatherData.getHumidity();  
    display();  
}

이렇게 바꾸면 pull 방식으로 구현이 완료가 됩니다.

Main 함수 실행

🗅 class Main

public class Main {  
    public static void main(String[] args) {  
        WeatherData weatherData = new WeatherData();  
  
        ForecastDisplay currentConditionsDisplay = new ForecastDisplay(weatherData); 
  
        weatherData.setMeasurements(80f,65f,30.45f);  
    }  
}

정상적으로 정보를 가져오는것을 확인할 수 있습니다.

push방식과 다르게 원하는 데이터만을 가져오는 것을 확인할 수 있습니다.

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