소프트웨어 개발에서 모듈화는 시스템의 유지보수성과 확장성을 크게 향상시킬 수 있는 중요한 기법입니다. 하지만 막상 모듈화를 시도할 때는 어떻게 해야 할지 막막할 수 있습니다. 이 글에서는 소프트웨어 아키텍처를 모듈화하는 방법과, 모듈화를 고려할 때 신경 써야 할 주요 특성에 대해 알아보겠습니다.
SW 아키텍처 모듈화: 왜 필요하고, 언제 고려해야 할까?
소프트웨어 개발을 하다 보면 ‘아키텍처 모듈화’라는 단어를 자주 듣게 됩니다. 하지만 이게 왜 중요한지, 그리고 언제 모듈화를 고민해야 하는지는 막상 설명하기가 어렵습니다. 그래서 오
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목차
소프트웨어 아키텍처 모듈화: 어떻게 할 수 있을까?
기능별 분리 (Functional Decomposition)
모듈화의 첫걸음은 시스템을 기능별로 나누는 것입니다. 이 과정에서는 전체 시스템을 잘게 쪼개서 각 모듈이 독립적인 역할을 하도록 설계해야 합니다. 예를 들어, 사용자 관리, 결제 처리, 보고서 생성 등의 기능을 별도의 모듈로 분리할 수 있습니다. 이렇게 하면 각 기능이 독립적으로 개발되고 유지보수될 수 있습니다.
계층형 아키텍처 (Layered Architecture)
계층형 아키텍처는 시스템을 여러 계층으로 나누어 각 계층에서 특정한 역할을 수행하도록 설계하는 방식입니다. 일반적으로 UI 계층, 비즈니스 로직 계층, 데이터 접근 계층으로 나뉩니다. 이러한 계층 구조를 통해 각 계층이 독립적으로 개발되고 변경될 수 있으며, 시스템의 복잡성을 줄일 수 있습니다.
도메인 기반 설계 (Domain-Driven Design, DDD)
도메인 기반 설계는 시스템을 도메인(비즈니스 문제 영역)에 따라 모듈화하는 방법입니다. DDD에서는 각 도메인이 독립적인 모듈로 관리되며, 도메인 내에서 발생하는 변화가 다른 도메인에 영향을 미치지 않도록 설계합니다. 이를 통해 시스템의 유연성과 확장성을 높일 수 있습니다.
마이크로서비스 아키텍처 (Microservices Architecture)
마이크로서비스 아키텍처는 각각의 서비스가 독립적으로 개발, 배포, 운영될 수 있도록 설계하는 모듈화 방법입니다. 각 서비스는 특정 기능을 수행하며, 서로 다른 서비스 간의 의존성을 최소화합니다. 이 방식은 대규모 시스템에서 특히 유용하며, 시스템의 각 부분을 독립적으로 관리하고 확장할 수 있게 해줍니다.
플러그인 아키텍처 (Plugin Architecture)
플러그인 아키텍처는 시스템의 기본 기능은 간단히 두고, 나머지 기능들은 플러그인 형태로 추가할 수 있도록 설계하는 방식입니다. 이를 통해 기본 시스템을 안정적으로 유지하면서도 다양한 기능을 필요에 따라 쉽게 추가하거나 제거할 수 있습니다. IDE(통합 개발 환경)나 브라우저의 확장 프로그램이 이러한 아키텍처를 활용하는 대표적인 예입니다.
소프트웨어 아키텍처 모듈화를 고려할 때 신경써야 할 특성
모듈화를 제대로 하기 위해서는 단순히 시스템을 분리하는 것만으로는 충분하지 않습니다. 몇 가지 중요한 특성을 고려해야 모듈화의 효과를 극대화할 수 있습니다.
독립성 (Independence)
모듈화의 가장 중요한 특성 중 하나는 모듈 간의 독립성입니다. 각 모듈이 독립적으로 동작할 수 있어야 하며, 다른 모듈에 크게 의존하지 않도록 설계해야 합니다. 이렇게 하면 모듈 중 하나를 수정하거나 교체할 때 다른 모듈에 미치는 영향을 최소화할 수 있습니다.
- 명확한 인터페이스 정의: 모듈간의 상호작용은 명확하게 인터페이스를 통해서만 이루어져야 합니다. 이러한 인터페이스는 모듈 내부의 세부 구현을 숨기고, 필요한 기능만 외부에 노출합니다. 인터페이스가 명확하게 정의되면, 모듈 내부의 변경이 인터페이스에 영향을 미치지 않는 한 다른 모듈에 영향을 주지 않습니다.
- 모듈 경계의 명확화: 모듈 독립성을 높이기 위해서는 각 모듈의 경계를 명확히 정의하는 것이 중요합니다. 모듈이 수행하는 역할과 책임이 명확하게 정의되어 있으면, 각 모듈은 자신의 역할에만 집중하고 다른 모듈의 기능에는 의존하지 않게 됩니다. 이를 위해 도메인 기반 설계(DDD)나 레이어드 아키텍처 같은 설계 기법을 활용할 수 있습니다.
- 테스트 독립성 보장: 모듈이 독립적이라면, 해당 모듈을 독립적으로 테스트할 수 있어야 합니다. 각 모듈이 독립적으로 테스트 가능하도록 설계하면, 전체 시스템의 테스트 복잡성을 줄이고, 문제 발생 시 빠르게 원인을 파악할 수 있습니다.
캡슐화 (Encapsulation)
캡슐화는 모듈의 내부 구현을 외부에 노출하지 않고, 명확한 인터페이스를 통해서만 상호작용하도록 하는 개념입니다. 이를 통해 모듈 내부의 변경이 다른 모듈에 영향을 미치지 않도록 할 수 있습니다. 또한, 코드의 보안성과 유지보수성을 높이는 데도 큰 도움이 됩니다.
- 접근 제어자 사용: 프로그래밍 언어에서 제공하는 접근제어자를 사용하여 클래스나 모듈의 멤버 변수와 메서드에 대한 접근을 제한할 수 있습니다. 또한 이러한 접근 제어 구조에 대해 게터(Getter)와 세터(Setter)를 사용하여 변수에 직접 접근하는 대신, 게터와 세터 메서드를 통해 간접적으로 접근하게 합니다. 이를 통해 데이터를 검증하거나 변경을 관리하는 로직을 추가할 수 있습니다.
- 불변 객체 사용: 불변 객체는 생성된 후 내부 상태가 변겨오디지 않는 객체입니다. 이를 통해 객체의 상태가 외부 요인에 의해 얘기치 않게 변경되는 것을 방지할 수 있습니다. 이러한 불변 객체는 특히 멀티스레드 환경에서 안전하게 사용할 수 있습니다. 또한 객체 생성 후에는 내부 상태를 변경할 수 없도록 모든 필드를 final로 선언하고, 세터 메서드를제공하지 않음으로써 불변성을 유지합니다. 또한 모든 필드는 생성자를 통해 초기화하며, 객체가 생성된 이후에는 값을 변경할 수 없도록 합니다.
재사용성 (Reusability)
모듈화된 시스템에서는 특정 기능이나 로직을 다른 프로젝트나 시스템에서 재사용할 수 있어야 합니다. 이를 위해 모듈이 범용적으로 설계되고, 독립적인 역할을 수행할 수 있어야 합니다. 재사용 가능한 모듈은 개발 시간을 단축시키고, 코드의 일관성을 유지하는 데 도움이 됩니다.
- 단일 책임 원칙 (Single Responsibility Principle, SRP): 각 모듈이 하나의 책임만 가지도록 설계합니다. 이렇게 되면 해당 모듈이 다양한 상황에서 쉽게 재사용될 수 있습니다. 이를 위해 전략 패턴이나 팩토리 패턴과 같은 설계 패턴을 적용하는 것도 좋은 방법일 수 있습니다.
- 템플릿 및 제네릭 사용: C++, Java, C# 같은 언어에서는 템플릿이나 제네릭을 사용하여 코드의 범용성을 확보할 수 있습니다. 이렇게 하면 데이터 타입에 구애받지 않고 재사용할 수 있는 코드나 클래스 라이브러리를 작성할 수 있습니다. 또한 코드의 동작을 매개변수로 제어할 수 있도록 설계하여 다양한 요구사항을 충족시킬 수 있는 유연한 코드를 작성합니다.
- 라이브버리화 및 패키지화: 여러 프로젝트에서 자주 사용되는 기능은 별도의 라이브러리로 만들어 재사용할 수 있도록 합니다. 예를 들어, 로깅, 데이터베이스 연결, 유틸리티 함수 등을 라이브러리화할 수 있습니다. 또한 NPM, Maven, NuGet 같은 패키지 관리 도구를 사용하여 재사용 가능한 라이브러리나 패키지를 배포하고, 다른 프로젝트에서 쉽게 가져다 사용할 수 있도록 합니다.
확장성 (Scalability)
모듈화의 또 다른 중요한 특성은 확장성입니다. 시스템이 성장하거나 새로운 요구사항이 생겼을 때, 각 모듈을 독립적으로 확장할 수 있어야 합니다. 이를 통해 시스템 전체의 성능을 유지하면서도 필요한 부분만을 확장할 수 있습니다. 다음 그림은 모노리식 아키텍처, 서비스 기반 아키텍처, 마이크로서비스 아키텍처 각각에서 확장성(Scalability)과 탄력성(Elasticity)을 비교한 그림입니다.
유지보수성 (Maintainability)
모듈화된 시스템은 유지보수가 용이해야 합니다. 여기서 유지보수성은 각종 패치, 프레임워크 업그레이드, 서드파티 업데이트 등의 내부적 변경은 물론이고 기능을 얼마나 쉽게 추가, 변경, 삭제할 수 있는지를 나타내는 특성입니다. 각 모듈이 독립적이고 잘 캡슐화되어 있다면, 문제 발생 시 특정 모듈만 수정하면 되므로 유지보수 비용과 시간을 절약할 수 있습니다. 또한, 모듈 단위로 테스트할 수 있기 때문에 시스템의 안정성을 높일 수 있습니다. 유지보수성을 측정할 수 있는 몇가지 척도는 다음과 같습니다.
- 컴포넌트 결합도: 컴포넌트가 서로에 대해 알고 있는 정도와 형태
- 컴포넌트 응집도: 컴포넌트의 동작이 서로 연관돼 있는 정도와 형태
- 순환 복잡도: 컴포넌트 내부의 전체적인 간접 참조 및 중첩 정도
- 컴포넌트 사이즈: 컴포넌트 내부에 구현된 코드의 전체 문장 수
의존성 관리 (Dependency Management)
모듈화된 시스템에서는 모듈 간의 의존성을 철저하게 관리해야 합니다. 의존성이 복잡해지면 모듈의 독립성이 약해지고, 시스템 전체의 복잡성이 증가할 수 있습니다. 의존성을 최소화하고, 명확하게 정의된 인터페이스를 통해 모듈 간의 상호작용을 관리하는 것이 중요합니다.
유연성 (Flexibility)
모듈화된 시스템은 새로운 요구사항이나 기술 변화에 유연하게 대응할 수 있어야 합니다. 모듈을 쉽게 추가하거나 제거할 수 있는 구조를 갖추면, 변화에 빠르게 대응할 수 있으며 시스템의 장기적인 유지보수와 확장성에 큰 도움이 됩니다.
마치며...
소프트웨어 아키텍처를 모듈화하는 것은 시스템을 더 견고하고, 유지보수하기 쉽게 만들기 위한 중요한 단계입니다. 모듈화를 위해서는 시스템을 기능별로 분리하고, 각 모듈이 독립적이면서도 명확한 역할을 하도록 설계해야 합니다. 또한, 모듈화 과정에서 독립성, 캡슐화, 재사용성, 확장성, 유지보수성, 의존성 관리, 유연성 등의 특성을 신중하게 고려해야 합니다.
올바르게 모듈화된 시스템은 코드의 복잡성을 줄이고, 시스템의 신뢰성과 확장성을 높이며, 새로운 요구사항에 유연하게 대응할 수 있게 해줍니다. 하지만 잘못된 모듈화는 오히려 시스템의 복잡성을 증가시킬 수 있으므로, 처음부터 신중하게 계획하고 설계하는 것이 중요합니다.
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