실기 4장 서버 프로그램 구현

개발 환경 구축

 개발 환경 구축은 응용 소프트웨어 개발을 위해 개발 프로젝트를 이해하고 소프트웨어 및 하드웨어 장비를 구축하는 것을 의미한다. 개발 환경은 응용 소프트웨어가 운영될 환경과 유사한 구조로 구축하고 분석 단계의 산출물을 바탕으로 개발에 필요한 하드웨어와 소프트웨어를 선정한다. 하드웨어와 소프트웨어의 성능, 편의성, 라이선스 등의 비즈니스 환경에 적합한 제품들을 최종적으로 결정하여 구축한다.
 하드웨어 환경은 사용자와의 인터페이스 역할을 하는 클라이언트(Client) 그리고 클라이언트와 통신하여 서비스를 제공하는 서버(Server)로 구성된다. 클라이언트의 종류로는 개인용 컴퓨텨(PC)와 스마트폰 등이 있고 서버의 종류는 다음과 같다.

• 웹 서버(Web Server)
  • 클라이언트부터 직접 요청을 받아 처리함
  • 저용량의 정적 파일들을 제공함
• 웹 애플리케이션 서버(WAS, Web Application Server)
  • 동적 서비스를 제공하거나, 웹 서버와 데이터베이스 서버 또는 웹 서버와 파일 서버 사이에서 인터페이스 역할을 수행함
• 데이터베이스 서버(DB Server)
  • 데이터베이스와 이를 관리하는 DBMS를 운영함
• 파일 서버(File Server)
  • 데이터베이스에 저장하기에는 비효율적이거나, 서비스 제공을 목적으로 유지하는 파일들을 저장함

 소프트웨어 환경은 클라이언트와 서버 운영을 위한 시스템 소프트웨어와 개발에 사용되는 개발 소프트웨어로 구성된다. 시스템 소프트웨어의 종류는 “운영체제(OS), 웹 서버 및 WAS 운용을 위한 서버 프로그램, DBMS” 등이 있고, 개발 소프트웨어의 종류는 다음과 같다.

• 요구사항 관리 도구: 요구사항의 수집과 분석, 추적 등을 편리하게 도와주는 소프트웨어
• 설계/모델링 도구: UML(통합 모델링 언어)을 지원하며, 개발의 전 과정에서 설계 및 모델링을 도와주는 소프트웨어
• 구현 도구: 개발 언어를 통해 애플리케이션의 실제 구현을 지원하는 소프트웨어
• 빌드 도구: 구현 도구를 통해 작성된 소스의 빌드 및 배포, 라이브러리 관리를 지원하는 소프트웨어
• 테스트 도구: 모듈들이 요구사항에 적합하게 구현되었는지 테스트하는 소프트웨어
• 형상 관리 도구: 산출물들을 버전별로 관리하여 품질 향상을 지원하는 소프트웨어

 웹 서버(Web Server)의 기능은 다음과 같다.

• HTTP/HTTPS 지원: 브라우저로부터 요청을 받아 응답할 때 사용되는 프로토콜
• 통신 기록(Communication Log): 처리한 요청들을 로그 파일로 기록하는 기능
• 정적 파일 관리(Managing Static Files): HTML, CSS, 이미지 등의 정적 파일들을 저장하고 관리하는 기능
• 대역폭 제한(Bandwidth Throttling): 네트워크 트래픽의 포화를 방지하기 위해 응답 속도를 제한하는 기능
• 가상 호스팅(Virtual Hosting): 하나의 서버로 여러 개의 도메인 이름을 연결하는 기능
• 인증(Authentication): 사용자가 합법적인 사용자인지를 확인하는 기능

 개발 언어의 선정 기준은 다음과 같다.

• 적절성: 개발하려는 소프트웨어 목적에 적합해야 함
• 효율성: 코드의 작성 및 구현이 효율적이어야 함
• 이식성: 다양한 시스템 및 환경에 적용이 가능해야 함
• 친밀성: 개발 언어에 대한 개발자들의 이해도와 활용도가 높아야 함
• 범용성: 다른 개발 사례가 존재하고 여러 분야에서 활용되고 있어야 함

소프트웨어 아키텍처

 소프트웨어 아키텍처는 소프트웨어를 구성하는 요소들 간의 관계를 표현하는 시스템의 구조 또는 구조체이다. 애플리케이션의 분할 방법과 분할된 모듈에 할당될 기능, 모듈 간의 인터페이스 등을 결정한다. 소프트웨어 아키텍처 설게의 기본 원리로는 모듈화, 추상화, 단계적 분해, 정보은닉이 있다.

• 모듈화(Modularity)
  • 소프트웨어의 성능을 향상시키거나 시스템의 수정 및 재사용, 유지 관리 등이 용이하도록 시스템의 기능들을 모듈단위로 나누는 것을 의미한다.
  • 모듈의 크기를 너무 작게 나누면 개수가 많아져 모듈 간의 통합 비용이 많이 든다.
  • 모듈의 크기를 너무 크게 나누면 개수가 적어 통합 비용은 적게 들지만 모듈 하나의 개발 비용이 많이 든다.
• 추상화(Abstraction)
  • 문제의 전체적이고 포괄적인 개념을 설계한 후 차례로 세분화하여 구체화시켜 나가는 것이다.
  • 완전한 시스템을 구축하기 전에 그 시스템과 유사한 모델을 만들어서 여러 가지 요인들을 테스트할 수 있다.
  • 추사화의 유형은 다음과 같다.
    • 과정 추상화: 자세한 수행 과정을 정의하지 않고, 전반적인 흐름만 파악할 수 있게 설계하는 방법
    • 데이터 추상화: 데이터의 세부적인 속성이나 용도를 정의하지 않고, 데이터 구조를 대표할 수 있는 표현으로 대체하는 방법
    • 제어 추상화: 이벤트 발생의 정확한 절차나 방법을 정의하지 않고, 대표할 수 있는 표현으로 대체하는 방법
• 단계적 분해(Stepwise Refinement)
  • Niklaus Wirth에 의해 제안된 하향식 설계 전략으로, 문제를 상위의 중요 개념으로부터 하위의 개념으로 구체화시키는 분할 기법이다.
  • 소프트웨어의 포괄적인 기능에서부터 시작하여 점차적으로 구체화하고, 알고리즘, 자료 구조 등 상세한 내역은 가능한 한 뒤로 미루어 진행한다.
• 정보 은닉(Information Hiding)
  • 한 모듈 내부에 포함된 절차와 자료들의 정보가 감추어져 다른 모듈이 접근하거나 변경하지 못하도록 하는 기법이다.
  • 정보 은닉을 통해 모듈을 독립적으로 수행할 수 있다.
  • 하나의 모듈이 변경되더라도 다른 모듈에 영향을 주지 않으므로 수정, 시험, 유지보수가 용이하다.

 소프트웨어 개발의 설계 단계는 크게 상위 설계와 하위 설계로 구분할 수 있다.

• 상위 설계
  • 아키텍처 설계, 예비 설계
  • 시스템의 전체적인 구조
  • 구조, DB, 인터페이스
• 하위 설계
  • 모듈 설계, 상세 설계
  • 시스템의 내부 구조 및 행위
  • 컴포넌트, 자료 구조, 알고리즘

 소프트웨어 아키텍처의 품질 속성은 소프트웨어 아키텍처가 이해 관계자들이 요구하는 수준의 품질을 유지 및 보장할 수 있게 설계되었는지를 확인하기 위해 품질 평가 요소들을 구체화 시켜 놓은 것으로, 품질 평가 요소의 종류는 다음과 같다.

• 시스템 측면: 성능, 보안, 가용성, 사용성, 변경 용이성, 확장성 등
• 비지니스 측면: 시작 적시성, 비용과 혜택, 예상 시스템 수명, 목표 시장, 공개 일정 등
• 아키텍처 측면: 개념적 무결성, 정확성, 구축 가능성, 변경성, 시험성 등

 소프트웨어 아키텍처의 설게 과정은 다음과 같다.

1. 설계 목표 설정: 요구사항을 분석하여 전체 시스템의 설계 목표를 설정
2. 시스템 타입 결정: 시스템과 서브시스템의 타입을 결정하고, 아키텍처 패턴 선택
3. 아키텍처 패턴 적용: 시스템의 표준 아키텍처를 설계
4. 서브시스템 구체화: 서브시스템의 기능 및 서브시스템 간의 상호작용을 위한 동작과 인터페이스를 정의
5. 검토: 설계 목표, 요구사항, 설계의 기본 원리 등을 만족하는지 아키텍처 검토

 협약(Contract)에 의한 설계는 컴포넌트를 설계할 때 클래스에 대한 여러 가정을 공유할 수 있도록 명세한 것으로, 소프트웨어 컴포넌트에 대한 정확한 인터페이스를 명세한다. 명세에 포함될 조건은 다음과 같다.

• 선행 조건(Precondition): 오퍼레이션이 호출되기 전에 참이 되어야 할 조건
• 결과 조건(Postcondition): 오퍼레이션이 수행된 후 만족되어야 할 조건
• 불변 조건(Invariant): 오퍼레이션이 실행되는 동안 항상 만족되어야 할 조건

아키텍처 패턴

 아키텍처 패턴(Patterns)은 아키텍처를 설계할 때 참조할 수 있는 전형적인 해결 방식 또는 예제를 의미한다. 소프트웨어 시스템의 구조를 구성하기 위한 기본적인 윤곽을 제시한다. 아키텍처 패턴에는 서브시스템들과 그 역할이 정의되어 있으며, 서브시스템 사이의 관계와 여러 규칙, 지침 등이 포함되어 있다. 아키텍처 패턴의 종류는 다음과 같다.

• 레이터 패턴(Layers pattern)
  • 시스템을 계층(Layer)으로 구분하여 구성하는 고전적인 방법의 패턴이다.
  • 하위 계층은 상위 계층에 대한 서비스 제공자가 되고, 상위 계층은 하위 계층의 클라이언트가 된다.
  • 서로 마주보는 두 개의 계층 사이에서만 상호작용이 이루어진다.
  • 대표적으로 OSI 참조 모델이 있다.
• 클라이언트-서버 패턴(Client-Server Pattern)
  • 하나의 서버 컴포넌트와 다수의 클라이언트 컴포넌트로 구성되는 패턴이다.
  • 사용자가 클라이언트를 통해 서버에 요청하고 클라이언트가 응답을 받아 사용자에게 제공하는 방식으로 서비스를 제공한다.
• 파이프-필터 패턴(Pipe-Filter Pattern)
  • 데이터 스크림 절차의 각 단계를 필터(Filter) 컴포넌트로 캡슐화하여 파이프(Pipe)를 통해 데이터를 전송하는 패턴이다.
  • 앞 시스템의 처리 결과물을 파이프를 통해 전달받아 처리한 후 그 결과물을 다시 파이프를 통해 다음 시스템으로 넘겨주는 패턴을 반복한다.
  • 데이터 변환, 버퍼링, 동기화 등에 주로 사용된다.
  • 대표적으로 UNIX, 쉘(Shell)이 있다.
• 모델-뷰-컨트롤러 패턴(Model-View-Controller Pattern)
  • 서브시스템을 3개의 부분으로 구조화하는 패턴이다.
  • 컨트롤러가 사용자의 요청을 받으면 핵심 기능과 데이터를 보관하는 모델을 이용하여 뷰에 정보를 출력하는 구조이다.
  • 여러 개의 뷰를 만들 수 있다.
  • 한 개의 모델에 대해 여러 개의 뷰를 필요로 하는 대화형 애플리케이션에 적합하다.

 기타 패턴들은 다음과 같다.

• 마스터-슬레이브 패턴(Master-Slave Pattern)
  • 슬레이브 컴포넌트에서 처리된 결과물을 다시 돌려받는 방식으로 작업을 수행하는 패턴이다.
  • 장애 허용 시스템, 병렬 컴퓨팅 시스템 등이 있다.
• 브로커 패턴(Broker Patttern)
  • 사용자가 원하는 서비스와 특성을 브로커 컴포넌트에 요청하면 브로커 컴포넌트가 요청에 맞는 컴포넌트와 사용자를 연결해주는 패턴이다.
  • 분산 환경 시스템에서 주로 활용된다.
• 피어-투-피어 패턴(Peer-To-Peer Pattern)
  • 피어(Peer)라고 불리는 하나의 컴포넌트가 클라이언트가 될 수도, 서비스를 제공하는 서버가 될 수도 있는 패턴이다.
  • 파일 공유 네트워크 등이 있다.
• 이벤트-버스 패턴(Event-Bus Pattern)
  • 소스가 특정 채널에 이벤트 메시지를 발행(Publish)하면, 해당 채널을 구독(Subscribe)한 리스너들이 메시지를 받아 이벤트를 처리하는 방식이다.
  • 알림 서비스가 있다.
• 블랙보드 패턴(Blackboard Pattern)
  • 모든 컴포넌트들이 공유 데이터 저장소와 블랙보드 컴포넌트에 접근이 가능한 패턴이다.
  • 음성 인식, 차량 식별, 신호 해석 등에 주로 활용된다.
• 인터프리터 패턴(Interpreter Pattern)
  • 프로그램 코드의 각 라인을 수행하는 방법을 지정하고, 기호마다 클래스를 갖도록 구성된 패턴이다.
  • 번역기, 컴파일러, 인터프리터 등이 있다.

객체지향(Object-Oriented)

 객체지향은 소프트웨어의 각 요소들을 객체(Object)로 만들어, 객체들을 조립해서 소프트웨어를 개발하는 기법이다. 구조적 기법의 문제점으로 인한 소프트웨어 위기의 해결책으로 채택되어야 사용되고 있다. 소프트웨어의 재사용 및 확장이 용이하여 고품질의 소프트웨어를 빠르게 개발할 수 있고 유지보수가 쉽다.
 객체지향의 구성 요소는 다음과 같다.

• 객체(Object)
  • 데이터와 데이터를 처리하는 함수를 묶어 놓은(캡슐화한) 하나의 소프트웨어 모듈이다.
  • 데이터
    • 객체가 가지고 있는 정보로 속성이나 상태, 분류 등을 나타낸다.
  • 함수
    • 객체가 수행하는 기능으로 객체가 갖는 데이터(속성, 상태)를 처리하는 알고리즘이다.
    • 객체의 상태를 참조하거나 변경하는 수단이다.
• 클래스(Class)
  • 공통된 속성과 연산(행위)을 갖는 객체의 집합이다.
  • 각각의 객체들이 갖는 속성과 연산을 정의하고 있는 틀이다.
  • 클래스에 속한 각각의 객체를 인스턴스(Instance)라고 한다.
• 메시지(Message)
  • 객체들 간의 상호작용을 하는데 사용되는 수단으로, 객체에게 어떤 행위를 하도록 지시하는 명령 또는 요구사항이다.
  • 메시지를 받은 객체는 대응하는 연산을 수행하여 예상된 결과를 반환한다.

 객체지향의 성질은 다음과 같다.

• 캡슐화(Encapsulation)
  • 외부에서의 접근을 제한하기 위해 인터페이스를 제외한 세부 내용을 은닉하는 것이다.
  • 캡슐화된 객체는 외부 모듈의 변경으로 인한 파급 효과가 적다.
  • 객체들 간의 메시지를 주고받을 때 상대 객체의 세부 내용은 알 필요가 없으므로 인터페이스가 단순해지고, 객체 간의 결합도가 낮아진다.
• 상속(Inheritance)
  • 상위 클래스(부모 클래스)의 모든 속성과 연산을 하위 클래스(자식 클래스)가 물려받는 것이다.
  • 상속을 이용하면 하위 클래스는 상위 클래스의 모든 속성과 연산을 자신의 클래스 내에서 다시 정의하지 않고서도 즉시 자신의 속성으로 사용할 수 있다.
  • 하위 클래스는 상위 클래스로부터 상속받은 속성과 연산 외에 새로운 속성과 연산을 첨가하여 사용할 수 있다.
• 다형성(Polymorphism)
  • 하나의 메시지에 대해 각각의 객체(클래스)가 가지고 있는 고유한 방법(특성)으로 응답할 수 있는 능력을 의미한다.
  • 객체(클래스)들은 동일한 메소드명을 사용하며 같은 의미의 응답을 한다.
• 연관성(Relationship)
  • 두 개 이상의 객체(클래스)들이 상호 참조하는 관계를 말하며 종류는 다음과 같다.
  • is member of
    • 연관화(Association): 2개 이상의 객체가 상호 관련되어 있음을 의미함
  • is instance of
    • 분류화(Classfication): 동일한 형의 특성을 갖는 객체들을 모아 구성하는 것
  • is part of
    • 집단화(Aggregation): 관련 있는 객체들을 묶어 하나의 상위 객체를 구성하는 것
  • is a
    • 일반화: 공통적인 성질들로 추상화한 객체들을 구성하는 것
    • 특수화/상세화(Specialization): 상위 객체를 구체화하여 하위 객체를 구성하는 것

객체지향 분석 및 설계

 객체지향 분석(OOA; Object Oriented Analysis)은 사용자의 요구사항과 관련된 모든 클래스(객체), 속성, 연산 등을 정의하여 모델링하는 작업이다. 개발을 위한 업무를 객체와 속성, 클래스와 멤버, 전체와 부분 등으로 나누어서 분석한다. 클래스를 식별하는 것이 객체지향 분석의 주요한 목적이다.
 객체지향 분석의 방법론은 다음과 같다.

• 럼바우(Rumbaugh) 방법
  • 분석 활동을 객체 모델, 동적 모델, 기능 모델로 나누어 수행함
• Booch(부치) 방법
  • 미시적(Micro) 개발 프로세스와 거시적(Macro) 개발 프로세스를 모두 사용하는 분석 방법으로, 클래스와 객체들을 분석 및 식별하고 클래스의 속성과 연산을 정의함
• Jacobson 방법
  • Use Case를 강조하여 사용함
• Coad와 Yourdon 방법
  • E-R 다이어그램을 사용하여 객체의 행위를 모델링하며, 객체 식별, 구조 식별, 주제 정의, 속성과 인스턴스 연결 정의, 연산과 메시지 연결 정의 등의 과정으로 구성함
• Wirfs-Brock 방법
  • 분석과 설계 간의 구분이 없고, 고객 명세서를 평가해서 설계 작업까지 연속적으로 수행함

 럼바우(Rumbaugh)의 분석 기법은 모든 소프트웨어 구성 요소를 그래픽 표기법을 이용하여 모델링하는 기법으로, 객체 모델링 기법(OMT, Object-Modeling Technique)이라고도 한다. 분석 활동은 ‘객체 모델링, 동적 모델링, 기능 모델링’ 순으로 통해 이루어진다.

• 객체 모델링(Object Modeling)
  • 정보 모델링(Information Modeling)이라고도 하며, 시스템에서 요구되는 객체를 찾아내어 속성과 연산 식별 및 객체들 간의 관계를 규정하여 객체 다이어그램으로 표시하는 것
• 동적 모델링(Dynamic Modeling)
  • 상태 다이어그램(상태도)을 이용하여 시간의 흐름에 따른 객체들 간의 제어 흐름, 상호 작용, 동작 순서 등의 동적 행위를 표현하는 모델링
• 기능 모델링(Fuctional Modeling)
  • 자료 흐름도(DFD)를 이용하여 다수의 프로세스들 간의 자료 흐름을 중심으로 처리 과정을 표현한 모델링

 객체지향 설계 원칙은 변경이나 확장에 유연한 시스템을 설계하기 위해 지켜야할 다섯 가지 원칙으로, SOLID 원칙이라고도 불린다. 객체지향 설계 원칙의 종류는 다음과 같다.

• 단일 책임 원칙(SRP,Single Responsibility Principle)
  • 객체는 단 하나의 책임만 가져야 한다는 원칙
• 개방-폐쇄 원칙(OCP, Open-Closed Principle)
  • 기존의 코드를 변경하지 않고 기능을 추가할 수 있도록 설계해야 한다는 원칙
• 리스코프 치환 원칙(LSP, Liskov Substitution Principle)
  • 자식 클래스는 최소한 자신의 부모 클래스에서 가능한 행위는 수행할 수 있어야 한다는 설계 원칙
• 인터페이스 분리 원칙(ISP, Interface Segregation Principle)
  • 자신이 사용하지 않는 인터페이스와 의존 관계를 맺거나 영향을 받지 않아야 한다는 원칙
• 의존 역전 원칙(DIP, Dependency Inversion Principle)
  • 의존 관계가 성립될 시 추상성이 높은 클래스와 의존 관계를 맺어야 한다는 원칙

모듈

 모듈(Module)은 모듈화를 통해 분리된 시스템의 각 기능으로, 서브루틴, 서브시스템, 소프트웨어 내의 프로그램, 작업 단위 등과 같은 의미로 사용된다. 모듈의 기능적 독립성은 소프트웨어를 구성하는 각 모듈의 기능이 서로 독립됨을 의미하는 것으로, 모듈의 독립성은 결합도(Coupling)와 응집도(Cohesion)에 의해 측정된다.
 결합도(Coupling)는 모듈 간의 상호 의존하는 정도 또는 두 모듈 사이의 연관 관계를 의미한다. 결합도가 약할수록 품질이 높고, 강할수록 품질이 낮다.
 결합도의 종류는 다음과 같다.

• 자료 결합도(Data Coupling)
  • 모듈 간의 인터페이스가 자료 요소로만 구성될 때의 결합도
• 스탬프(검인) 결합도(Stamp Coupling)
  • 모듈 간의 인터페이스로 배열이나 레코드 등의 자료 구조가 전달될 때의 결합도
• 제어 결함도(Control Coupling)
  • 어떤 모듈이 다른 모듈 내부의 논리적인 흐름을 제어하기 위해 제어 신호를 이용하여 통신하거나 제어 요소(Function Code, Switch, Flag)를 전달하는 결합도
  • 하위 모듈에서 상위 모듈로 제어 신호가 이동하여 하위 모듈이 상위 모듈에게 처리 명령을 내리는 권리 전도현상이 발생하게 된다.
• 외부 결함도(External Coupling)
  • 어떤 모듈에서 선언한 데이터(변수)를 외부의 다른 모듈에서 참조할 때의 결합도
• 공통(공유) 결함도(Common Coupling)
  • 공유되는 공통 데이터 영역을 여러 모듈이 사용할 때의 결합도
  • 파라미터가 아닌 모듈 밖에 선언된 전역변수를 사용하여 전역 변수를 갱신하는 방식으로 상호작용하는 때의 결합도
• 내용 결함도(Content Coupling)
  • 한 모듈이 다른 모듈의 내부 기능 및 그 내부 자료를 직접 참조하거나 수정할 때의 결합도

 응집도(Cohesion)는 정보 은닉 개념을 확장한 것으로, 명령어나 호출문 등 모듈의 내부 요소들의 서로 관련되어 있는 정도이다. 응집도가 강할수록 품질이 높고, 약할수록 품질이 낮다.
 응집도의 종류는 다음과 같다.

• 우연적 응집도(Coincidental Cohesion)
  • 모듈 내부의 각 구성 요소들이 서로 관련 없는 요소들로만 구성된 경우의 응집도
• 논리적 응집도(Logical Cohesion)
  • 유사한 성격을 갖거나 특정 형태로 분류되는 처리 요소들로 하나의 모듈이 형성되는 경우의 응집도
• 시간적 응집도(Temporal Cohesion)
  • 특정 시간에 처리되는 몇 개의 기능을 모아 하나의 모듈로 작성할 경우의 응집도
• 절차적 응집도(Procedural Cohesion)
  • 모듈이 다수의 관련 기능을 가질 때 모듈 안의 구성요소들이 그 기능을 순차적으로 수행할 경우의 응집도
• 교환(통신)적 응집도(Communication Cohesion)
  • 동일한 입력과 출력을 사용하여 서로 다른 기능을 수행하는 구성 요소들이 모였을 경우의 응집도
• 순차적 응집도(Sequential Cohesion)
  • 모듈 내 하나의 활동으로부터 나온 출력 데이터를 그 다음 활동의 입력 데이터로 사용할 경우의 응집도
• 기능적 응집도(Functional Cohesion)
  • 모듈 내부의 모든 기능 요소들이 단일 문제와 연관되어 수행될 경우의 응집도

 팬인(Fan-In)은 어떤 모듈을 제어(호출)하는 모듈의 수를 나타내고 팬아웃(Fan-out)은 어떤 모듈에 의해 제어(호출)되는 모듈의 수를 나타낸다. 팬인과 팬아웃을 분석하여 시스템의 복잡도를 알 수 있다. 팬인이 높다는 것은 재사용 측면에서 설계가 잘 되어있다고 볼 수 있으나, 단일 장에점이 발생할 수 있으므로 중첩적인 관리 및 테스트가 필요하다. 팬아웃이 높은 경우 불필요하게 다른 모듈을 호출하고 있는지 검토하고, 단순화시킬 수 있는지 여부에 대한 검토가 필요하다. 시스템의 복잡도를 최적화하려면 팬인은 높게, 판아웃은 낮게 설계해야 한다.
 N-S 차트(Nassi-Schneidermon Chart)는 논리의 기술에 중첩을 두고 도형을 이용한 표현 방법으로 박스 다이어그램, Chain Chart라고도 한다. GOTO나 화살표를 사용하지 않는다. 연속, 선택 및 다중 선택, 반복 등의 제어 논리 구조를 표현하며, 조건이 복합되어 있는 곳의 처리를 시각적으로 명확히 식별하는 데 적합하다.

단위 모듈

 단위 모듈(Unit Module)은 소프트웨어 구현에 필요한 여러 동작 중 한 가지 동작을 수행하는 기능을 모듈로 구현한 것이다. 단위 모듈로 구현되는 하나의 기능을 단위 기능이라고 부른다. 독집적인 컴파일이 가능하며, 다른 모듈에 호출되거나 삽입되기도 한다. 단위 모듈의 구현 과정은 다음과 같다.

1. 단위 기능 명세서 작성: 기능 및 코드 명세서나 설계 지침과 같은 단위 기능을 명세화하는 단계
2. 입•출력 기능 구현: 입•출력 기능을 위한 알고리즘 및 데이터를 구현하는 단계
3. 알고리즘 구현: 단위 기능별로 모듈을 구현하는 단계

 IPC(Inter-Process Communication)은 모듈 간 통산 방식을 구현하기 위해 사용되는 대표적인 프로그래밍 인터페이스 집합이다. 복수의 프로세스를 수행하며 이뤄지는 프로세스 간 통신까지 구현이 가능하다. IPC의 대표 메소드 5가지는 다음과 같다.

• Shared Memory
  • 공유 가능한 메모리를 구성하여 다수의 프로세스가 통신하는 방식
• Socket
  • 네트워크 소켓을 이용하여 네트워크를 경유하는 프로세스 간에 통신하는 방식
• Semaphores
  • 공유 자원에 대한 접근 제어를 통해 통신하는 방식
• Pipes&names Pipes
  • ‘Pipe’라고 불리는 선입선출 형태로 구성된 메모리를 여러 프로세스가 공유하여 통신하는 방식
  • Pipe는 하나의 프로세스가 이용 중이라면 다른 프로세스는 접근할 수 없음
• Message Queueing
  • 메시지가 발생하면 이를 전달하는 방식으로 통신하는 방식

 단위 모듈 테스트는 프로그램의 단위 기능으로 구현된 모듈이 정해진 기능을 정확히 수행하는지 검증하는 것이다. 단위 테스트(Unit Test)라고도 불리며, 단위 모듈 테스트의 기준은 단위 모듈에 대한 코드이므로 시스템 수준의 오류는 잡아낼 수 없다.
 테스트 케이스(Test Case)는 구현된 소프트웨어가 사용자의 요구사항을 정확하게 준수했는지를 확인하기 위한 테스트 항목에 대한 명세서이다. 테스트 케이스를 이용하지 않은 테스트는 특정 요소에 대한 검증이 누락되거나 불필요한 검증의 반복으로 인해 인력과 시간을 낭비할 수 있다. ISO/IEC/IEEE 29119-3 표준에 따른 테스트 케이스의 구성 요소는 다음과 같다.

• 식별자(Identifier): 항목 식별자, 일렬번호
• 테스트 항목(Test Item): 테스트 대상(모듈 또는 기능)
• 입력 명세(Input Specification): 입력 데이터 또는 테스트 조건
• 출력 명세(Output Specification): 테스트 케이스 수행 시 예상되는 출력 결과
• 환경 설정(Environmental Needs): 필요한 하드웨어나 소프트웨어의 환경
• 특수 절차 요구(Special Procedure Requirement): 테스트 케이스 수행 시 특별히 요구되는 절차
• 의존성 기술(Inter-case Dependencies): 테스트 케이스 간의 의존성

공통 모듈

 공통 모듈은 여러 프로그램에서 공통적으로 사용할 수 있는 모듈을 의미한다. 자주 사용되는 계산식이나 매번 필요한 사용자 인증과 같은 기능들이 공통 모듈로 구성될 수 있다. 공통 모듈을 구현할 때는 다른 개발자들이 해당 기능을 명확히 이해할 수 있도록 다음의 명세 기법을 준수해야 한다.

• 정확성(Correctness): 시스템 구현 시 해당 기능이 필요하다는 것을 알 수 있도록 정확히 작성한다.
• 명확성(Clarity): 해당 기능을 이해할 때 중의적으로 해석되지 않도록 명확하게 작성한다.
• 완전성(Completeness): 시스템 구현을 위해 필요한 모든 것을 기술한다.
• 일관성(Consistency): 공통 기능들 간 상호 충돌이 발생하지 않도록 작성한다.
• 추적성(Traceability): 기능에 대한 요구사항의 출처, 관련 시스템 등의 관계를 파악할 수 있도록 작성한다.

 재사용(Reuse)은 비용과 개발 시간을 절약하기 위해 이미 개발된 기능들을 파악하고 재구성하여 새로운 시스템 또는 기능 개발에 사용하기 적합하도록 최적화 시키는 작업이다. 재사용을 위해서는 누구나 이해할 수 있고 사용이 가능하도록 사용법을 공개해야한다. 재사용 규모에 따른 분류는 다음과 같다.

• 함수와 객체
  • 클래스나 메소드 단위의 소스 코드를 재사용한다.
• 컴포넌트
  • 독립적인 업무 또는 기능을 수행하는 실행 코드 기반으로 작성된 모듈이다.
  • 컴포넌트 자체에 대한 수정 없이 인터페이스를 통해 통신하는 방식으로 재사용한다.
• 애플리케이션
  • 공통된 기능들을 제공하는 애플리케이션을 공유하는 방식으로 재사용한다.

 효과적인 모듈 설계방안은 다음과 같다.

• 결합도는 줄이고 응집도는 높여서 모듈의 독립성과 재사용성을 높인다.
• 복잡도와 중복성을 줄이고 일관성을 유지시킨다.
• 모듈의 기능은 예측이 가능해야 하며 지나치게 제한적이어서는 안 된다.
• 모듈 크기는 시스템의 전반적인 기능과 구조를 이해하기 쉬운 크기로 분해한다.
• 효과적인 제어를 위해 모듈 간의 계층적 관계를 정의하는 자료가 제시되어야 한다.

코드

 코드(Code)는 자료의 분류, 조합, 집계, 추출을 용이하게 하기 위해 사용되는 기호이다. 정보를 신속, 정확, 명료하게 전달할 수 있게 한다. 일정한 규칙에 따라 작성되며, 정보 처리의 효율과 처리된 정보의 가치에 많은 영향을 미친다. 코드의 주요 기능은 다음과 같다.

• 식별 기능: 데이터 간의 성격에 따라 구분이 가능하다.
• 분류 기능: 특정 기준이나 동일한 유형에 해당하는 데이터를 그룹화 할 수 있다.
• 배열 기능: 의미를 부여하여 나열할 수 있다.
• 표준화 기능: 다양한 데이터를 기준에 맞추어 표현할 수 있다.
• 간소화 기능: 복잡한 데이터를 간소화 할 수 있다.

 코드의 종류는 다음과 같다.

• 순차 코드(Sequence Code)
  • 자료의 발생 순서, 크기 순서 등 일정 기준에 따라서 최초의 자료부터 차례로 일련번호를 부여하는 방법으로, 순서 코드 또는 일련번호 코드라고도 한다.
• 블록 코드(Block Code)
  • 코드화 대상 항목 중에서 공통성이 있는 것끼리 블록으로 구분하고, 각 블록 내에서 일련번호를 부여하는 방법으로, 구분 코드라고도 한다.
• 10진 코드(Decimal Code)
  • 코드화 대상 항목을 0~9까지 10진 분할 하고, 다시 그 각각에 대하여 10진 분할하는 방법을 필요한 만큼 반복하는 방법으로, 도서 분류식 코드라고도 한다.
• 그룹 분류 코드(Group Classification Code)
  • 코드화 대상 항목을 일정 기준에 따라 대분류, 중분류, 소분류 등으로 구분하고, 각 그룹 안에서 일련번호를 부여하는 방법이다.
• 연상 코드(Mnemonic Code)
  • 코드화 대상 항목의 명칭이나 약호와 관계있는 숫자나 문자, 기호를 이용하여 코드를 부여하는 방법이다.
• 표의 숫자 코드(Significant Digit Code)
  • 코드화 대상 항목의 성질, 즉 길이, 넓이, 부피, 지름, 높이 등의 물리적인 수치를 그대로 코드에 적용시키는 방법으로 유효 숫자 코드라고도 한다.
• 합성 코드(Combined Code)
  • 필요한 기능을 하나의 코드로 수행하기 어려운 경우 2개 이상의 코드를 조합아여 만드는 방법이다.

디자인 패턴

 디자인 패턴(Design Pattern)은 모듈 간의 관계 및 인터페이스를 설계할 때 참조할 수 있는 전형적인 해결 방식 또는 예제를 의미한다. 문제 및 배경, 실제 적용된 사례, 재사용이 가능한 샘플 코드 등으로 구성되어 있다. 개발 과정 중에 문제가 발생하면 새로 해결책을 구상하는 것보다 문제에 해당하는 디자인 패턴을 참조하여 적용하는 것이 더 효율적이다. GoF(Gang of Four)의 디자인 패턴유형에 따라 생성 패턴 5개, 구조 패턴 7개, 행위 패턴 11개 총 23개의 패턴으로 구성된다.
 생성 패턴(Creational Pattern)은 클래스나 객체의 생성과 참조 과정을 정의하는 패턴이다.

• 추상 팩토리(Abstract Factory)
  • 구체적인 클래스에 의존하지 않고, 인터페이스를 통해 서로 연관, 의존하는 객체들의 그룹으로 생성하여 추상적으로 표현한다.
  • 연관된 서브 클래스를 묶어 한 번에 교체하는 것이 가능하다.
• 빌더(Builder)
  • 작게 분리된 인스턴스를 건축 하듯이 조합하여 객체를 생성한다.
  • 객체의 생성 과정과 표현 방법을 분리하고 있어, 동일한 객체 생성에서도 서로 다른 결과를 만들어 낼 수 있다.
• 팩토리 메소드(Factory Method)
  • 객체 생성을 서브 클래스에서 처리하도록 분리하여 캡슐화한 패턴이다.
  • 상위 클래스에서 인터페이스만 정의하고 실제 생성은 서브 클래스가 담당한다.
  • 가상 생성자(Virtual Constructor) 패턴이라고도 한다.
• 프로토타입(Prototype)
  • 원본 객체를 복제하는 방법으로 객체를 생성하는 패턴이다.
  • 일반적인 방법으로 객체를 생성하며, 비용이 큰 경우 주로 이용한다.
• 싱글톤(Singleton)
  • 하나의 객체를 생성하면 생성된 객체를 어디서든 참조할 수 있지만, 여러 프로세스가 동시에 참조할 수는 없다.
  • 클래스 내에서 인스턴스가 하나뿐임을 보장하며, 불필요한 메모리 낭비를 최소화 할 수 있다.

 구조 패턴(Structural Pattern)은 구조가 복잡한 시스템을 개발하기 쉽도록 클래스나 객체들을 조합하여 더 큰 구조로 만들 수 있게 해주는 패턴이다.

• 어댑터(Adapter)
  • 호환성이 없는 클래스들의 인터페이스를 다른 클래스가 이용할 수 있도록 변환해주는 패턴이다.
  • 기존의 클래스를 이용하고 싶지만 인터페이스가 일치하지 않을 때 이용한다.
• 브리지(Bridge)
  • 구현부에서 추상층을 분리하여, 서로가 독립적으로 확장할 수 있도록 구성한 패턴이다.
  • 기능과 구현을 두 개의 별도 클래스로 구현한다.
• 컴포지트(Composite)
  • 여러 객체를 가진 복합 객체와 단일 객체를 구분 없이 다루고자 할 때 사용하는 패턴이다.
  • 객체들을 트리 구조로 구성하여 디렉터리 안에 디렉터리가 있듯이 복합 객체 안에 복합 객체가 포함되는 구조를 구현할 수 있다.
• 데코레이터(Decorator)
  • 객체 간의 결합을 통해 능동적으로 기능들을 확장할 수 있는 패턴이다.
  • 임의의 객체에 부가적인 기능을 추가하기 위해 다른 객체들을 덧붙이는 방식으로 구현한다.
• 퍼싸드(Facade)
  • 복잡한 서브 클래스들을 피해 더 상위에 인터페이스를 구성함으로써 서브 클래스들의 기능을 간편하게 사용할 수 있도록 하는 패턴이다.
  • 서브 클래스들 사이의 통합 인터페이스를 제공하는 Wrapper 객체가 필요하다.
• 플라이웨이트(Flyweight)
  • 인스턴스가 필요할 때마다 매번 생성하는 것이 아니고 가능한 한 공유해서 사용함으로써 메모리를 절약하는 패턴이다.
  • 다수의 유사 객체를 생성하거나 조작할 때 유용하게 사용할 수 있다.
• 프록시(Proxy)
  • 접근이 어려운 객체와 여기에 연결하려는 객체 사이에서 인터페이스 역할을 수행하는 패턴으로, 대리자라고도 불린다.
  • 내부에서는 객체 간의 복잡한 관계를 단순하게 정리하고 외부에서는 객체의 세부적인 내용을 숨긴다.

 행위 패턴(Behavior Pattern)은 클래스나 객체들이 서로 상호작용하는 방법이나 책임 분배 방법을 정의하는 패턴이다.

• 책임 연쇄(Chain of Responsibility)
  • 요청을 처리할 수 있는 객체가 둘 이상 존재하여 한 객체가 처리하지 못하면 다음 객체로 넘어가는 형태의 패턴이다.
  • 요청을 처리할 수 있는 각 객체들이 고리(Chain)로 묶여 있어 요청이 해결될 때까지 고리를 따라 책임이 넘어간다.
• 커맨드(Command)
  • 요청을 객체의 형태로 캡슐화하여 재이용하거나 취소할 수 있도록 요청에 필요한 정보를 저장하거나 로그에 남기는 패턴이다.
  • 요청에 사용되는 각종 명령어들을 추상 클래스와 구체 클래스로 분리하여 단순화한다.
• 인터프리터(Interpreter)
  • 언어에 문법 표현을 정의하는 패턴이다.
  • SQL이나 통신 프로토콜과 같은 것을 개발할 때 사용한다.
• 반복자(Iterator)
  • 자료 구조와 같이 접근이 잦은 객체에 대해 동일한 인터페이스를 사용하도록 하는 패턴이다.
  • 내부 표현 방법의 노출 없이 순차적인 접근이 가능하다.
• 중재자(Mediator)
  • 수많은 객체들 간의 복잡한 상호작용(Interface)을 캡슐화하여 객체로 정의하는 패턴이다.
  • 객체 사이의 의존성을 줄여 결합도를 감소시킬 수 있다.
• 메멘토(Memento)
  • 특정 시점에서의 객체 내부 상태를 객체화함으로써 이후 요청에 따라 객체를 해당 시점의 상태로 돌릴 수 있는 기능을 제공하는 패턴이다.
  • Crtl + Z와 같은 되돌리기 기능을 개발할 때 주로 이용한다.
• 옵서버(Observer)
  • 한 객체의 상태가 변화하면 객체에 상속되어 있는 다른 객체들에게 변화된 상태를 전달하는 패턴이다.
  • 주로 분산된 시스템 간에 이벤트를 생성•발행(Publish)하고, 이를 수신(Subscribe)해야 할 때 이용한다.
• 상태(State)
  • 객체의 상태에 따라 동일한 동작을 다르게 처리해야 할 때 사용하는 패턴이다.
  • 객체 상태를 캡슐화하고 이를 참조하는 방식으로 처리한다.
• 전략(Strategy)
  • 동일한 계열의 알고리즘들을 개별적으로 캡슐화하여 상호 교환할 수 있게 정의하는 패턴이다.
  • 클라이언트는 독립적으로 원하는 알고리즘을 선택하여 사용할 수 있으며, 클라이언트에 영향 없이 알고리즘의 변경이 가능하다.
• 템플릿 메소드(Template Method)
  • 상위 클래스에서 골격을 정의하고, 하위 클래스에서 세부 처리를 구체화하는 구조의 패턴이다.
  • 유사한 서브 클래스를 묶어 공통된 내용을 상위 클래스에서 정의함으로써 코드의 양을 줄이고 유지보수를 용이하게 해준다.
• 방문자(Visitor)
  • 각 클래스들의 데이터 구조에서 처리 기능을 분리하여 별도의 클래스로 구성하는 패턴이다.
  • 분리된 처리 기능은 각 클래스를 방문(Visit)하여 수행한다.

개발 지원 도구

 통합 개발 환경(IDE; Integrated Development Environment)은 개발에 필요한 환경 즉, 편집기(Editor), 컴파일러(Compiler), 디버거(Debugger) 등의 다양한 툴을 하나의 인터페이스로 통합하여 제공하는 환경을 말한다. 통합 개발 환경 도구는 통합 개발 환경을 제공하는 소프트웨어를 의미한다. 통합 개발 환경 도구는 코드를 실행하거나 테스트할 때 오류가 발생한 부분을 시각화하므로 수정이 용이하다.
 통합 개발 환경 도구의 종류는 이클립스, 비주얼 스튜디도, 엑스 코드, 안드로이드 스튜디오, IDEA가 있다.
 빌드는 소스 코드 파일들을 컴퓨터에서 실행할 수 있는 제품 소프트웨어로 변환하는 과정 또는 결과물을 말한다. 빌드 도구는 소스 코드를 소프트웨어로 변환하는 과정에 필요한 전처리(Preprocessing), 컴파일(Compile) 등의 작업등을 수행하는 소프트웨어를 말한다. 대표적인 도구는 다음과 같다.

• Ant(Another Neat Tool)
  • 아피치 소프트웨어 재단(Apache Software Foundation)에서 개발한 소프트웨어로, 자바 프로젝트의 공식적인 빌드 도구로 사용되고 있다.
  • 정해진 규칙이나 표준이 없다.
• Maven
  • Ant와 동일한 아피지 소프트웨어 재단에서 개발된 것으로, Ant의 대안으로 개발되었다.
  • 규칙이나 표준이 존재하여 예외 사항만 기록
  • 의존성(Dependency)을 설정하여 라이브러리를 관리함
• Gradle
  • 기존의 Ant와 Maven을 보완하여 개발된 빌드 도구이다.
  • 안드로이드 스튜디오의 공식 빌드 도구
  • 그루비(Groovy) 기반의 빌드 스크립트를 사용함

 협업 도구는 개발에 참여하는 사람들이 서로 다른 작업 환경에서 원할히 프로잭트를 수행할 수 있도록 도와주는 도구(Tool)로, 협업 소프트웨어, 그룹웨어(Groupware) 등으로도 불린다. 일정 관리, 업무흐름 관리, 정보 공유, 커뮤니케이션 등의 업무 보조 도구가 포함된다.

서버 개발

 서버 개발은 웹 애플리케이션의 로직을 구현할 서버 프로그램을 제작하여 웹 애플리케이션 서버(WAS)에 탑재하는 것을 의미한다. 서버 개발에 사용되는 프로그래밍 언어에는 Java, Javascript, Python, PHP, Puby 등이 있다. 각 프로그래밍 언어에는 해당 언어로 서버 프로그램을 개발할 수 있도록 지원하는 프레임워크가 있다.
 서버 개발 프레임워크는 서버 프로그램 개발 시 다양한 네트워크 설정, 요청 및 응답 처리, 아키텍처 모델 구현 등을 손쉽게 처리할 수 있도록 클래스나 인터페이스를 제공하는 소프트웨어를 의미한다. 서버 개발 프레임워크의 대부분은 모델-뷰-컨트롤러(MVC) 패턴을 기반으로 개발되었다. 대표적인 서버 프레임워크의 종류는 다음과 같다.

• Spring
  • JAVA를 기반으로 만들어진 프레임워크로, 전자정부 표준 프레임워크의 기반 기술로 사용되고 있다.
• Node.js
  • JavaScript를 기반으로 만들어진 프레임워크로, 비동기 입•출력 처리와 이벤트 위주이 높은 처리 성능을 갖고 있어 실시간으로 입•출력이 빈번한 애플리케이션에 적합하다.
• Django
  • Python을 기반으로 만들어진 프레임워크로, 컴포넌트의 재사용과 플러그인화를 강조하여 신속한 개발이 가능하도록 지원한다.
• Codeigniter
  • PHP를 기반으로 만들어진 프레임워크로, 인터페이스가 간편하여 서버 자원을 적게 사용한다.
• Ruby on Ralls
  • Puby를 기반으로 만들어진 프레임워크로, 테스트를 위한 웹 서버를 지원하여 데이터베이스 작업을 단순화, 자동화시켜 개발 코드의 길이가 짧아 신속한 개발이 가능하다.

 서버 개발 과정은 DTO/VO, SQL, DAO, Service, Controller를 각각 구현하는 과정이다. 구현 순서는 개발자가 임의로 변경할 수 있다. 개발하려는 서버 프로그램의 목적, 개발 언어, 규모 등의 이유로 통합되거나 세분화할 수 있다. 구현 과정은 다음과 같다.

• DTO/VO 구현
  • 데이터 교환을 위해 사용할 객체를 만드는 과정
  • 송•수신할 데이터의 자료형(Data Type)에 맞는 변수 및 객체를 생성함
• SQL 구현
  • 데이터의 삽입, 변경, 삭제 등의 작업을 수핼할 SQL문을 생성하는 과정
  • SQL문은 소스 코드 내에 직접 입력, 또는 별도의 XML 파일로 관리함
• DAO 구현
  • 데이터베이스에 접근하고, SQL을 활용하여 데이터를 실제로 조작하는 코드를 구현하는 과정
• Service 구현
  • 사용자의 요청에 응답하기 위한 로직을 구현하는 과정
• Controller 구현
  • 사용자의 요청에 적절한 서비스를 호출하여, 그 결과를 사용자에게 반환하는 코드를 구현하는 과정정

배치 프로그램

 배치 프로그램(Batch Program)은 사용자와의 상호 작용 없이 여러 작업들을 미리 정해진 일련의 순서에 따라 일관적으로 처리하도록 만든 프로그램을 의미한다. 배치 프로그램의 필수 요소는 다음과 같다.

• 대용량 데이터: 대량의 데이터를 가져오거나, 전달하거나, 계산하는 등의 처리가 가능해야 한다.
• 자동화: 심각한 오류가 발생하는 상황을 제외하고는 사용자의 개입 없이 수행되어야 한다.
• 견고성: 잘못된 데이터나 데이터 중복 등의 상황으로 중단되는 일 없이 수행되어야 한다.
• 안정성/신뢰성: 오류가 발생하면 오류의 발생 위치, 시간 등을 추적할 수 있어야 한다.
• 성능: 다른 응용 프로그램의 수행을 방해하지 않아야 하고, 지정된 시간 내에 처리가 안료되어야 한다.

 배치 스케줄러(Batch Scheduler)는 일괄 처리(Batch Processing) 작업이 설정된 주기에 맞춰 자동으로 수행되도록 지원해주는 도구이다. 특정 업무(Job)를 원하는 시간에 처리할 수 있도록 지원한다는 특성 때문에 잡 스케줄러(Job Scheduler)라고도 불린다. 주로 사용되는 배치 스케줄러는 다음과 같다.

• 스프링 배치(Spring Batch)
  • Spring Source 사와 Accenture 사가 공동 개발한 오픈 소스 프레임워크이다.
  • 로그 관리, 추적, 트랜잭션 관리, 작업 처리 통계, 작업 재시작 등의 다양한 기능을 제공한다.
• Quartz
  • 스프링 프레임워크로 개발되는 응용 프로그램들의 일괄 처리를 위한 다양한 기능을 제공하는 오픈 소스 라이브러리이다.
  • 수행할 작업과 수행 시간을 관리하는 요소들을 분리하여 일괄 처리 작업에 유연성을 제공한다.
• Cron
  • 리눅스의 기본 스케줄러 도구이다.
  • crontab 명령어를 통헤 작업을 예약할 수 있다.