[Design Pattern] 옵저버(Observer) 패턴

옵저버(Observer) 패턴이란?

• 옵저버 패턴은 주제(Subject)와 관찰자(Observer)가 공통 인터페이스를 통해 서로 통신할 수 있도록 함으로써 작동한다.
• 주제는 관찰자 목록을 유지하고 관심 있는 이벤트나 데이터가 발생하면 인터페이스에서 메소드를 호출하여 각 관찰자에게 알린다.

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옵저버 패턴의 장점

유연성

• 옵저버의 주제(Subject)에 영향을 주지 않고 옵저버를 쉽게 추가하고 제거할 수 있도록 함으로써 시스템 설계에 유연성을 제공한다.

느슨한 결합

• 옵저버 패턴의 주제(Subject)와 관찰자(Observer)가 서로의 구현 세부 사항을 알 필요없이 공통 인터페이스를 통해 통신하여 개체간의 느슨한 결합을 촉진한다.
• 따라서, 코드의 다른 부분에 영향을 주지 않고 시스템을 수정하거나 확장하는데 용이하다.

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옵저버 패턴의 단점

성능

• 변경 사항이 있을 때 주제(Subject)가 각 관찰자(Observer)에게 변경 사항을 알려야 함으로 시스템 속도가 느려질 수 있다.
• 관찰자가 많은 시스템이라면 특히 문제가 될 수 있다.

동기화 및 스레드 안전성

• 멀티 스레드 시스템에서는 관찰자(Observer)가 순서가 맞지 않거나 일관성 없는 상태로 알림을 받을 수 있기 때문에 시스템에서 예기지 않은 동작이나 오류가 발생할 수 있다.
• 관찰자(Observer)는 스레드로부터 안전하지 않을 수 있기 때문에 경쟁 조건(Race Condition)이나 동시성(Concurrency) 문제가 발생할 수 있다.

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구현 예제

다음은 게임의 파티 시스템을 예로 들어 설명한 옵저버 패턴의 구현 예제이다.
먼저 옵저버 패턴의 클래스를 정의한다.

// Subject class (관찰자를 등록하고 알림을 보내는 주제 인터페이스)
public interface Party {
    void registerObserver(PartyMember member); // 옵저버 등록
    void removeObserver(PartyMember member); // 옵저버 제거
    void notifyObservers(); // 옵저버에 알림 전송
}

// Concrete subject class (주제 인터페이스를 구현한 클래스)
public class HuntingParty implements Party {
    private final List<PartyMember> observers = new ArrayList<>(); // 옵저버 목록
    private boolean changed = false; // 변경사항이 업데이트되고 옵저버에 알릴 준비가 되었는지 true/false

    private String name = "HuntingParty"; // 파티 이름

    @Override
    public void registerObserver(PartyMember member) { // 옵저버 등록
        if (!observers.contains(member) {
            observers.add(member);
        }
    }

    @Override
    public void removeObserver(PartyMember member) { // 옵저버 제거
        observers.remove(member);
    }

    @Override
    public void notifyObservers() { // 옵저버에 알림 전송
        if (changed) {
            observers.forEach(observer -> observer.update(this));
            changed = false;
        }
    }

    public void elementChanged() {
        changed = true;
        notifyObservers();
    }

    public void setName(String name) { // 파티 이름 변경
        this.name = name;
        elementChanged(); // 파티 이름이 변경되었다면 옵저버에게 알림 전송
    }

    public String getName() {
        return name;
    }

}

// Observer class (관찰자 인터페이스)
public interface PartyMember {
    void update(Party party); // 주제(Subject) 클래스의 변경된 정보를 넘겨받는다.
}

// Concrete observer class (관찰자 인터페이스를 구현한 클래스)
public class Player implements PartyMember {

    private Party party; // 주제(Subject)

    public Player(Party party) {
        this.party = party;
        party.registerObserver(this); // 주제에 옵저버 등록
    }

    @Override
    public void update(Party party) { // 주제에서 notifyObservers()를 호출하면 실행된다.
        if (party instanceof HuntingParty huntingParty) {
            System.out.println("파티 이름: " + huntingParty.getName());
        }
    }

}

다음은 파티(주제)를 생성하고 파티에 참가/탈퇴(관찰자 등록/제거) 하는 예제이다.

public static void main(String[] args) {
    Party party = new HuntingParty(); // 주제(Subject) 객체 생성
    Player player = new Player(party); // 관찰자(Observer) 객체 생성 및 주제(Subject)에 참가
    party.removeObserver(player); // 주제(Subject)에서 관찰자(Observer)제거    
}

다음은 두명의 플레이어(관찰자)가 파티(주제)에 참가하고 이름을 변경(알림)하는 예제이다.

public static void main(String[] args) {
    Party party = new HuntingParty(); // 주제(Subject) 객체 생성

    Player player1 = new Player(party); // 관찰자(Observer) 객체 생성 및 주제(Subject)에 참가
    Player player2 = new Player(party); // 관찰자(Observer) 객체 생성 및 주제(Subject)에 참가  

    party.setName("HuntingParty (2/4)"); // 파티의 이름을 변경하고 관찰자(Observer)에게 알림 전송
}