Design Principles

소프트웨어 설계 원칙 (Design Principles)

소프트웨어 설계 원칙 (Design Principles) 은 소프트웨어 및 시스템 설계의 근간이 되는 원칙으로, 시스템의 구조와 품질을 결정하는 데 중요한 역할을 한다. 이러한 원칙들은 유지보수성, 확장성, 성능, 보안 등을 향상시키기 위해 설계 단계에서부터 고려되어야 하며, SOLID, DRY, KISS, YAGNI 등의 원칙들이 포함된다. 이러한 원칙들을 이해하고 적용함으로써 고품질의 소프트웨어를 개발할 수 있다.

핵심 개념

소프트웨어 설계 원칙은 소프트웨어 시스템을 설계할 때 따라야 하는 지침과 규칙의 집합으로, 시스템의 품질과 유지보수성을 향상시키는 데 목적이 있다.

기본 개념:

• 설계 원칙 (Design Principles): 소프트웨어 품질 향상을 위한 검증된 가이드라인
• 느슨한 결합 (Loose Coupling): 모듈 간 의존성을 최소화하는 설계 방식
• 높은 응집도 (High Cohesion): 모듈 내부 요소들이 밀접하게 관련된 설계
• 관심사의 분리 (Separation of Concerns): 서로 다른 기능을 별도 모듈로 분리
  심화 개념
• 추상화 (Abstraction): 복잡성을 숨기고 필수 요소만 노출
• 캡슐화 (Encapsulation): 데이터와 메서드를 하나의 단위로 묶어 정보 은닉
• 다형성 (Polymorphism): 같은 인터페이스로 다양한 구현체 사용
• 의존성 주입 (Dependency Injection): 외부에서 의존성을 주입하여 결합도 감소

이러한 개념들을 바탕으로 주요 원칙들은 아래와 같다:

• SOLID 원칙:
  • 단일 책임 원칙 (Single Responsibility Principle): 클래스는 하나의 책임만 가져야 한다.
  • 개방 - 폐쇄 원칙 (Open/Closed Principle): 확장에는 열려 있어야 하고, 수정에는 닫혀 있어야 한다.
  • 리스코프 치환 원칙 (Liskov Substitution Principle): 하위 클래스는 상위 클래스의 기능을 대체할 수 있어야 한다.
  • 인터페이스 분리 원칙 (Interface Segregation Principle): 클라이언트는 자신이 사용하지 않는 인터페이스에 의존하지 않아야 한다.
  • 의존 역전 원칙 (Dependency Inversion Principle): 고수준 모듈은 저수준 모듈에 의존해서는 안 되며, 추상화에 의존해야 한다.
• DRY(Don’t Repeat Yourself): 중복을 피하고, 재사용 가능한 코드를 작성해야 한다.
• KISS(Keep It Simple, Stupid): 설계를 단순하게 유지해야 한다.
• YAGNI(You Aren’t Gonna Need It): 현재 필요하지 않은 기능은 구현하지 않아야 한다.

배경

Design Principles 는 소프트웨어 개발 과정에서 반복적으로 발생하는 문제들을 해결하기 위해 개발된 원칙들이다. 1970 년대부터 시작된 구조적 프로그래밍, 1980 년대의 객체지향 프로그래밍 등의 발전과 함께 형성되었으며, 특히 1990 년대 Robert Martin(Uncle Bob) 의 SOLID 원칙과 Gang of Four 의 디자인 패턴이 현대적 형태의 기초를 확립했다.

목적 및 필요성

소프트웨어 설계 원칙의 목적은 다음과 같다:

• 유지보수성 향상: 코드의 가독성과 이해도를 높여 유지보수를 용이하게 한다.
• 확장성 확보: 변화하는 요구사항에 유연하게 대응할 수 있도록 한다.
• 재사용성 증대: 모듈화된 설계를 통해 코드의 재사용성을 높인다.
• 품질 향상: 버그를 줄이고, 안정적인 소프트웨어를 개발할 수 있다.

주요 기능 및 역할

설계 원칙은 다음과 같은 역할을 한다:

• 구조화: 시스템을 명확한 구조로 설계하여 이해도를 높인다.
• 표준화: 개발 팀 내에서 일관된 설계 방식을 유지한다.
• 의사소통: 설계에 대한 명확한 기준을 제공하여 팀원 간의 의사소통을 원활하게 한다.

특징

• 보편성: 프로그래밍 언어와 플랫폼에 독립적
• 상호보완성: 여러 원칙들이 함께 적용될 때 시너지 효과
• 점진적 적용: 프로젝트 규모와 복잡도에 따른 단계적 적용 가능
• 경험 기반: 수십 년간의 개발 경험에서 도출된 실용적 지침

핵심 원칙

SOLID 원칙

기타 핵심 원칙

graph TB
    subgraph "Design Principles"
        subgraph "필수 구성요소"
            A1[SOLID 원칙]
            A2[DRY 원칙]
            A3[KISS 원칙]
        end
        
        subgraph "선택적 구성요소"
            B1[YAGNI 원칙]
            B2[Law of Demeter]
            B3[Composition over Inheritance]
            B4[Convention over Configuration]
        end
        
        subgraph "적용 계층"
            C1[클래스 레벨]
            C2[모듈 레벨]
            C3[시스템 레벨]
        end
        
        subgraph "품질 속성"
            D1[유지보수성]
            D2[확장성]
            D3[재사용성]
            D4[테스트 용이성]
        end
    end
    
    A1 --> C1
    A1 --> C2
    A2 --> C1
    A2 --> C2
    A3 --> C1
    A3 --> C2
    A3 --> C3
    
    B1 --> C2
    B1 --> C3
    B2 --> C1
    B3 --> C1
    B3 --> C2
    B4 --> C3
    
    C1 --> D1
    C1 --> D4
    C2 --> D2
    C2 --> D3
    C3 --> D1
    C3 --> D2

장점과 단점

분류에 따른 종류 및 유형

실무 적용 예시

활용 사례

사례 1: 쇼핑몰 백엔드 시스템 설계

시나리오: 쇼핑몰 플랫폼의 주문 처리 시스템은 다양한 외부 서비스와 연동되며 빠르게 변경되는 비즈니스 요구에 따라 확장되어야 함.

사용된 설계 원칙:

• SRP: 주문 도메인을 주문 처리, 결제 처리, 배송 처리로 분리
• OCP: 새로운 결제 수단 추가 시 기존 클래스 수정 없이 새로운 클래스 추가
• DIP: 의존성 주입을 통해 상위 모듈과 하위 모듈 간 의존성 분리

시스템 구성 다이어그램:

graph TD
  A[OrderController] --> B[OrderService]
  B --> C["PaymentProcessor (interface)"]
  C --> D[PayPalService]
  C --> E[StripeService]
  B --> F[ShippingService]

Workflow:

1. 사용자가 주문을 요청 → OrderController
2. OrderService 는 주문 처리 후 인터페이스에 따라 결제 요청
3. 결제 수단에 따라 해당 구현체 호출
4. 결제 완료 후 배송 서비스 호출

설계 원칙 역할:

• SOLID 로 변경에 강하고 확장 가능한 구조 유지
• DIP 로 테스트 및 유지보수 용이

사례 2: 사용자 맞춤형 뉴스 피드 애플리케이션

시나리오: 한 스타트업이 사용자 맞춤형 뉴스 피드 애플리케이션을 개발하고자 한다. 이 애플리케이션은 다양한 뉴스 소스를 통합하고, 사용자의 관심사에 맞는 콘텐츠를 제공해야 한다.

적용된 설계 원칙:

• 단일 책임 원칙 (SRP): 뉴스 수집, 사용자 프로필 관리, 추천 알고리즘 등을 각각의 서비스로 분리
• 개방 - 폐쇄 원칙 (OCP): 새로운 뉴스 소스 추가 시 기존 코드를 수정하지 않고 확장 가능하도록 설계
• 의존 역전 원칙 (DIP): 뉴스 수집 서비스가 구체적인 뉴스 소스에 의존하지 않고, 추상화된 인터페이스에 의존하도록 설계

시스템 구성 다이어그램:

graph TD
    A[사용자 인터페이스] --> B[뉴스 추천 서비스]
    B --> C[뉴스 수집 서비스]
    B --> D[사용자 프로필 서비스]
    C --> E[뉴스 소스 API]
    D --> F[사용자 데이터베이스]

워크플로우:

1. 사용자가 애플리케이션에 접속하여 뉴스 피드를 요청한다.
2. 뉴스 추천 서비스는 사용자 프로필 서비스를 통해 관심사를 조회한다.
3. 뉴스 수집 서비스는 다양한 뉴스 소스 API 를 통해 최신 뉴스를 수집한다.
4. 뉴스 추천 서비스는 수집된 뉴스 중에서 사용자의 관심사에 맞는 콘텐츠를 선별하여 사용자에게 제공한다.

사례 3: 온라인 쇼핑몰 플랫폼 구축

시나리오: 온라인 쇼핑몰 플랫폼 구축
시스템 구성

graph TB
    subgraph "클라이언트 계층"
        A1[웹 클라이언트]
        A2[모바일 앱]
        A3[관리자 콘솔]
    end
    
    subgraph "API Gateway 계층"
        B1[API Gateway]
        B2[인증 서비스]
        B3[로드 밸런서]
    end
    
    subgraph "비즈니스 서비스 계층"
        C1[사용자 서비스]
        C2[상품 서비스]
        C3[주문 서비스]
        C4[결제 서비스]
        C5[배송 서비스]
        C6[알림 서비스]
    end
    
    subgraph "데이터 계층"
        D1[사용자 DB]
        D2[상품 DB]
        D3[주문 DB]
        D4[결제 DB]
        D5[Redis Cache]
    end
    
    subgraph "외부 서비스"
        E1[결제 게이트웨이]
        E2[배송 업체 API]
        E3[이메일 서비스]
    end
    
    A1 --> B1
    A2 --> B1
    A3 --> B1
    
    B1 --> B2
    B1 --> B3
    B3 --> C1
    B3 --> C2
    B3 --> C3
    B3 --> C4
    B3 --> C5
    B3 --> C6
    
    C1 --> D1
    C2 --> D2
    C3 --> D3
    C4 --> D4
    C1 --> D5
    C2 --> D5
    
    C4 --> E1
    C5 --> E2
    C6 --> E3

적용된 Design Principles 와 역할:

1. Single Responsibility Principle (SRP)

   • 각 마이크로서비스가 단일 비즈니스 기능 담당
   • 사용자 서비스: 회원 관리만
   • 주문 서비스: 주문 처리만
   • 결제 서비스: 결제 처리만

2. Open/Closed Principle (OCP)

   • API Gateway 를 통한 새로운 서비스 추가 용이
   • 플러그인 방식의 결제 방법 확장

3. Dependency Inversion Principle (DIP)

   • 서비스 간 직접 의존 대신 인터페이스 기반 통신
   • 외부 서비스와의 느슨한 결합

4. Interface Segregation Principle (ISP)

   • 클라이언트별 특화된 API 엔드포인트 제공
   • 웹/모바일/관리자 전용 인터페이스 분리

Workflow:

sequenceDiagram
    participant Client as 클라이언트
    participant Gateway as API Gateway
    participant Auth as 인증 서비스
    participant Product as 상품 서비스
    participant Order as 주문 서비스
    participant Payment as 결제 서비스
    participant Shipping as 배송 서비스
    participant Notification as 알림 서비스
    
    Client->>Gateway: 주문 요청
    Gateway->>Auth: 인증 확인
    Auth-->>Gateway: 인증 성공
    
    Gateway->>Product: 상품 재고 확인
    Product-->>Gateway: 재고 충분
    
    Gateway->>Order: 주문 생성
    Order-->>Gateway: 주문 ID 반환
    
    Gateway->>Payment: 결제 처리
    Payment->>Payment: 결제 검증 (KISS 원칙)
    Payment-->>Gateway: 결제 완료
    
    Gateway->>Order: 주문 상태 업데이트
    Order-->>Gateway: 업데이트 완료
    
    Gateway->>Shipping: 배송 요청
    Shipping-->>Gateway: 배송 등록 완료
    
    Gateway->>Notification: 알림 발송
    Notification-->>Gateway: 알림 전송 완료
    
    Gateway-->>Client: 주문 완료 응답

실무 적용 시 고려사항 및 주의할 점

• 도입은 단계별로, 핵심 원칙부터 시작해야 실무 적용이 효율적.
• 팀 내 일관성 유지와 자동화 도구 활용은 설계 품질을 장기적으로 유지하는 핵심 수단.
• 설계 원칙은 성능, 가독성, 생산성과의 균형 속에서 적용되어야 하며, 지나친 이상주의는 오히려 장애가 될 수 있다.

최적화하기 위한 고려사항 및 주의할 점

다음은 **설계 원칙 (Design Principles)**을 적용할 때 실무에서 성능을 최적화하기 위한 고려사항 및 주의할 점을 중복 없이 통합·정리한 표입니다. 이 표는 설계 최적화, 런타임 최적화, 운영 환경 모니터링까지 전체 개발 생애주기를 아우르는 관점에서 구성되어 있습니다.

🚀 성능을 최적화하기 위한 고려사항 및 주의할 점

• 성능 중심 설계에서는 단순화, 직접 호출, 최소 추상화가 유리.
• **Hot Path(성능 핵심 경로)**와 일반 경로의 설계 기준은 분리되어야 하며, 가독성과 설계 원칙보다 실제 성능 우선 전략이 필요할 수 있다.
• 설계 원칙은 절대 법칙이 아닌 지침이며, 성능 병목이 예상되거나 확인된 부분에서는 선택적으로 설계 원칙을 완화하는 것이 실무적이다.

주제와 관련하여 주목할 내용

추가 학습 주제 정리

참고 및 출처

🔷 설계 원칙 및 일반 개념

• Martin Fowler - Design Principles
• GeeksforGeeks: Principles of Software Design
• Wikipedia: Software Design
• Wikipedia: SOLID
• LinkedIn: Software Engineering Principles
• Swimm: 6 Software Design Principles Used by Successful Engineers
• Medium: 9 Popular Software Design Principles
• Scalastic: SOLID, DRY, KISS 등 설계 원칙 정리
• Boldare: DRY, KISS, YAGNI 설명
• Essential Software Design Principles – DesignGurus

🔷 객체지향 고급 개념

• Law of Demeter - Wikipedia
• Law of Demeter in Java – GeeksforGeeks
• Composition over Inheritance - Wikipedia
• Composition vs Inheritance – ArjanCodes

🔷 클린 아키텍처 및 프레임워크

• Clean Architecture by Robert C. Martin – O’Reilly
• AWS Well-Architected Framework - Design Principles
• Google Engineering Practices Guide
• Microsoft Azure Architecture Center
• ThoughtWorks Technology Radar

🔷 아키텍처 및 패턴

• Educative: Software Architecture Diagramming and Patterns
• Red Hat: 14 Software Architecture Design Patterns
• TutorialsPoint: Software Architecture Design Principles
• LinkedIn: Component Design Principles
• ICTWorks: Updated Principles for Digital Development