Observer Pattern

안녕하세요 Noah입니다 :)

오늘은 Gang of Four 소프트웨어 디자인 패턴 중 행위 패턴에 속하는

Observer Pattern 에 대해서 알아보도록 하겠습니다.

iOS에서 Observer Pattern은

Foundation framework의 NotificationCenter, KVO(Key Value Observing), Property Observer, Combine framework의 Publisher, Subscriber 등에서 쓰이는데요,

Combine framework의 Publisher(Observable), Subscriber(Observer)과 Notification Center는 Observer Pattern과 비슷하지만 약간의 차이를 가진 Pub/Sub Pattern을 사용합니다.

이러한 여러 기술들의 기본 구현 철학이 되는 소프트웨어 디자인 패턴인 Observer Pattern에 대해 알아봅시다!!

Observer Pattern

Observer를 그대로 직역하면 감시자 라고 할 수 있겠네요!

이름에서부터 느낌이 오지만 지켜보는 것과 관련 있는 디자인 패턴입니다.

Observer Pattern의 컨셉을 간단하게 GIF로 나타내면 다음과 같은데요

하나 이상의 Observer(감시자) 들이 한 곳, 하나의 Subject를 바라보고 있다가 그곳에서 어떠한 event가 발생하면 Subject를 바라보던 Observer 들이 그에 따른 반응을 하는 패턴입니다.

그림과 같이 Observer Pattern은 Observer 들이 한 곳 하나의 Subject를 바라보고 있는데요,

다시 말해 하나의 Observer 혹은 다수의 Observer들은 하나의 Subject의 event, 상태 변화에 귀 기울이고 있습니다.

이를 통해 Observer Pattern은 one to many 즉, 1 대 다의 의존 관계를 갖는 것을 알 수 있습니다.

우리가 만약 Observer Pattern을 사용하지 않고 Subject의 상태 변화, event를 탐지, 알아차리기 위해서는 일정한 간격의 시간 즉, Time interval을 두고 Subject의 상태를 계속해서 체크해야 할 텐데요,

이러한 방식을 컴퓨터 과학에서는 “Polling”이라고 합니다.

물론 모든 상황에 Polling과 Observer Pattern 중 Observer Pattern만 적용할 수는 없지만,

주기적으로 Subject의 상태를 계속 체크해야 하는 Polling 방식보다 Subject의 상태변화 혹은 event가 있을 때만 Observer에게 알리는 Observer Pattern이 훨씬 효율적일 것입니다.

계속해서 Subject의 상태를 체크해야 하는 경우 Polling은 리소스 낭비로 이어질 수 있겠습니다.

자, 이제 Observer Pattern의 구조를 파헤쳐봅시다.

Observer Pattern의 구조

Observer Pattern의 UML은 위와 같이 생겼습니다.

먼저 Observer 부분부터 보겠습니다.

Observer Protocol(Interface)

먼저 event, 알림을 감지할 Observer Protocol(Interface)을 만들어줍니다.

Observer Protocol은

메소드로 Subject의 event, 알림을 감지했을 때

Observer가 해야 할 일을 담을 update 메소드를 가지고 있습니다.

그러면 이제 이 Protocol을 채택 및 준수하여 각 Observer에서 해야 할 일을

정의한 실제 Observer를 정의해줄 수 있습니다.

다음과 같이 말이죠

ConcreteObserverA, ConcreteObserverB 는

각각 자신이 event, 알림을 감지해야 할 일을 정의한 update() 메소드를 가지고 있기 때문에

Subject의 event, 알림을 감지했을 때는 각 Observer에 맞는 update()메소드가 실행될 것입니다.

여기까지 Swift Code로 작성해보면 다음과 같습니다.

편의상 별도의 동등 비교 연산을 추가하지 않고 === 연산자를 이용해 같은 instance를 가리키는지(point)에 대한 여부로 객체를 비교하기 위해 class로 구현하도록 하겠습니다.

Observer

protocol Observer: AnyObject {
	func update()
}

class ConcreteObserverA: Observer {
	func update() {
		print("ConcreteObserverA: Subject의 state가 변경되었습니다.")
	}
}

class ConcreteObserverB: Observer {
	func update() {
		print("ConcreteObserverB: Subject의 state가 변경되었습니다.")
	}
}

자, 이제 Observer의 관찰의 대상이 되는 Subject를 봐야 하는데요,

Subject

Observer와 Subject의 화살표의 모양을 보면

Subject와 Observer의 관계는 has 관계입니다.

다시 말해, Subject가 Observer를 소유하고 있습니다.

이를 쉽게 그림으로 표현하면 다음과 같습니다.

Subject가 observerCollection에 Observer를 소유하고 있습니다.

이를 더 이해하기 쉽게 참조 관계를 보면 다음과 같습니다.

“Subject가 Observer를 소유한다”라는 개념까지 Swift Code로 작성해보면 다음과 같습니다.

class Subject {
    var observerCollection: [Observer] = []
}

이제 UML을 다시 보겠습니다.

Subject는 3개의 동작(메소드)을 가지고 있습니다.

registerObserver(observer)
unregisterObserver(observer)
notifyObservers()

3개의 메소드의 이름이 되게 직관적이기 때문에 각각의 동작을 유추해볼 수 있는데요,
(~~이래서 함수명, 메소드 명을 잘 지어야 하나 봅니다..~~)

`registerObserver(observer)`

Subject의 observerCollection에 여러 Observer 들을 소유할 수 있게 Observer를 등록해주는 메소드입니다.

`unregisterObserver(observer)`

observerCollection에 있는 여러 Observer들 중 특정 Observer와 Subject간의 관계를 해제해주는 메소드입니다. ~~어떻게 보면 구독 취소와도 비슷한 것 같습니다.~~

`notifyObservers()`

Observer Pattern의 핵심입니다. 바로 Subject의 event를 알리는 메소드인데요,
Subject가 소유하고 있는 Observer 들의 update메소드를 호출해줍니다.

notifyObservers() 의 메소드 구현 부를 보면

상태변화, event 알림을 감지했을 때 각 Observer에서 해야 할 일을 수행할 수 있도록

observerCollection을 순회하면서

각각의 observer 들의 update() 메소드를 호출해주는 것을 알 수 있습니다.

여기까지 살펴본 Subject를 Swift Code로 작성해보면 다음과 같습니다.

Subject

struct Subject {
	var observerCollection = [Observer]()

	mutating func registerObserver(observer: Observer) {
		print("Subject: Observer가 등록되었습니다.")
		observerCollection.append(observer)
	}

	mutating func unregisterObserver(observer: Observer) {
		print("Subject: Observer가 해제되었습니다.")
		observerCollection = observerCollection.filter { $0 !== observer }
	}

	func notifyObservers() {
		print("Subject: Notifying observers...")
		for observer in observerCollection {
			observer.update()
		}
	}
}

Implement

이제 작성한 코드를 구현해 실제로 사용해보도록 하겠습니다.

자, 사용하기에 앞서 우리의 client는 몇 가지 기능을 원한다고 가정을 하고 코드를 사용해보도록 하겠습니다.

Subject는 state를 가지고 있다.
어떠한 Business Logic이 실행되면 state를 변화시키고, 이 변화에 대한 알림을 Observer 들에게 알린다.
각각의 Observer 들은 Subject의 알림에 반응한다.

위의 기능을 구현한 코드는 아래와 같습니다.

Implement Observer Pattern

protocol Observer: AnyObject {
	func update()
}

class ConcreteObserverA: Observer {
	func update() {
		print("ConcreteObserverA: Subject의 state가 변경되었습니다.")
	}
}

class ConcreteObserverB: Observer {
	func update() {
		print("ConcreteObserverB: Subject의 state가 변경되었습니다.")
	}
}

struct Subject {
	var state: Int = { return Int.random(in: 0...10) }()

	var observerCollection = [Observer]()

	mutating func registerObserver(observer: Observer) {
		print("Subject: Observer가 등록되었습니다.")
		observerCollection.append(observer)
	}

	mutating func unregisterObserver(observer: Observer) {
		print("Subject: Observer가 해제되었습니다.")
		observerCollection = observerCollection.filter { $0 !== observer }
	}

	func notifyObservers() {
		print("Subject: Notifying observers...")
		for observer in observerCollection {
			observer.update()
		}
	}

	mutating func someBusinessLogic() {
		print("Subject: I'm doing something important.")
		state = Int.random(in: 0...10)
		print("Subject: state가 변경되었습니다. : \(state)")
		notifyObservers()
	}
}

이제 작성된 코드를 이용해 class를 생성하고, observer를 등록하고,
해제하고 Business Logic을 실행토록 해보겠습니다.

var subject = Subject()

let observer1 = ConcreteObserverA()
let observer2 = ConcreteObserverB()

/// Observer 등록
subject.registerObserver(observer: observer1)
subject.registerObserver(observer: observer2)
/// Business Logic 실행
subject.someBusinessLogic()
/// Observer 등록 해제
subject.unregisterObserver(observer: observer2)
/// Business Logic 실행
subject.someBusinessLogic()

출력의 결과는 아래와 같습니다.

Subject: Observer가 등록되었습니다.
Subject: Observer가 등록되었습니다.

Subject: I'm doing something important.
Subject: state가 변경되었습니다. : 10
Subject: Notifying observers...

ConcreteObserverA: Subject의 state가 변경되었습니다.
ConcreteObserverB: Subject의 state가 변경되었습니다.

Subject: Observer가 해제되었습니다.

Subject: I'm doing something important.
Subject: state가 변경되었습니다. : 8
Subject: Notifying observers...

ConcreteObserverA: Subject의 state가 변경되었습니다.

등록, 해제에 따라 someBusinessLogic() 메소드가 실행되었을 때

호출되는 Observer의 update() 메소드가 다른 것을 보니, 잘 적용된 것을 확인할 수 있습니다.