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프로토타입 패턴(Prototype Pattern)

프로토타입 패턴은 객체의 생성 메커니즘을 다루는 생성 패턴(Creational Pattern) 이다.

프로토타입 은 '프로그램 등의 미완성 버전 또는 중요한 기능들이 포함되어 있는 초기모델'을 의미한다.

프로토타입 패턴(prototype pattern)은 소프트웨어 디자인 패턴 용어로, 생성할 객체들의 타입이 프로토타입인 인스턴스로부터 결정되도록 하며, 인스턴스는 새 객체를 만들기 위해 자신을 복제(clone)하게 된다. wiki

풀어서 말하면 다음과 같다. 프로토타입 패턴은 새로운 객체를 만들 때 비용이 많이 든다면, 처음부터 객체를 생성하는 것이 아니라 원본 객체를 복사 하여 수정하는 것이다.
복사해서 사용할 수 있는 비슷한 객체가 존재할 때 해당 객체를 프로토타입 으로 사용하는 것이다.

UML Diagram

1920px-Prototype_Pattern_ZP svg


UML Diagram의 각 요소는 다음과 같다.
  • Prototype - 복제하려는 인터페이스를 정의하며, clone 메서드를 선언하는 추상 클래스를 만든다.
  • Concrete Prototype - 복제하는 연산을 구현한다.
  • Client - 복제를 요청하여 새로운 객체를 생성한다.

얕은 복사와 깊은 복사

디자인 패턴은 실질적인 구현 방법에 대한 명시가 아니기에, 프로토타입의 복사 방식은 개발자의 선택이다.

프로그래밍 언어에서 요소를 복사할 때에는 일반적으로 깊은 복사와 얕은 복사가 있다.

깊은 복사(Deep Copy)는 실제 값 을 새로운 메모리 공간에 복사하는 것을 의미하고, 얕은 복사(Shallow Copy)는 단순히 '주소값'을 복사하여 같은 값을 참조하는 방식이다. 얕은 복사를 할 경우 복사한 객체를 수정하면 원본 객체의 값도 함께 수정된다.

Prototype Pattern을 구현할 때 원본 객체의 수정을 막으려면 깊은 복사를 사용해야한다. Java의 경우 clone() 메서드를 활용한다. clone() 메서드 자체는 배열을 제외하고는 기본적으로 얕은 복사를 수행한다. 하지만 clonable 인터페이스*를 implement하여 clone() 메서드를 오버라이딩 하면 깊은 복사를 사용할 수 있다.

* clonable interface는 상속받은 클래스가 복제해도 되는 클래스임을 명시하기위한 믹스인 인터페이스(다른 클래스에서 사용할 목적으로 만들어진 클래스)이다.


프로토타입 패턴을 사용하면 좋은 상황

  1. 취급하는 오브젝트의 종류가 너무 많아 각각을 별도의 클래스로 만들어 다수의 소스 파일을 작성해야 하는 경우
  2. 클래스로부터 생성하고 싶은 인스턴스가 복잡한 작업을 거쳐 만들기가 매우 어려운 경우
  3. 프레임워크를 특정 클래스에 의존하지 않고 만들고 싶은 경우. 클래스 이름을 지정하여 인스턴스를 만드는 것이 아니라, 이미 모형이 되는 인스턴스를 등록해 두고, 그 인스턴스를 복사하여 생성한다.

프로토타입 패턴 예시

/** Prototype Class **/
public class Cookie implements Cloneable {
   public Object clone() {
      try {
         Cookie copy = (Cookie)super.clone();
         return copy;
      }
      catch(CloneNotSupportedException e) {
         e.printStackTrace();
         return null;
      }
   }
}
/** Concrete Prototypes to clone **/
public class CoconutCookie extends Cookie {
  ...
}
/** Client Class**/
public class CookieMachine {
   private Cookie cookie; //could have been a private Cloneable cookie;
   public CookieMachine(Cookie cookie) {
      this.cookie = cookie;
   }
   public Cookie makeCookie() {
      return (Cookie)cookie.clone();
   }
   public Object clone() { }

   public static void main(String args[]) {
      Cookie tempCookie =  null;
      Cookie prot = new CoconutCookie();
      CookieMachine cm = new CookieMachine(prot);
      for (int i=0; i<100; i++)
         tempCookie = cm.makeCookie();
   }
}

정리하면 다수의 객체를 new 키워드로 생성하는 것은 중복된 자원소모가 발생하여 비효율적이다. 이때 프로토타입 패턴 을 이용하여 객체를 깊은 복사하여 사용하면, 구현 클래스에 직접 연결하지 않고 객체를 복사할 수 있고, 중복되는 초기화 코드를 제거할 수 있다. 결과적으로는 복잡한 오브젝트를 보다 편리하게 만들수 있습니다. 단, 순환 참조가 있는 복잡한 객체를 복제하는 것은 까다로울 수 있다.


Reference

📄 https://yeah.tistory.com/17
📄 https://ko.wikipedia.org/wiki/프로토타입
📄 https://ko.wikipedia.org/wiki/프로토타입_패턴
📄 https://velog.io/@newtownboy/디자인패턴-프로토타입패턴Prototype-Pattern
📄 https://www.geeksforgeeks.org/prototype-design-pattern/
📄 https://m.blog.naver.com/scw0531/221465259625