Structural Patterns - Facade

Intent

한 서브시스템 내의 인터페이스 집합에 대한 획일화된 하나의 인터페이스를 제공하는 패턴으로, 서브시스템을 사용하기 쉽도록 상위 수준의 인터페이스를 정의한다.

Utility

복잡한 서브시스템에 대한 단순한 인터페이스 제공일 필요할 때
- Facade Pattern은 서브시스템에 대한 단순하면서도 기본적인 인터페이스를 제공함으로써 대부분의 개발자들에게 적합한 클래스 형태를 제공한다.
추상 개념에 대한 구현 클래스와 사용자 사이에 너무 많은 종속성이 존재할 때
- Facade의 사용을 통해 사용자와 다른 서브시스템 간의 결합도를 줄일 수 있다.
- 서브시스템에 정의된 모든 인터페이스가 공개되면 빈번한 메서드 호출이 있을수 있으나, 이런 호출은 단순화 형태로 통합하여 제공하고 나머지 부분은 내부적으로 처리함으로써 사용자와 서브시스템 사이의 호출횟수는 실질적으로 감소하게 되는 효과를 가진다.
서브시스템을 계층화시킬 때
- Facade Pattern을 사용하여 각 서브시스템의 계층에 대한 접근점을 제공한다.
- 서브시스템이 다른 서브시스템에 종속적이라 하더라고, 각자가 제공하는 Facade를 통해서만 대화를 진행하게 함으로써 서브시스템 간의 종속성을 줄일 수 있다.
- 서브시스템 내부 설계의 변경이 다른 서브시스템에 독립적으로 자유롭게 될 수 잇다.

Structure

Basic Structure

example

Structure Example

example

Elements

Facade
- Compiler에 해당
- 단순하고 일관된 통합 인터페이스를 제공
- 서브시스템을 구성하는 어떤 클래스가 어떤 요청을 처리해야 하는지에 대한 관리
- 사용자의 요청을 해당 서브시스템 객체에 전달
SubSystem Classes
- Scanner, Parser, ProgramNode등 에 해당
- 서브시스템의 기능을 구현하고, Facade 객체로 할당된 작업을 실제로 처리하지만 Facade에 대한 아무런 정보를 가지고 있지 않다. 즉, 이들에 대한 어떠한 참조자도 가지고 있지 않다.

Feature

서브시스템의 구성요소 보호

사용자가 다루어야 할 객체의 수가 줄어들며, 서브시스템을 쉽게 사용할 수 있도록 한다.

서브시스템과 사용자 코드 간의 결합도 약화

서브시스템내 정의된 요소들은 강하게 결합될 수 있다. 그러나 Facade로 인하여 사용자 코드와 서브시스템은 분리되어 있기 때문에 결합도를 약화시킨다.

서브시스템과 사용자 간의 결합이 약하게 되면, 서브시스템 내의 요소를 다양화하는 작업을 원활하게 할 수 있다.

응요읖로그램 쪽에서 서브시스템 클래스를 사용하는 것을 완전히 막지 않는다

사용자는 Facade를 사용하여 서브시스템에 접근할 것인지, 서브시스템 클래스를 직접 사용할 것인지 결정할 수 있다.

Implementation

Considerations point in implementaion

사용자와 서브시스템 간의 결합도 줄이기

사용자와 서브시스템 간의 의존성을 줄이는 방안으로는 크게 두가지가 있다.

Facade를 추상 클래스로 정의하고 서브시스템을 나타내기 위해 이를 상속하는 구체 서브클래스를 정의하여 다른 구현을 정의하도록 하는 것이다. 그러면, 사용자는 Facade만 사용하기 때문에, 어떤 서브시스템의 구현이 사용되고 있는지 알 필요가 없다.

서브클래싱을 하지 않고, 다른 서브시스템의 객체를 조합하여 Facade를 구성할 수도 있다. 또한 Facade를 수정하기 위해서는 하나 이상의 서브시스템 객체를 대체하면 된다.

서브시스템 클래스 중 공개할 것과 감출 것

서브시스템은 클래스와 유사하다. 둘 다 인터페이스를 가지고 있으며 무엇인가를 감춘다. 클래스는 상태와 연산을, 서브시스템은 클래스를 캡슐화 한다. 클래스의 인터페이스를 정의할 때 공개할지 말지를 고민하는 것처럼 서브시스템의 인터페이스도 공개할지 말지를 결정해야 한다.

서브시스템의 공개 인터페이스는 사용자가 직접 접근할 수 있는 클래스들이고, 비공개 클래스는 서브시스템 자체가 된다. Facade 클래스는 공개 인터페이스의 일부이다.

Implement Example

  
/**
* @brief SubSystem - CameraViewer
* @details 하위 시스템 구현
*/
class Window {
public:
  Window(const int width, const int height)
    : m_width(width), m_width(height) {}

  void setScreenBuffer(Buffer* buf) { m_buf = buf; }

  void showOneFrame() {

    ...

    m_buf->pop(m_img);

    ...

  }

  ...

private:

  ...
  
  const int m_width;
  const int m_height;
  Buffer* m_buf = nullptr;

  ...

};

/**
* @brief SubSystem - Camera
* @details 하위 시스템 구현
*/
class Camera {
public:
  Camera(Buffer* buf) : m_buf(buf) {}

  ...

  void getImage() const {

    ...

    m_buf->push(img);
  }

private:

  ...

  Buffer* m_buf = nullptr;
  Image img;
};

/**
* @brief SubSystem - Buffer
* @details 하위 시스템 구현
*/
class Buffer {
public:
  Buffer(const int size) : m_buf(std::queue<uint8_t*>(size, 0) {}

  void push(const Image& img) {
    if (m_maxSize > 0 && m_queue.size() > m_maxSize)
      return;

    m_queue.push(data);
  }

  void pop(Image& img) {
    if (m_buf.empty())
      return;

    img = m_queue.front();
    m_queue.pop();
  }

private:
  std::queue<Image> m_buf;
};

/**
* @brief Facade - CameraViewer
* @details SybSystem을 기반으로 통합 인터페이스를 구성
*/
class CameraViwer {
public:
  void initialize() {
    m_buf = new Buffer(MAX_BUF_SIZE);

    m_window = new Window(WIDTH, HEIGHT);
    m_window->setScreenBuffer(m_buf);

    m_cam = new Camera(m_buf);
  }

  void viewing() {
    while(g_run){
        ...

        m_cam()->getImage();

        m_window->showOneFrame()

        ...
    }
  }

  ...

private:
  ...

  Window* m_window = nullptr;
  Buffer* m_buf = nullptr;
  Camera* m_cam = nullptr;

  ...
};

...

  CameraViwer camView;

  camView.initialize();
  camView.viewing();

...

Abstract Factory Pattern은 서브시스템에 독립적인 방법으로, 서브시스템 객체를 생성하는 인터페이스를 제공하기 위해 Facade와 함께 사용할 수 있다. Abstract Factory는 Facade에 대한 대안으로서, 플렛폼에 종속적인 클래스를 감추는데 사용한다.

Mediator Pattern도 기존에 존재하는 클래스의 기능성을 추상화한다는 점에서 Facade Pattern과 유사하다. Mediator의 목적은 여러 객체들 사이의 협력 관계를 추상화하여 기능성의 집중화를 막는것 이다. Mediator Pattern에 참여하는 객체는 서로를 직접 알지 못하고 단지 중재자를 통해서만 상호작용이 된다. 이에 비해 Facade는 서브시스템 인터페이스 자체를 추상화하여 사용을 용이하게 사려는 목적을 가지고 있다. 즉, 새로운 기능성을 추가할 수도 없고, 이런 새로운 추가 기능에 대해서는 알 수도 없다.

Facade객체가 하나만 있어도 된다면, Singleton을 이용하여 구현한다.

참고. Design Patterns : Elements of Reusable Object-Oriented Software - Erich Gamma

Design Patterns - Facade