[디자인패턴/Design Pattern] State Pattern / 스태이트 패턴

관련 내용은 [자바 언어로 배우는 디자인 패턴 입문],[Head First Design Pattern]의 내용을 참고해서 정리한 내용입니다. 잘못된 부분은 댓글로 피드백 부탁드립니다.

1. State 패턴이란?

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객체의 내부 상태가 바뀜에 따라서 객체의 행동을 변경할 수 있도록 해주는 패턴

2. State 패턴의 등장인물

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• State(상태)의 역할
  1. 상태가 변할 때마다 다른 동작을 하는 인터페이스(API)를 결정합니다.
• ConcreteState(구체적인 상태)의 역할
  1. State의 인터페이스(API)를 구체적으로 구현합니다.
• Context(상황)의 역할
  1. 현재의 상태를 나타내는 ConcreteState 역할을 가집니다. 또한 State 패턴의 이용자에게 필요한 인터페이스(API)를 결정합니다.

     State 패턴의 클래스 다이어그램

     

3. 예제

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어렸을적 동전을 넣고 레버를 돌리면 장난감 캡슐을 주던 기계를 구현한다고 가정해봅니다.
이때, 해당 기계가 가지는 상태를 대충 정리해보면

1. 동전이 있음
2. 동전이 없음
3. 캡슐 출력 중
4. 캡슐 매진

간단하게 위와 같은 상황이 있다고 가정하고 클래스를 작성해봅니다.

3-1. 예제 GumballMachin 클래스

public class GumballMachin {
    enum State {
        HAS_QUARTER, NO_QUARTER, SOLD_OUT, SOLD
    }

    private State state = State.NO_QUARTER;

    // 동전 넣기
    public void insertQuarter() {
        if(state == State.HAS_QUARTER) {
            System.out.println("이미 동전이 있습니다.");
        } else if ( state == State.NO_QUARTER) {
            state = State.HAS_QUARTER;
            System.out.println("동전을 추가하셨습니다.");
        } else if ( state == State.SOLD_OUT) {
            System.out.println("캡슐이 매진되었습니다.");
        } else if ( state == State.SOLD) {
            System.out.println("캡슐이 나오고 있습니다. 잠시만 기다려주세요.");
        }
    }

    // 동전 반환하기
    public void ejectQuarter() {
        if(state == State.HAS_QUARTER) {
            System.out.println("동전이 반환됩니다.");
            state = State.NO_QUARTER;
        } else if ( state == State.NO_QUARTER) {
            System.out.println("동전을 추가해주세요.");
        } else if ( state == State.SOLD_OUT) {
            System.out.println("동전을 넣지 않으셨습니다.");
        } else if ( state == State.SOLD) {
            System.out.println("이미 캡슐을 뽑으셨습니다.");
        }
    }
    // 손잡이 돌리기
    // 캡슐 꺼내기
}

위와 같이 코드를 작성했다고 했을 경우, 행동이 생략된 손잡이 돌리기, 캡슐 꺼내기 외 여러가지가 더 있는 상황이라고 가정해봅니다.
이때 전혀 새로운 상태가 추가 된다면? 새로운 이프문을 추가하고... 검증하고... 생각만해도 머리가 아픕니다.
이럴경우 사용하는 패턴이 State 패턴입니다.

4. 해결방법

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해결방법은 상태라는 인터페이스를 구현하고 각각의 상태에서 행동을 정의하는 방식으로 설계를 합니다.

4-1. 클래스 다이어그램

4-2. GumballMachine 클래스

public class GumballMachin {

    State soldState;
    State soldOutState;
    State hasQuarterState;
    State noQuarterState;

    State state = soldOutState;
    int count = 0;

    public GumballMachin(int count) {
        this.soldState = new SoldState(this);
        this.soldOutState = new SoldOutState(this);
        this.hasQuarterState = new HasQuarterstate(this);
        this.noQuarterState = new NoQuarterState(this);
        this.count = count;
        if(count > 0) {
            state = noQuarterState;
        }
    }

    public void insertQuarter() {
        state.insertQuarter();
    }

    // 기타 필요 메소드
}

위와 같이 객체들을 구성으로 가지며, 생성자를 통해 초기화를 합니다. 이때 본인을 매개변수로 넘겨서 해당 State 클래스에서 참조할 수 있도록 합니다.

4-2. State 인터페이스

public interface State {
    public void insertQuarter();
    public void ejectQuarter();
    public void turnCrank();
    public void dispense();
}

공통된 행동을 정의합니다.

4-3. NoQuarterState 클래스

public class NoQuarterState implements State {
    GumballMachin gumballMachine;

    public NoQuarterState(GumballMachin gumballMachine) {
        this.gumballMachine = gumballMachine;
    }

    @Override
    public void dispense() {
        System.out.println("동전을 넣어주세요.");
    }

    @Override
    public void ejectQuarter() {
        System.out.println("동전을 넣어주세요.");
    }

    @Override
    public void insertQuarter() {
        System.out.println("동전을 넣으셨습니다.");

    }

    public void turnCrank() {
        System.out.println("동전을 넣어주세요.");
    }
}

해당 클래스와 같이 각각의 상태에 따라 행동을 정의해줍니다.
다른 HasQuarterstate, SoldOutState, SoldState 도 알맞게 정의해줍니다.

4-4. Main 클래스

public class Main {
    public static void main(String[] args) {

        GumballMachin gumballMachin = new GumballMachin(5);
        // 동전을 넣고 래버 당기기
        gumballMachin.insertQuarter();
        gumballMachin.turnCrank();

        // 동전을 넣고 동전 반환 받기
        gumballMachin.insertQuarter();
        gumballMachin.ejectQuarter();

        // 필요한 로직 작성...
    }
}

왜 사용할까?

• 클라이언트가 직접 상태를 조작하지 않아도, 객체의 상태를 각 ConcreteState 클래스들이 컨트롤 해주기 때문에 별도의 상태 조작 없이 객체를 사용할 수 있다.

5. 관련 패턴

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• Singleton 패턴 : ConcreteState 역할은 Singleton 패턴으로 구현되는 경우가 있습니다. link
• Flyweight 패턴 : 상태를 표시하는 클래스는 인스턴스를 갖지 않습니다. 따라서 해당 패턴을 사용해서 ConcreteState 역할을 복수의 Context 역할에서 공유할 수 있는 경우가 있습니다.

6. 비교하기

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얼핏 보면 클레스 다이어그램이 Strategy 패턴과 차이가 없어 보입니다. 하지만 이 두 패턴은 용도에 있어서 차이가 있습니다.

• Strategy 패턴 : 클라이언트가 어떤 전략을 사용할지 지정해줘야 합니다. 즉 사용자가 쉽게 알고리즘 전략을 바꿀 수 있도록 유연성 제공 link
• State 패턴 : 상태 객체의 일련의 행동이 캡슐화 되고, 그 객체의 내부 상태에 따라 현재 상태를 나타내는 객체가 바뀌게 되고, 자연스럽게 행동도 변경됩니다. 즉 클라이언트는 객체의 상태에 대해서 아무것도 몰라도 됩니다.