[소프트웨어 공학] UML-클래스 다이어그램 이해하기

클래스 다이어그램이란?

 

웹 애플리케이션을 설계하는데 클래스 다이어그램은 필수적으로 등장하는 UML이다.

 

소프트웨어 공학에서 이야기하듯 UML 에는 크게 2가지의 종류로 나뉘게 되는데

 

1. Behavior Diagram
2. Structure Diagram

 

클래스 다이어그램은 각 컴포넌트들의 정적인 면을 보기 위한 Structure Diagram 에 속하는 대표적인 모델링 기법을 의미한다.

 

다시 한 마디로 클래스 다이어그램을 정의하자면 다음과 같다.

 

클래스 다이어그램은 시스템의 정적인 면을 보여주는 대표적인 UML로 각 컴포넌트들 사이의 관계를 표현한다.

 

우리는 이러한 클래스 다이어그램을 이용해서 시스템을 설계하고 협업에 있어 의사소통 도구로 사용하게 된다.

 

이런 클래스 다이어그램을 이용하게 된다면 각 클래스간의 의존 관계를 명확히 표현하기 때문에 순환적 의존이 발생하는 지점을 쉽게 찾을 수 있게 된다.

 

클래스 다이어그램의 요소

 

클래스 다이어그램에는 크게 3가지의 요소가 존재한다.

 

• Class
• Stereo Type
• Abstract Class/Method

 

클래스 다이어그램의 요소 1. Class

 

클래스는 다음과 같이 3개의 파트로 구성이 된다.

 

 

1. 클래스 이름
2. 속성
3. 기능

 

예를 들어 다음과 같은 클래스가 존재한다고 해보자.

 

public class User {
    private int age;
    private String address = "서울특별시";
    private String name;

    public void setInformation(int age, String address, String name) {
        // do something
    }

    public String introduceMessage() {
        return "some string";
    }

    private void delete() {
        // do something
    }
}

 

위의 클래스에는 3개의 속성과 3개의 메서드 기능이 존재하고 그들은 각각 public / private 접근 제한자가 걸려있다면 다음과 같은 클래스 다이어그램이 나오게 될 것이다.

 

 

클래스 다이어그램에서는 위와 같은 형태로 Access Modifier, Fields, Data Type, Parameters, Return Type 을 표현할 수 있다.

 

클래스에서는 속성과 기능은 필요에 따라 생략될 수 있지만 클래스명은 당연히도 생략이 불가능하다.

 

클래스 다이어그램의 요소 2. Stereo Type

 

스테레오 타입이란 UML 에서 제공하는 기본 요소 외에 추가적인 확정 요소를 나타내는 것으로 쌍 꺾쇠 Guillemet <<>> 사이에 명시한다.

 

public interface Notificator {
    void execute();
}

 

위와 같은 interface 또한 확장 요소인 스테레오 타입에 속하는데, 이를 클래스 다이어그램에서는 다음과 같이 표현한다.

 

 

이러한 스테레오 타입은 인터페이스 뿐만 아니라 Enum, 외부 모듈의 유틸리티 또한 표현이 가능하다.

 

클래스 다이어그램의 요소 3. Abstract Class/Method

 

추상 클래스 또한 클래스 다이어그램에서 표현할 수 있다.

 

 

추상 클래스를 표현하는 방법은 크게 2가지가 있다.

 

1. Italic Font
2. {abstract} 프로퍼티

 

UML 툴을 이용하거나 GoF 의 디자인 패턴 책에서는 추상 클래스를 이탤릭으로 표현하지만 혼동이 있을 수 있기 때문에 {abstract} 프로퍼티를 사용하기도 한다.

 

클래스 다이어그램의 관계 표현

 

클래스 다이어그램 에서는 각 클래스 컴포넌트간의 관계를 표현하는 것이 가장 중요하다.

 

 

이런 관계의 표현을 위해는 다양한 관계가 존재하는데,

 

• 일반화 관계
• 실체화 관계
• 의존 관계
• 연관 관계
• 집합 관계
• 합성 관계

 

하나씩 알아보도록 하자

 

클래스의 관계 표현 - Generalization, 일반화 관계

is a kind of 관계

 

일반화 관계는 부모 클래스와 자식 클래스 간의 상속 관계를 나타낸다.

 

public class User {
    private int age;
    private String address = "서울특별시";
    private String name;

    public void setInformation(int age, String address, String name) {
        // do something
    }

    public String introduceMessage() {
        return "some string";
    }
}

public class Member extends User {
    @Override
    public void setInformation(int age, String address, String name) {
        // do something
    }

    @Override
    public String introduceMessage() {
        return "return something";
    }
}

public class Admin extends User {
    @Override
    public void setInformation(int age, String address, String name) {
        // do something
    }

    @Override
    public String introduceMessage() {
        return "return something";
    }
}

 

 

자식 클래스에서 슈퍼 클래스로 실선과 비어있는 삼각형을 이용하여 표현한다.

 

클래스의 관계 표현 - Realization, 실체화 관계

 

실체화 관계는 인터페이스의 명세만 존재하는 메서드를 오버라이딩하여 실제 기능이 동작하도록 구현하는 것을 말한다.

 

실체화 관계가 바로 다형성을 실현할 수 있는 관계이다.

 

public interface Notificator {
    void execute();
}

public class ToastNotificator implements Notificator {
    @Override
    public void execute() {
        // do something
    }
}

 

 

구현하는 클래스에서 인터페이스로 점선과 비어있는 삼각형을 이용하여 표현한다

 

클래스의 관계 표현 - Dependency, 의존 관계

 

의존 관계는 클래스 다이어그램에서 일반적으로 가장 많이 사용되는 관계로 다른 클래스를 참조할 때 의존 관계라고 한다.

 

추가로 어떤 목적의 Dependency 인지 명확히 명시할 수 있는데, 의존의 목적에 따라 표현하는 것이 명확할 수 있다.

 

의존의 목적에는 다음과 같은 항목들이 존재한다.

 

• create : 다른 클래스로 메시지가 전달될 때
• local : 다른 클래스의 데이터의 일부가 될 때
• parameter : 다른 클래스의 오퍼레이션의 매개변수

 

public interface Notificator {
    void execute();
}

public class ToastNotificator implements Notificator {
    @Override
    public void execute() {
        System.out.println("Toast 를 이용하여 notify");
    }
}

public class Notifier {
    void notifyBy(Notificator notificator) {
        if (notificator.getClass().equals(ToastNotificator.class)) {
            notificator.execute();
        }
    }
}

 

 

Dependency 관계에서는 Instance 의 reference 가 유지되지 않는다.

 

위의 경우에서는 Notificator 의 reference 를 가지고 메서드를 호출한 뒤 연관을 끊고 있기에 Dependency 관계가 만족되는 것이다.

 

참조하는 클래스에서 대상 클래스로 점선과 화살표를 이용하여 표현한다.

 

참고로 참조의 형태는 메서드 내부에서 대상 클래스의 객체의 생성, 메서드 호출, 객체 리턴 등을 의미하며 계속해서 객체의 참조를 유지하지는 않는다.

 

클래스의 관계 표현 - Association, 연관 관계

 

연관 관계는 다른 객체의 참조를 가지는 필드를 의미한다.

 

연관 관계는 의존 관계와 다르게 참조를 계속해서 유지한다

 

public class UserService {
    void add() {
      // do something
    }
}


public class UserController {
    private UserService userService;

    void create() {
        userService.add();
    }
}

 

 

클래스의 관계 표현 - Aggregation, 집합 관계

has a 관계 (약한 집합)

 

집합은 Aggregration, Shared Aggregation 으로 2가지 방법으로 표현된다.

 

주로 Whole - Part, 전체 - 부분 의 관계를 표현한다.

 

Aggregation 은 Association 의 집합 관계를 나타내는 것으로 Collections 나 Array 를 이용하여 집합을 다루는 관계이다.

 

또한 단순 집합을 의미하기 때문에 전체가 소멸되더라도 부분 요소는 소멸되지 않고, 전체 요소가 소멸될 때 부분 요소가 소멸되지 않을 수 있다. 이를 느슨한 집합 (연결) 관계라고도 한다

 

public class House {
    private AirConditioner airConditioner;
    private TV tv;

    public House(AirConditioner airConditioner, TV tv) {
        this.airConditioner = airConditioner;
        this.tv = tv;
    }
}

public class AirConditioner {
    void turnOn() {
        // do Something
    }
}

public class TV {
    void turnOn() {
        // do Something
    }
}

 

 

집합 대상 클래스에서 참조하는 클래스로 속이 비어있는 마름모로 표현한다.

 

클래스의 관계 표현 - Composition, 합성 관계

 

has a 관계 (강한 집합)

합성은 Composition, Composite Aggregation 이라고 불힌다.

 

Aggregation 과 비슷하게 Whole - Part, 전체 - 부분 의 관계를 표현하지만 Aggregation 보다 더 강한 집합 관계이다.

 

강한 집합이란 part 가 whole 에 종속적이어서 part가 whole 에 소유되는데 이에 반해 Aggregation 은 Part 가 Whole 에 독립적이어서 Whole 이 Part 를 빌려 쓰는 것과 비슷하다.

 

이런 강한 집합에서는 전체 요소가 소멸될 때 모든 부분 요소도 함께 소멸되게 된다는 특징이 존재한다.

 

즉, Composition 관계는 전체 요소와 부분 요소가 같은 Life-Cycle을 갖는 것이라고 할 수 있다.

 

public class Car {

    private Engine engine;
    private Wheel wheel;

    public Car() {
        this.engine = new Engine();
        this.wheel = new Wheel();
    }
}

public class Engine {
    void start() {
        // do something
    }
}

public class Wheel {
    private int inch = 33;

    public int getInch() {
        return inch;
    }
}

 

 

집합 대상 클래스에서 참조하는 클래스로 속이 찬 마름모로 표현한다.

 

전체 정리

 

위의 내용들을 정리한다면 다음과 같다.

 

public class A {
    B b;
    C c;
    D d;

    public A() {
        b = new B(); // 합성 관계
    }

    public A(C c) {
        this.c = c; // 집합 관계
    }

    public void doSomething(D d) { // 연관 관계
        this.d = d;
    }

    public void doSomething(E e) { // 의존 관계
        e.trigger();
    }
}

 

• A 와 B 는 합성 관계
• A 와 C 는 집합 관계
• A 와 D 는 연관 관계
• A 와 E 는 의존 관계

추가로 어떠한 사실 관계로 따진다면 아래의 그림과 같이 나누는 것도 가능하다