2025년 6월 17일 작성

Template Method Pattern - Algorithm의 골격 정의하기

Template Method Pattern은 algorithm의 골격을 정의하고, 일부 단계를 subclass에서 재정의할 수 있도록 합니다.

Template Method Pattern : Algorithm의 구조 유지하며 단계 재정의하기

  • Template Method Pattern은 algorithm의 골격(skeleton)을 정의하고, 일부 단계의 구현을 subclass에 맡깁니다.
    • algorithm의 구조는 그대로 유지하면서 특정 단계만 재정의할 수 있습니다.
    • 공통 logic은 superclass에 두고, 변하는 부분만 subclass에서 구현합니다.
  • template method는 일련의 단계로 algorithm을 정의한 method입니다.
    • 여러 단계 중 일부는 abstract method로 정의됩니다.
    • abstract method는 subclass에서 반드시 구현해야 합니다.
    • algorithm의 골격은 template method가 유지하므로 구조가 변하지 않습니다.

Template Method Pattern의 장점

  • code 재사용성이 뛰어납니다.
    • 공통 algorithm을 superclass에 정의하여 중복을 제거합니다.
    • subclass는 변하는 부분만 구현하면 됩니다.
  • algorithm의 구조가 보장됩니다.
    • template method를 final로 선언하면 subclass에서 algorithm 구조를 변경할 수 없습니다.
    • 전체 흐름은 동일하게 유지되고, 세부 구현만 달라집니다.
  • framework 구축에 적합합니다.
    • framework에서 algorithm의 흐름을 제어하고, 사용자는 세부 구현만 제공합니다.
    • Hollywood Principle을 따라, framework가 사용자의 code를 호출하는 구조입니다.
      • Hollywood Principle : “Don’t call us, we’ll call you”.

Template Method Pattern의 단점

  • 상속 기반이므로 유연성이 떨어집니다.
    • subclass는 superclass의 template method에 종속됩니다.
    • runtime에 algorithm을 교체하기 어렵습니다.
  • algorithm 단계가 많아지면 관리가 복잡해집니다.
    • abstract method와 hook이 많아지면 subclass 구현 부담이 증가합니다.

Template Method Pattern의 구성 요소

  • Template Method Pattern은 abstract class와 concrete class로 구성됩니다.
    • abstract class는 template method와 primitive operation을 정의합니다.
    • concrete class는 primitive operation을 구현합니다.

Abstract Class에 정의되는 Method 종류

  • template method : algorithm의 골격을 정의하며, primitive operation들을 호출합니다.
    • 보통 final로 선언하여 subclass에서 override할 수 없게 합니다.
  • abstract method (primitive operation) : subclass에서 반드시 구현해야 하는 algorithm 단계입니다.
    • algorithm의 핵심적인 변하는 부분을 정의합니다.
  • concrete method : superclass에서 기본 구현을 제공하는 공통 단계입니다.
    • 모든 subclass에서 동일하게 동작하는 부분입니다.
  • hook method : 선택적으로 override할 수 있는 method입니다.
    • 기본 구현이 비어있거나 기본 동작을 제공합니다.
    • subclass에서 필요한 경우에만 override합니다.

Hook Method 활용

  • hook은 algorithm의 특정 부분을 선택적으로 적용할 때 사용합니다.
    • subclass에서 algorithm의 특정 단계를 건너뛰거나 추가 동작을 수행할 수 있습니다.
    • abstract method와 달리 반드시 구현할 필요가 없습니다.
public abstract class CaffeineBeverage {

    final void prepareRecipe() {
        boilWater();
        brew();
        pourInCup();
        if (customerWantsCondiments()) {  // hook 사용
            addCondiments();
        }
    }

    abstract void brew();
    abstract void addCondiments();

    void boilWater() {
        System.out.println("물 끓이는 중");
    }

    void pourInCup() {
        System.out.println("잔에 따르는 중");
    }

    // hook method : 기본값은 true
    boolean customerWantsCondiments() {
        return true;
    }
}

Class Diagram

  • Template Method Pattern의 구조는 abstract class와 이를 상속하는 concrete class로 구성됩니다.
classDiagram

class AbstractClass {
    +templateMethod()
    #primitiveOperation1()*
    #primitiveOperation2()*
    +hook()
}

class ConcreteClassA {
    +primitiveOperation1()
    +primitiveOperation2()
}

class ConcreteClassB {
    +primitiveOperation1()
    +primitiveOperation2()
    +hook()
}

AbstractClass <|-- ConcreteClassA
AbstractClass <|-- ConcreteClassB

note for AbstractClass "template method에서<br>algorithm의 골격을 정의합니다.<br>primitive operation은<br>subclass에서 구현합니다."
note for ConcreteClassA "primitive operation을<br>구현합니다."
note for ConcreteClassB "hook을 override하여<br>선택적 동작을<br>변경할 수 있습니다."

Strategy Pattern과의 비교

  • Template Method Pattern과 Strategy Pattern은 모두 algorithm을 캡슐화하지만 방식이 다릅니다.
구분 Template Method Pattern Strategy Pattern
구현 방식 상속 (inheritance) 합성 (composition)
algorithm 교체 compile time에 결정 runtime에 교체 가능
code 재사용 superclass에서 공통 code 공유 algorithm별 독립적 구현
유연성 상대적으로 낮음 상대적으로 높음
적합한 상황 algorithm 골격이 고정되고 일부만 다를 때 algorithm 전체가 다양하게 교체될 때
  • algorithm 대부분이 동일하고 일부 단계만 다르다면 Template Method Pattern이 효율적입니다.
  • algorithm 전체가 다양하게 변경되어야 한다면 Strategy Pattern이 적합합니다.

Example : Caffeine 음료 제조

  • Coffee와 Tea는 제조 과정이 유사하지만 세부 단계가 다릅니다.
    • 공통 단계 : 물 끓이기, 잔에 따르기.
    • 다른 단계 : 우려내기 방식, 첨가물.
  • Coffee 제조법 : 물 끓이기 → coffee 우려내기 → 잔에 따르기 → 설탕과 우유 추가.
  • Tea 제조법 : 물 끓이기 → tea 우려내기 → 잔에 따르기 → lemon 추가.

Class Diagram

  • CaffeineBeverage가 template method를 정의하고, Coffee와 Tea가 primitive operation을 구현합니다.
classDiagram

class CaffeineBeverage {
    +prepareRecipe()
    +boilWater()
    +pourInCup()
    #brew()*
    #addCondiments()*
}

class Coffee {
    +brew()
    +addCondiments()
}

class Tea {
    +brew()
    +addCondiments()
}

CaffeineBeverage <|-- Coffee
CaffeineBeverage <|-- Tea

Template Method 적용 전

  • template method 적용 전에는 Coffee와 Tea가 각각 독립적으로 구현되어 있습니다.
    • 중복 code가 존재하고, algorithm 변경 시 두 class를 모두 수정해야 합니다.
public class Coffee {

    void prepareRecipe() {
        boilWater();
        brewCoffeeGrinds();
        pourInCup();
        addSugarAndMilk();
    }

    public void boilWater() {
        System.out.println("Boiling water");
    }

    public void brewCoffeeGrinds() {
        System.out.println("Dripping Coffee through filter");
    }

    public void pourInCup() {
        System.out.println("Pouring into cup");
    }

    public void addSugarAndMilk() {
        System.out.println("Adding Sugar and Milk");
    }
}

public class Tea {

    void prepareRecipe() {
        boilWater();
        steepTeaBag();
        pourInCup();
        addLemon();
    }

    public void boilWater() {
        System.out.println("Boiling water");
    }

    public void steepTeaBag() {
        System.out.println("Steeping the tea");
    }

    public void addLemon() {
        System.out.println("Adding Lemon");
    }

    public void pourInCup() {
        System.out.println("Pouring into cup");
    }
}

Template Method 적용 후

  • abstract class : algorithm의 골격을 정의합니다.
public abstract class CaffeineBeverage {

    final void prepareRecipe() {
        boilWater();
        brew();
        pourInCup();
        addCondiments();
    }

    abstract void brew();

    abstract void addCondiments();

    void boilWater() {
        System.out.println("Boiling water");
    }

    void pourInCup() {
        System.out.println("Pouring into cup");
    }
}
  • concrete class : primitive operation을 구현합니다.
public class Coffee extends CaffeineBeverage {

    public void brew() {
        System.out.println("Dripping Coffee through filter");
    }

    public void addCondiments() {
        System.out.println("Adding Sugar and Milk");
    }
}

public class Tea extends CaffeineBeverage {

    public void brew() {
        System.out.println("Steeping the tea");
    }

    public void addCondiments() {
        System.out.println("Adding Lemon");
    }
}

Hook을 활용한 Template Method

  • hook method를 사용하여 첨가물 추가 여부를 선택적으로 결정할 수 있습니다.
public abstract class CaffeineBeverageWithHook {

    final void prepareRecipe() {
        boilWater();
        brew();
        pourInCup();
        if (customerWantsCondiments()) {
            addCondiments();
        }
    }

    abstract void brew();

    abstract void addCondiments();

    void boilWater() {
        System.out.println("Boiling water");
    }

    void pourInCup() {
        System.out.println("Pouring into cup");
    }

    boolean customerWantsCondiments() {
        return true;
    }
}

public class CoffeeWithHook extends CaffeineBeverageWithHook {

    public void brew() {
        System.out.println("Dripping Coffee through filter");
    }

    public void addCondiments() {
        System.out.println("Adding Sugar and Milk");
    }

    public boolean customerWantsCondiments() {
        String answer = getUserInput();

        if (answer.toLowerCase().startsWith("y")) {
            return true;
        } else {
            return false;
        }
    }

    private String getUserInput() {
        String answer = null;

        System.out.print("Would you like milk and sugar with your coffee (y/n)? ");

        BufferedReader in = new BufferedReader(new InputStreamReader(System.in));
        try {
            answer = in.readLine();
        } catch (IOException ioe) {
            System.err.println("IO error trying to read your answer");
        }
        if (answer == null) {
            return "no";
        }
        return answer;
    }
}

public class TeaWithHook extends CaffeineBeverageWithHook {

    public void brew() {
        System.out.println("Steeping the tea");
    }

    public void addCondiments() {
        System.out.println("Adding Lemon");
    }

    public boolean customerWantsCondiments() {
        String answer = getUserInput();

        if (answer.toLowerCase().startsWith("y")) {
            return true;
        } else {
            return false;
        }
    }

    private String getUserInput() {
        String answer = null;

        System.out.print("Would you like lemon with your tea (y/n)? ");

        BufferedReader in = new BufferedReader(new InputStreamReader(System.in));
        try {
            answer = in.readLine();
        } catch (IOException ioe) {
            System.err.println("IO error trying to read your answer");
        }
        if (answer == null) {
            return "no";
        }
        return answer;
    }
}

Client Code

  • template method를 호출하여 음료를 제조합니다.
public class BeverageTestDrive {

    public static void main(String[] args) {
        Tea tea = new Tea();
        Coffee coffee = new Coffee();

        System.out.println("\nMaking tea...");
        tea.prepareRecipe();

        System.out.println("\nMaking coffee...");
        coffee.prepareRecipe();

        TeaWithHook teaHook = new TeaWithHook();
        CoffeeWithHook coffeeHook = new CoffeeWithHook();

        System.out.println("\nMaking tea...");
        teaHook.prepareRecipe();

        System.out.println("\nMaking coffee...");
        coffeeHook.prepareRecipe();
    }
}

Java API 활용 사례

  • Template Method Pattern은 Java API 여러 곳에서 활용됩니다.

Arrays.sort()와 Comparable

  • Arrays.sort()는 정렬 algorithm의 골격을 제공하고, 비교 logic은 Comparable interface에 위임합니다.
public class Duck implements Comparable<Duck> {
    String name;
    int weight;

    public Duck(String name, int weight) {
        this.name = name;
        this.weight = weight;
    }

    @Override
    public int compareTo(Duck other) {
        return Integer.compare(this.weight, other.weight);
    }
}

Duck[] ducks = {
    new Duck("Daffy", 8),
    new Duck("Dewey", 2),
    new Duck("Howard", 7)
};

Arrays.sort(ducks);  // weight 기준 정렬

InputStream.read()

  • InputStream의 read(byte[] b, int off, int len)은 template method 역할을 합니다.
    • 내부적으로 abstract method인 read()를 호출합니다.
    • subclass는 read()만 구현하면 됩니다.

Reference

목차