[CS BASIC] 소프트웨어 아키텍처 디자인 패턴(Software Architecture Design Pattern)

소프트웨어의 아키텍처(Architecture)란?

• 외부에서 인식할 수 있는 특성이 담긴 소프트웨어의 골격이 되는 기본 구조로 볼수 있다.
• 데이터 중심 아키텍처는 공유 데이터저장소를 통해 접근자 간의 통신이 이루어지므로 각 접근자의 수정과 확장이 용이하다.
• 이해 관계자들의 품질 요구사항을 반영하여 품질 속성을 결정한다.

 

소프트웨어 아키텍처 패턴의 장점

• 개발 시간의 단축
• 고품질 소프트웨어
• 안정적 개발 가능
• 개발 단계 관계자 간 의사소통이 간편함
• 시스템 구조 이해도가 높아 유지보수에 유리함

 

시스템 아키텍처의 종류

계층화 패턴 (Layered pattern) | OSI 참조 모델 등

• 모듈들로 응집된 계층 단위로 SW를 구성. 계층간에 사용 가능의 관계로 표현
• n-티어 아키텍처 패턴이라고도 불림.
• 구조화된 프로그램에서 사용 가능하며 하위 모듈들을 그룹으로 나눌 수 있는 프로그램에서 적용 가능.
• 각 하위 모듈들은 일정 수준 이상의 추상화를 필요로하며, 각 계층은 다음 상위 계층에 서비스를 제공하는 형태로 설계됨.
• 일반적인 일반적인 정보 시스템에서 공통적으로 사용되는 아키텍처.

 

계층화(레이어) 패턴의 4가지 구성요소

계층 구분설명

프레젠테이션 계층 (Presentation layer)	UI 계층 (UI layer) 이라고도 함
애플리케이션 계층 (Application layer)	서비스 계층 (Service layer) 이라고도 함
비즈니스 논리 계층 (Business logic layer)	도메인 계층 (Domain layer) 이라고도 함
데이터 접근 계층 (Data access layer)	영속 계층 (Persistence layer) 이라고도 함

 

❓ 활용 사례

• 일반적인 데스크톱 애플리케이션
• E-commerce 웹 애플리케이션
• OSI 참조 모델 등

 

 

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클라이언트-서버 패턴 (Client-server pattern)

• 하나의 서버 컴포넌트와 다수의 클라이언트 컴포넌트로 구성되는 패턴
• 컴포넌트가 다른 컴포넌트에게 서비스를 요청. 데이터가 여러 컴포넌트를 거치며 처리.
• 서버 컴포넌트는 다수의 클라이언트 컴포넌트로 서비스를 제공.
• 클라이언트가 서버에 서비스를 요청하면 서버는 클라이언트에게 적절한 서비스를 제공
• 서버는 계속 클라이언트로부터의 요청을 대기하는 형태.

 

❓ 활용 사례

• 이메일, 문서 공유 및 은행 등의 온라인 애플리케이션

 

 

 

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마스터-슬레이브 패턴 (Master-slave pattern)

• 마스터 컴포넌트는 동등한 구조를 지닌 슬레이브 컴포넌트들로 작업을 분산하고, 슬레이브가 반환한 결과값으로부터 최종 결과값을 계산하는 아키텍처.
• 일반적으로 실시간 시스템에서 사용된다.
• 마스터 프로세스는 일반적으로 연산, 통신, 조정을 책임진다.
• 마스터 프로세스는 슬레이브 프로세스들을 제어할 수 있다.
• 네임노드(마스터)는 데이터 노드(슬레이브)에 대한 메타 데이터를 가지고 있다.
• 슬레이브는 마스터의 작업 요청을 처리하고, 처리된 결과를 되돌려준다.
• 마스터는 슬레이브가 반환한 결과값으로부터 최종 결과값을 계산한다.

 

❓ 활용 사례

• 데이터 베이스(Redis 등)
• 컴퓨터 시스템에서 버스와 연결된 주변장치 (마스터 드라이버와 슬레이브 드라이버)

 

 

 

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 파이프-필터 패턴 (Pipe-filter pattern)

• 데이터 스트림 절차의 각 단계를 필터 컴포넌트로 캡슐화하여 파이프를 통해 데이터를 전송하는 패턴
• 파이프를 통해 받은 데이터를 변경시키고 그 결과를 파이프로 전송
• 서브시스템이 입력 데이터를 받아 처리하고 결과를 다른 시스템에 보내는 작업이 반복되는 아키텍처 스타일
• 파이프 필터 아키텍처에서 데이터는 파이프를 통해 양방향으로 흐르며, 필터 이동 시 오버헤드가 발생.
• 이 패턴은 데이터 스트림을 생성하고 처리하는 시스템에서 사용 가능
• 각 처리 과정은 필터 (filter) 컴포넌트에서 이루어지며, 처리되는 데이터는 파이프 (pipes)를 통해 흐름
• 파이프는 버퍼링 또는 동기화 목적으로 사용 가능

 

❓ 활용 사례

• 컴파일러 → 연속한 필터들의 어휘 분석, 파싱, 의미 분석 그리고 코드 생성을 수행할 때
• 생물정보학에서의 워크플로우
• UNIX의 쉘(Shell)

 

 

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브로커 패턴 (Broker pattern)

• 분리된 컴포넌트들로 이루어진 분산 시스템에서 사용함.
• 이 컴포넌트들은 원격 서비스 실행을 통해 서로 상호 작용.
• 브로커 (broker) 컴포넌트는 컴포넌트 (components) 간의 통신을 조정.
• 서버는 자신의 기능들(서비스 및 특성)을 브로커에 넘겨주며(publish), 클라이언트가 브로커에 서비스를 요청하면 브로커는 클라이언트를 자신의 레지스트리에 있는 적합한 서비스로 리디렉션.

 

❓ 활용 사례

• Apache ActiveMQ, Apache Kafka, RabbitMQ 및 JBoss Messaging와 같은 메시지 브로커 소프트웨어

 

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피어 투 피어 패턴 (Peer-to-peer pattern)

• 각 컴포넌트를 피어 (peers)라고 칭한다.
• 피어는 클라이언트로서 피어에게 서비스를 요청할 수도 있고, 서버로서 각 피어에게 서비스를 제공할 수도 있다.
• 피어는 클라이언트 또는 서버 혹은 둘 모두로서 동작할 수 있으며, 시간이 지남에 따라 역할이 유동적으로 바뀔 수 있다.

 

❓ 활용 사례

• Gnutella나 G2와 같은 파일 공유 네트워크
• P2PTV나 PDTP와 같은 멀티미디어 프로토콜
• Spotify와 같은 독점적 멀티미디어 애플리케이션

 

 

 

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이벤트-버스 패턴 (Event-bus pattern)

• 이벤트를 처리하며 이벤트 소스 (event source), 이벤트 리스너 (event listener), 채널 (channel) 그리고 이벤트 버스 (event bus)의 4가지 주요 컴포넌트들을 가짐
• 소스는 이벤트 버스를 통해 특정 채널로 메시지를 발행하며 (publish), 리스너는 특정 채널에서 메시지를 구독함 (subscribe).
• 리스너는 이전에 구독한 채널에 발행된 메시지에 대해 알림을 받는 형태.

 

❓ 활용 사례

• 안드로이드 개발
• 알림 서비스

 

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MVC 패턴 (Model-view-controller pattern)

• 대화형 애플리케이션 (interactive application)을 세 부분으로 나눔.

1. 모델 (model) — 핵심 기능과 데이터를 포함.
2. 뷰 (view) — 사용자에게 정보를 표시 (하나 이상 OK)
3. 컨트롤러 (controller) — 사용자로부터의 입력을 처리.

• 정보가 사용자에게 제공되는 방식과 사용자로부터 받아 들여지는 방식에서 정보의 내부적인 표현을 분리하기 위해 나눔.
• 컴포넌트를 분리하며 코드의 효율적인 재사용을 가능하게 함.

 

❓ 활용 사례

• 일반적인 웹 애플리케이션 설계 아키텍쳐
• Django나 Rails, Spring과 같은 웹 프레임 워크

 

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블랙보드 패턴 (Blackboard- pattern)

• 결정 가능한 해결 전략이 알려지지 않은 문제에 유용.
• 세 가지 주요 컴포넌트로 구성.

블랙보드 (blackboard) — 솔루션의 객체를 포함하는 구조화된 전역 메모리
지식 소스 (knowledge source) — 자체 표현을 가진 특수 모듈
제어 컴포넌트 (control component) — 모듈 선택, 설정 및 실행을 담당.

• 모든 컴포넌트는 블랙보드에 접근함.
• 컴포넌트는 블랙보드에 추가되는 새로운 데이터 객체를 생성할 수 있음. - 컴포넌트는 블랙보드에서 특정 종류의 데이터를 찾으며, 기존의 지식 소스와의 패턴 매칭으로 데이터를 찾음.

 

❓ 활용 사례

• 음성 인식
• 차량 식별 및 추적
• 단백질 구조 식별
• 수중 음파 탐지기 신호 해석

 

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인터프리터 패턴 (Interpreter pattern)

• 특정 언어로 작성된 프로그램을 해석하는 컴포넌트를 설계할 때 사용.
• 이는 주로 특정 언어로 작성된 문장 혹은 표현식이라고 하는 프로그램의 각 라인을 수행하는 방법을 지정함.
• 기본 아이디어는 언어의 각 기호에 대해 클래스를 만드는 것.

 

❓ 활용 사례

• SQL과 같은 데이터베이스 쿼리 언어
• 통신 프로토콜을 정의하기 위한 언어

 

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