2025년 6월 21일 작성
결합도 - Module 간 상호 의존성
결합도는 module 간의 상호 의존성을 나타내는 지표로, 가능한 낮은 결합도를 유지하는 것이 좋습니다.
결합도 : 모듈 간 독립성을 결정하는 핵심 지표
- 결합도(Coupling)는 module 간의 상호 의존성을 나타내는 정도로, software 구조에서 module 간 관련성을 측정하는 척도입니다.
- module 내부가 아닌 외부 module과의 연관도를 평가하여 system의 독립성과 유연성을 판단합니다.
- Java에서 결합도가 높은 class는 다른 class와 연관된 정도가 높아서, 해당 class를 변경하면 연관된 class도 변경해야 하며 재사용이 어려워집니다.
결합도의 기본 특징
- module 연관성 최소화를 통해 각 module이 독립적으로 동작할 수 있도록 설계합니다.
- module 간 불필요한 의존 관계를 제거합니다.
- 각 module이 자체적으로 완결된 기능을 제공하도록 구성합니다.
- interface 의존성 관리로 module 간 상호작용을 명확한 경계로 제한합니다.
- 잘 정의된 interface를 통해서만 module 간 통신이 이루어집니다.
- 내부 구현 세부 사항은 외부에 노출되지 않습니다.
- 복잡성 감소를 통해 system의 이해와 관리가 용이해집니다.
- module 간 관계가 단순하고 명확해집니다.
- 전체 system의 구조를 파악하기 쉬워집니다.
- 파급 효과 최소화로 한 module의 변경이 다른 module에 미치는 영향을 제한합니다.
- 변경 사항의 범위를 예측하고 통제할 수 있습니다.
결합도의 유형과 품질 순서
- 결합도는 6가지 유형으로 분류되며, 품질 순서는 다음과 같습니다.
- 내용 > 공통 > 외부 > 제어 > stamp > 자료 순으로 결합도가 강해집니다.
- 결합도는 낮을수록 좋으며, 자료 결합도가 가장 이상적인 형태입니다.
자료 결합도 (Data Coupling)
- module 간 interface로 전달되는 parameter를 통해서만 상호작용이 일어나는 가장 낮은 결합도입니다.
- module 간 interface가 단순 자료 요소로만 구성됩니다.
- 주고받는 data는 순수한 자료형 요소로 logic 제어 기능이 없습니다.
- module을 변경하더라도 다른 module에는 영향을 미치지 않는 이상적인 결합 상태입니다.
- 가장 낮은 결합도를 가지며 가장 좋은 형태입니다.
public class Calculator {
public void performCalculation() {
int result = makeSquare(5); // 단순 data 전달
System.out.println("Result: " + result);
}
public int makeSquare(int x) {
return x * x; // 순수한 자료 처리
}
}
public class MathUtils {
public static double calculateCircleArea(double radius) {
return Math.PI * radius * radius; // 단순 parameter 사용
}
public static int findMaximum(int a, int b) {
return a > b ? a : b; // 기본 자료형만 사용
}
}
Stamp 결합도 (Stamp Coupling)
- module 간 interface로 배열이나 객체, 구조 등이 전달되는 결합도입니다.
- 두 module이 동일한 자료 구조를 참조하는 형태입니다.
- 자료 구조 형태에 변경이 생기면 이를 참조하는 module에 영향을 끼칩니다.
- Java에서 class의 field가 변경되는 경우, 이를 참조하는 module에게도 변경이 필요할 수 있습니다.
public class Person {
private String name;
private String email;
private int age;
public Person(String name, String email, int age) {
this.name = name;
this.email = email;
this.age = age;
}
// getter methods
public String getName() { return name; }
public String getEmail() { return email; }
public int getAge() { return age; }
}
public class EmailService {
public void sendWelcomeEmail(Person person) {
// Person 객체 전체를 받아서 필요한 정보만 사용
String message = "Welcome " + person.getName() + "!";
sendEmail(person.getEmail(), message);
}
private void sendEmail(String email, String message) {
// email 발송 logic
System.out.println("Sending to " + email + ": " + message);
}
}
public class PersonProcessor {
public void processPersonData() {
Person person = new Person("최시민", "abc@abc.com", 30);
EmailService emailService = new EmailService();
emailService.sendWelcomeEmail(person); // 구조체 전달
AgeValidator validator = new AgeValidator();
validator.validateAge(person); // 동일한 구조체 재사용
}
}
제어 결합도 (Control Coupling)
- 다른 module의 내부 논리 조직을 제어하기 위한 목적으로 제어 신호를 이용하여 통신하는 결합도입니다.
- parameter로 전달되는 값에 따라 module 내부 logic의 처리가 달라지는 flag 값 등으로 결합됩니다.
- 하위 module에서 상위 module로 제어 신호가 이동하여 권리 전도 현상이 발생할 수 있습니다.
public class ChargeCalculator {
public void calculateAndPrintCharge(boolean isMember, boolean isPremium) {
printCharge(isMember, isPremium); // 제어 flag 전달
}
public void printCharge(boolean isMember, boolean isPremium) {
if (isMember && isPremium) {
printPremiumMemberCharge();
} else if (isMember) {
printMemberCharge();
} else {
printNormalCharge();
}
}
private void printPremiumMemberCharge() {
System.out.println("Premium Member Charge: $50");
}
private void printMemberCharge() {
System.out.println("Member Charge: $80");
}
private void printNormalCharge() {
System.out.println("Normal Charge: $100");
}
}
public class ReportGenerator {
public void generateReport(String reportType, boolean includeDetails) {
switch (reportType) { // 제어 parameter에 따른 분기
case "SALES":
generateSalesReport(includeDetails);
break;
case "INVENTORY":
generateInventoryReport(includeDetails);
break;
case "FINANCIAL":
generateFinancialReport(includeDetails);
break;
}
}
private void generateSalesReport(boolean includeDetails) {
// 판매 보고서 생성 logic
}
private void generateInventoryReport(boolean includeDetails) {
// 재고 보고서 생성 logic
}
private void generateFinancialReport(boolean includeDetails) {
// 재무 보고서 생성 logic
}
}
외부 결합도 (External Coupling)
- module이 외부에 있는 다른 module의 data를 참조하는 경우의 결합도입니다.
- 어떤 module에서 반환한 값을 다른 module에서 참조하는 경우입니다.
- 외부 변수로 선언된 data를 참조하거나 외부 통신 protocol을 공유할 때 발생합니다.
- 공통 결합과 다른 점은 참조하는 data가 외부에 위치한다는 점입니다.
// 외부 API나 외부 system과의 결합
public class DatabaseConfig {
public static final String DB_URL = "jdbc:mysql://localhost:3306/mydb";
public static final String DB_USER = "user";
public static final String DB_PASSWORD = "password";
}
public class UserService {
private DatabaseConnection connection;
public UserService() {
// 외부 설정에 의존
this.connection = new DatabaseConnection(
DatabaseConfig.DB_URL,
DatabaseConfig.DB_USER,
DatabaseConfig.DB_PASSWORD
);
}
public User findUser(int userId) {
// 외부 database protocol에 의존
return connection.executeQuery("SELECT * FROM users WHERE id = " + userId);
}
}
public class EmailNotificationService {
// 외부 email service에 의존
private ExternalEmailAPI emailAPI = new ExternalEmailAPI();
public void sendNotification(String recipient, String message) {
// 외부 API의 interface에 결합
emailAPI.sendEmail(recipient, "Notification", message);
}
}
public class ConfigurationManager {
// 외부 설정 file에 의존
public String getProperty(String key) {
return System.getProperty(key); // JVM system property에 결합
}
public String getEnvironmentVariable(String name) {
return System.getenv(name); // 환경 변수에 결합
}
}
공통 결합도 (Common Coupling)
- parameter가 아닌 module 밖에 선언된 전역 변수를 참조하고 갱신하는 식으로 상호작용하는 결합도입니다.
- 여러 module이 하나의 공통 data 영역을 사용하는 경우입니다.
- 공통 data 영역의 내용을 변경하면 이를 참조하는 모든 module에 영향을 줍니다.
public class GlobalState {
// 전역 변수들 - 여러 class에서 공유
public static int userCount = 0;
public static String currentUser = "";
public static boolean isSystemReady = false;
public static List<String> errorMessages = new ArrayList<>();
}
public class UserManager {
public void addUser(String username) {
// 전역 변수 직접 수정
GlobalState.userCount++;
GlobalState.currentUser = username;
if (!GlobalState.isSystemReady) {
GlobalState.errorMessages.add("System not ready for user: " + username);
}
}
public void removeUser() {
// 전역 변수 직접 수정
GlobalState.userCount--;
GlobalState.currentUser = "";
}
}
public class SystemMonitor {
public void checkSystemStatus() {
// 전역 변수 직접 참조
System.out.println("Current users: " + GlobalState.userCount);
System.out.println("Current user: " + GlobalState.currentUser);
if (!GlobalState.errorMessages.isEmpty()) {
System.out.println("Errors: " + GlobalState.errorMessages);
GlobalState.errorMessages.clear(); // 전역 상태 수정
}
}
}
public class LoginService {
public boolean authenticateUser(String username, String password) {
// 인증 logic
boolean isValid = validateCredentials(username, password);
if (isValid) {
// 전역 변수 직접 수정
GlobalState.currentUser = username;
GlobalState.isSystemReady = true;
}
return isValid;
}
private boolean validateCredentials(String username, String password) {
// 자격 증명 검증 logic
return true; // 예시용 간단 구현
}
}
내용 결합도 (Content Coupling)
- 다른 module 내부에 있는 변수나 기능을 다른 module에서 직접 사용하는 가장 높은 결합도입니다.
- 다른 module의 local data에 접근하거나 사용하고자 하는 module의 내용(code)을 알고 있어야 합니다.
- module에 변경이 발생하면 이를 참조하는 module의 변경이 반드시 필요하게 됩니다.
- 가장 높은 결합도를 가지며 가장 좋지 않은 결합 형태로 반드시 피해야 합니다.
public class DatabaseManager {
private String connectionString = "localhost:3306";
private boolean isConnected = false;
private void establishConnection() {
// 내부 연결 logic
this.isConnected = true;
System.out.println("Connected to: " + connectionString);
}
public void executeQuery(String query) {
if (!isConnected) {
establishConnection();
}
System.out.println("Executing: " + query);
}
}
public class ReportService {
private DatabaseManager dbManager;
public ReportService(DatabaseManager dbManager) {
this.dbManager = dbManager;
}
public void generateReport() {
try {
// DatabaseManager의 private field에 직접 접근 (리플렉션 사용)
Field connectionField = DatabaseManager.class.getDeclaredField("connectionString");
connectionField.setAccessible(true);
String connection = (String) connectionField.get(dbManager);
// DatabaseManager의 private method에 직접 접근
Method establishMethod = DatabaseManager.class.getDeclaredMethod("establishConnection");
establishMethod.setAccessible(true);
establishMethod.invoke(dbManager);
System.out.println("Report generated using connection: " + connection);
} catch (Exception e) {
System.err.println("Error accessing DatabaseManager internals: " + e.getMessage());
}
}
}
// 상속을 통한 내용 결합도 예시
public class ExtendedDatabaseManager extends DatabaseManager {
public void forceConnection() {
// 부모 class의 private member에 직접 접근하려 시도
// 이는 내용 결합도를 만드는 anti-pattern
super.executeQuery("SELECT 1"); // 우회적 접근
}
}
결합도를 낮추는 설계 원칙
- 결합도를 낮추기 위해 다양한 설계 원칙과 pattern을 적용할 수 있습니다.
Dependency Injection Pattern 활용
- 의존성을 외부에서 주입받아 module 간 직접적인 의존 관계를 제거합니다.
- interface를 통해 추상화된 의존성을 주입받습니다.
- 구체적인 구현체가 아닌 추상화에 의존하도록 설계합니다.
public interface EmailService {
void sendEmail(String recipient, String subject, String body);
}
public class GmailService implements EmailService {
public void sendEmail(String recipient, String subject, String body) {
// Gmail API를 사용한 구현
}
}
public class NotificationManager {
private final EmailService emailService;
// 의존성 주입을 통한 낮은 결합도
public NotificationManager(EmailService emailService) {
this.emailService = emailService;
}
public void sendWelcomeNotification(String userEmail) {
emailService.sendEmail(userEmail, "Welcome!", "Welcome to our service!");
}
}
Interface 기반 설계
- 추상화된 interface를 통해 module 간 통신하여 구현 세부 사항에 대한 의존성을 제거합니다.
- 구현체 변경 시에도 interface를 사용하는 client code는 수정되지 않습니다.
Event-Driven Architecture
- event를 통한 비동기 통신으로 module 간 직접적인 호출 관계를 제거합니다.
- publisher와 subscriber 간의 느슨한 결합을 구현합니다.
- message queue나 event bus를 활용합니다.
Factory Pattern 적용
- 객체 생성 책임을 별도 module로 분리하여 client code가 구체적인 class에 의존하지 않도록 합니다.
- 객체 생성 logic의 변경이 client code에 영향을 주지 않습니다.
결합도 측정하고 개선하기
- 결합도를 정량적으로 측정하고 개선하기 위한 방법론이 존재합니다.
결합도 측정 지표
- Afferent Coupling(Ca)과 Efferent Coupling(Ce) metric을 활용하여 정량적으로 측정합니다.
- Ca는 해당 package에 의존하는 외부 package의 수를 나타냅니다.
- Ce는 해당 package가 의존하는 외부 package의 수를 나타냅니다.
- Instability Metric(
I = Ce / (Ca + Ce))으로 package의 안정성을 평가합니다.
결합도 개선 전략
- Extract Interface refactoring을 통해 구체적인 class 대신 interface에 의존하도록 변경합니다.
- Move Method refactoring으로 잘못 배치된 method를 적절한 class로 이동시킵니다.
- Replace Inheritance with Delegation을 통해 강한 결합을 약한 결합으로 변경합니다.
- Introduce Parameter Object로 여러 parameter를 하나의 객체로 묶어 interface를 단순화합니다.