10 Common Software Architectural Patterns in a nutshell을 번역한 글입니다.

대형 엔터프라이즈 규모의 시스템들은 어떻게 설계되었는지에 대해 궁금해 한 적이 있나요? 우리는 주요 소프트웨어를 개발하기 전에 원하는 기능과 품질을 제공해줄 수 있는 적절한 아키텍쳐를 선택해야합니다. 따라서, 우리는 설계 단계에서 특정 아키텍쳐를 적용하기 전에, 몇 가지 다양한 아키텍쳐들에 대해 이해할 필요가 있습니다.

아키텍쳐 패턴이란?

위키피디아에 따르면,

아키텍쳐 패턴이란 주어진 상황에서의 소프트웨어 아키텍쳐에서 일반적으로 발생하는 문제점들에 대한 일반화되고 재사용 가능한 솔루션이다. 아키텍쳐 패턴은 소프트웨어 디자인 패턴과 유사하지만 더 큰 범주에 속한다.

이 글에서는, 다음의 10가지 일반적인 소프트웨어 아키텍쳐 패턴들의 활용 사례와 장단점들을 간단하게 설명할 것이다.

1. 계층화 패턴 (Layered pattern)
2. 클라이언트-서버 패턴 (Client-server pattern)
3. 마스터-슬레이브 패턴 (Master-slave pattern)
4. 파이프-필터 패턴 (Pipe-filter pattern)
5. 브로커 패턴 (Broker pattern)
6. 피어 투 피어 패턴 (Peer-to-peer pattern)
7. 이벤트-버스 패턴 (Event-bus pattern)
8. MVC 패턴 (Model-view-controller pattern)
9. 블랙보드 패턴 (Blackboard- pattern)
10. 인터프리터 패턴 (Interpreter pattern)

1. 계층화 패턴 (Layered pattern)

이 패턴은 n-티어 아키텍쳐 패턴이라고도 불린다. 이는 하위 모듈들의 그룹으로 나눌 수 있는 구조화된 프로그램에서 사용할 수 있다. 각 하위 모듈들은 특정한 수준의 추상화를 제공한다. 각 계층은 다음 상위 계층에 서비스를 제공한다.

일반적인 정보 시스템에서 공통적으로 볼 수 있는 계층 4가지는 다음과 같다.

• 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

• 일반적인 데스크톱 애플리케이션
• E-commerce 웹 애플리케이션

2. 클라이언트-서버 패턴 (Client-server pattern)

이 패턴은 하나의 서버와 다수의 클라이언트, 두 부분으로 구성된다. 서버 컴포넌트는 다수의 클라이언트 컴포넌트로 서비스를 제공한다. 클라이언트가 서버에 서비스를 요청하면 서버는 클라이언트에게 적절한 서비스를 제공한다. 또한 서버는 계속 클라이언트로부터의 요청을 대기한다.

활용

• 이메일, 문서 공유 및 은행 등의 온라인 애플리케이션

3. 마스터-슬레이브 패턴 (Master-slave pattern)

이 패턴은 마스터와 슬레이브, 두 부분으로 구성된다. 마스터 컴포넌트는 동등한 구조를 지닌 슬레이브 컴포넌트들로 작업을 분산하고, 슬레이브가 반환한 결과값으로부터 최종 결과값을 계산한다.

활용

• 데이터베이스 복제에서, 마스터 데이터베이스는 신뢰할 수 있는 데이터 소스로 간주되며 슬레이브 데이터베이스는 마스터 데이터베이스와 동기화된다.
• 컴퓨터 시스템에서 버스와 연결된 주변장치 (마스터 드라이버와 슬레이브 드라이버)

4. 파이프-필터 패턴 (Pipe-filter pattern)

이 패턴은 데이터 스트림을 생성하고 처리하는 시스템에서 사용할 수 있다. 각 처리 과정은 필터 (filter) 컴포넌트에서 이루어지며, 처리되는 데이터는 **파이프 (pipes)**를 통해 흐른다. 이 파이프는 버퍼링 또는 동기화 목적으로 사용될 수 있다.

활용

• 컴파일러. 연속한 필터들은 어휘 분석, 파싱, 의미 분석 그리고 코드 생성을 수행한다.
• 생물정보학에서의 워크플로우

5. 브로커 패턴 (Broker pattern)

이 패턴은 분리된 컴포넌트들로 이루어진 분산 시스템에서 사용된다. 이 컴포넌트들은 원격 서비스 실행을 통해 서로 상호 작용을 할 수 있다. 브로커 (broker) 컴포넌트는 컴포넌트 (components) 간의 통신을 조정하는 역할을 한다.

서버는 자신의 기능들(서비스 및 특성)을 브로커에 넘겨주며(publish), 클라이언트가 브로커에 서비스를 요청하면 브로커는 클라이언트를 자신의 레지스트리에 있는 적합한 서비스로 리디렉션한다.

활용

• Apache ActiveMQ, Apache Kafka, RabbitMQ 및 **JBoss Messaging**와 같은 메시지 브로커 소프트웨어

6. 피어 투 피어 패턴 (Peer-to-peer pattern)

이 패턴에서는, 각 컴포넌트를 **피어 (peers)**라고 부른다. 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

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

7. 이벤트-버스 패턴 (Event-bus pattern)

이 패턴은 주로 이벤트를 처리하며 이벤트 소스 (event source), 이벤트 리스너 (event listener), 채널 (channel) 그리고 **이벤트 버스 (event bus)**의 4가지 주요 컴포넌트들을 갖는다. 소스는 이벤트 버스를 통해 특정 채널로 메시지를 발행하며 (publish), 리스너는 특정 채널에서 메시지를 구독한다 (subscribe). 리스너는 이전에 구독한 채널에 발행된 메시지에 대해 알림을 받는다.

활용

• 안드로이드 개발
• 알림 서비스

8. 모델-뷰-컨트롤러 패턴 (Model-view-controller pattern)

MVC 패턴이라고도 하는 이 패턴은 대화형 애플리케이션 (interactive application)을 다음의 3 부분으로 나눈다.

1. 모델 (model) — 핵심 기능과 데이터를 포함한다
2. 뷰 (view) — 사용자에게 정보를 표시한다 (하나 이상의 뷰가 정의될 수 있음)
3. 컨트롤러 (controller) — 사용자로부터의 입력을 처리한다

이는 정보가 사용자에게 제공되는 방식과 사용자로부터 받아 들여지는 방식에서 정보의 내부적인 표현을 분리하기 위해 나뉘어진다. 이는 컴포넌트를 분리하며 코드의 효율적인 재사용을 가능케한다.

활용

• 일반적인 웹 애플리케이션 설계 아키텍쳐
• **Django**나 **Rails**와 같은 웹 프레임워크

9. 블랙보드 패턴 (Blackboard pattern)

이 패턴은 결정 가능한 해결 전략이 알려지지 않은 문제에 유용하다. 이 패턴은 3가지 주요 컴포넌트로 구성된다.

• 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 담당한다

모든 컴포넌트는 블랙보드에 접근한다. 컴포넌트는 블랙보드에 추가되는 새로운 데이터 객체를 생성할 수 있다. 컴포넌트는 블랙보드에서 특정 종류의 데이터를 찾으며, 기존의 지식 소스와의 패턴 매칭으로 데이터를 찾는다.

활용

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

10. 인터프리터 패턴 (Interpreter pattern)

이 패턴은 특정 언어로 작성된 프로그램을 해석하는 컴포넌트를 설계할 때 사용된다. 이는 주로 특정 언어로 작성된 문장 혹은 표현식이라고 하는 프로그램의 각 라인을 수행하는 방법을 지정한다. 기본 아이디어는 언어의 각 기호에 대해 클래스를 만드는 것이다.

활용

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

아키텍쳐 패턴 비교

다음은 각 아키텍쳐 패턴의 장단점을 요약한 테이블이다.