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소프트웨어 테스팅 및 검증 — Week 6: 디자인 패턴 & 행위 모델 (시퀀스 다이어그램)

과목명: 소프트웨어 테스팅 및 검증
담당교수: 이우진 (경북대학교 IT대학 컴퓨터학부, SW Testing 연구실)
강의자료: 2026_SWTesting6DesignPattern_BehavioralModel

Part A. 디자인 패턴 (Design Patterns)​

1. 디자인 패턴 개요​

1.1 정의와 필요성​

디자인 패턴은 객체지향 소프트웨어 개발을 위한 검증된 아키텍처로, 업계 경험으로부터 축적되었다.

효과:

  • 설계 프로세스의 복잡성 감소
  • 미래 시스템에서의 설계 재사용 촉진
  • 일반적인 설계 실수와 함정 식별
  • 구현 언어와 무관한 설계 가능
  • 공통 설계 "어휘" 확립
  • 소프트웨어 개발 과정의 설계 단계 단축

1.2 역사와 분류​

Gamma, Helm, Johnson, Vlissides ("Gang of Four")가 1995년 23가지 디자인 패턴을 확립하였다.

분류목적Scope: ClassScope: Object
Creational객체 생성Factory MethodAbstract Factory, Builder, Prototype, Singleton
Structural클래스·객체 조직Adapter(Class)Adapter(Object), Bridge, Composite, Decorator, Façade, Flyweight, Proxy
Behavioral객체에 책임 할당Interpreter, Template MethodChain of Responsibility, Command, Iterator, Mediator, Memento, Observer, State, Strategy, Visitor

2. 상속의 설계적 활용​

2.1 인터페이스 관점의 상속 — 내부 은폐​

클라이언트에게 Parent 클래스만 보이게 하여 내부의 복잡한 상황을 숨긴다. 서브시스템 간 커뮤니케이션에 많이 활용된다.

Client → Parent Class ← Child A, Child B (Client는 Parent만 인지)

2.2 상속을 통한 재귀적 구조 정의​

디렉토리-파일 구조의 예:

  1. 디렉토리는 파일의 일종이다 (IS-A)
  2. 디렉토리는 파일들을 포함한다 (HAS)
  3. 디렉토리는 서브디렉토리를 포함한다 (재귀)

→ File ← Directory (상속) + Directory --0..*--> File (집합) 으로 단순화

클라이언트에게는 모두 File 클래스로만 인지되며, 내부의 재귀적 정의는 숨겨진다.

3. Creational 패턴​

3.1 Singleton​

항목내용
의도클래스의 인스턴스가 하나만 존재하도록 보장하고, 전역 접근점 제공
구현생성자를 protected로 선언, static self 포인터 유지, static instance() 함수로 단일 인스턴스 생성·반환
결과단일 인스턴스 보장, 접근 제어, 전역 변수 오염 방지, 서브클래싱 가능
Client ----> Singleton
             - self : Singleton (static)
             + instance() : Singleton (static)
             + doOperation()

instance() 호출 시: self가 NULL이면 새로 생성, 아니면 기존 인스턴스 반환

3.2 Prototype​

항목내용
의도프로토타입 인스턴스를 사용하여 생성할 객체의 종류를 지정하고, **복제(clone)**하여 새 객체 생성
적용생성할 클래스가 런타임에 결정될 때, 팩토리 계층 구조를 피하고 싶을 때, 상태 조합이 제한적일 때
결과구체 제품 클래스 은닉, 런타임 제품 추가·제거, 값·구조 변경으로 새 객체 정의, 서브클래싱 감소

4. Structural 패턴​

4.1 Façade​

항목내용
의도서브시스템의 인터페이스 집합에 통합된 상위 인터페이스 제공
동기서브시스템 간 의존성과 통신 최소화, 단순화된 단일 인터페이스 제공
적용 예프로그래밍 환경의 컴파일러 서브시스템, 가상 메모리 프레임워크

4.2 Adapter​

항목내용
의도클래스의 인터페이스를 클라이언트가 기대하는 다른 인터페이스로 변환
동기호환되지 않는 인터페이스를 가진 기존 클래스(예: TextView)를 새 애플리케이션(예: Shape 기반)에서 사용
구현Object Adapter — 객체 합성(composition)을 통해 adaptee에 위임

4.3 Composite​

항목내용
의도객체를 트리 구조로 구성하여 부분-전체 계층을 표현, 개별 객체와 합성 객체를 동일하게 취급
동기그래픽 에디터에서 기본 요소(Text, Line)와 컨테이너(Group)를 동일하게 처리
구조Component(공통 인터페이스) ← Leaf, Composite(자식 Component 포함)

5. Behavioral 패턴​

5.1 Template Method​

항목내용
의도알고리즘의 골격을 정의하고, 일부 단계를 서브클래스에서 재정의하도록 함. 알고리즘 구조는 변경하지 않음
적용알고리즘의 불변 부분을 한 번 구현하고 가변 동작은 서브클래스에 위임, 공통 동작을 공통 클래스에 집중, hook 오퍼레이션으로 확장 지점 제어

5.2 Observer​

항목내용
의도객체 그룹 간 관계를 정의하여, 하나가 갱신되면 다른 모든 객체에 자동 통지
적용그룹 내 한 객체의 변경이 다른 객체의 변경을 요구할 때, 객체 수가 가변적일 때, 느슨한 결합이 필요할 때
결과Subject는 관찰 그룹에 대한 제한적 지식만 보유, 객체 추가·제거 용이, 갱신 통지 자동 브로드캐스트. 단, 갱신 비용이 예상보다 클 수 있음

Java GUI 적용 예: JButton에 ActionListener를 등록하면, 버튼 클릭 이벤트 발생 시 등록된 모든 리스너에 자동 통지된다. 모든 JComponent는 EventListenerList를 통해 등록된 리스너 참조를 유지한다.

Part B. 행위 모델 — 시퀀스 다이어그램 (Sequence Diagram)​

6. 시퀀스 다이어그램 기본 구성요소​

요소설명
Actor시스템 외부의 사용자/시스템
ObjectobjectName:ClassName 형태로 표기
Lifeline객체 아래로 내려가는 점선 — 객체의 존재 기간
Focus of Control (Activation Box)Lifeline 위의 얇은 사각형 — 해당 객체가 활성화된 기간
Message객체 간 화살표 — 메서드 호출
Object DestructionLifeline 끝의 X 표시

7. 시퀀스 다이어그램 표기법​

7.1 기본 메시지​

  • Call message (동기): 실선 채워진 화살표 ──▶
  • Return message: 점선 화살표 ──▷ (반환값 표현)
  • Self message: 자기 자신에게 보내는 메시지 (예: clear())
  • Asynchronous message (비동기): 실선 열린 화살표

7.2 객체 생성과 소멸​

  • Object Creation: create() 메시지로 새 객체의 Lifeline 시작점에 화살표
  • Object Destruction: delete() 메시지 후 Lifeline 끝에 X 표시

7.3 메시지 종류 (Message Kind)​

종류설명
Asynchronous비동기 메시지 — 응답을 기다리지 않음
Call동기 메시지 — 응답을 기다림
Reply반환 메시지
Lost발신은 있으나 수신자를 모르거나 도달하지 않음
Found수신은 있으나 발신자를 모름

8. UML 2.0 결합 프래그먼트 (Combined Fragments)​

프래그먼트의미
alt조건 분기 (alternatives) — if-else
opt선택적 실행 (option) — if
loop반복
par병렬 실행
critical임계 영역
assert단정 (assertion)
neg유효하지 않은 추적 (negative/invalid trace)

8.1 Interaction Use​

참조된 Interaction의 내용을 복사하는 약식 표기이다. 반복적으로 사용되는 시퀀스를 별도로 정의하고 재사용할 수 있다.

8.2 Timing Constraints​

메시지의 시간 제약을 표기하여, 메시지 전송·수신 간의 시간 조건을 명시한다.

9. 시퀀스 다이어그램 작성 시 주의사항 (Pitfalls)​

9.1 표기법 정확성​

  • Object 표기: objectName:ClassName (밑줄 포함)
  • 메시지 유형별 화살표 구분 (동기/비동기/반환)
  • Lifeline과 Activation Box의 정확한 사용

9.2 메시지 요청 방향​

메시지 요청(Request)과 응답(Reply)의 방향을 정확히 구분해야 한다.

9.3 일반적인 실수​

  • Actor와 Object의 혼동
  • 메시지 번호 매기기의 불일치
  • 객체 생성·소멸 시점의 부정확한 표현
  • Activation Box 없이 메시지만 표기

핵심 키워드 정리​

디자인 패턴 GoF Creational Structural Behavioral Singleton Prototype Façade Adapter Composite Template Method Observer 시퀀스 다이어그램 Lifeline Activation Box Combined Fragment alt opt loop Interaction Use 동적 바인딩