JAVA - 프로토타입(Prototype) 패턴

1. 프로토타입 패턴이란?

프로토타입 패턴(Prototype Pattern)은 객체를 생성할 때 비용이 많이 들거나 복잡한 과정을 거치는 경우 기존 객체를 복제하여 새로운 객체를 생성하는 방식입니다. 이 패턴은 클론(복제) 메서드를 사용해 객체를 복사합니다.

객체를 복제하는 방식으로 객체를 생성하면 다음과 같은 장점이 있습니다:

• 객체 생성 비용 절감: 복잡한 초기화 과정을 반복할 필요 없이 기존 객체를 복제해 재사용할 수 있습니다.
• 유연성: 런타임에 객체의 구체적인 클래스를 몰라도 복제할 수 있습니다.

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2. 객체 복사와 클론 메서드

자바에서 객체를 복사할 때 주로 clone() 메서드를 사용합니다. clone() 메서드는 java.lang.Cloneable 인터페이스를 구현한 클래스에서 사용할 수 있습니다.

기본 구조:

1. 클래스가 Cloneable 인터페이스를 구현해야 합니다.
2. clone() 메서드를 오버라이드해서 객체의 복제 기능을 정의합니다.

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3. 깊은 복사와 얕은 복사의 차이

얕은 복사(Shallow Copy)

• 객체의 참조값만 복사됩니다.
• 복제된 객체와 원본 객체가 같은 내부 객체를 참조합니다.

깊은 복사(Deep Copy)

• 객체의 모든 값을 복제하며 내부 객체도 별도로 복사됩니다.
• 복제된 객체와 원본 객체는 완전히 독립적인 상태가 됩니다.

구분	얕은 복사	깊은 복사
특징	참조값만 복사	새로운 객체를 복사
결과	원본 객체와 내부 객체 공유	원본 객체와 완전히 분리된 상태

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4. 프로토타입 패턴의 클래스 다이어그램

+--------------------+
|   Prototype        |
|--------------------|
| + clone() : Object |
+--------------------+
          ^
          |
+--------------------+
|   ConcretePrototype|
|--------------------|
| + clone() : Object |
+--------------------+

• Prototype: 복제 메서드를 정의하는 인터페이스 혹은 추상 클래스입니다.
• ConcretePrototype: Prototype을 구현하며 복제 메서드를 실제로 구현하는 클래스입니다.

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5. 예제 코드: 프로토타입 패턴 구현

클래스 구조

// Prototype 인터페이스
interface Prototype extends Cloneable {
    Prototype clone();
}

// ConcretePrototype 구현 클래스
class Book implements Prototype {
    private String title;
    private Author author;

    public Book(String title, String authorName) {
        this.title = title;
        this.author = new Author(authorName);
    }

    @Override
    public Prototype clone() {
        try {
            // 얕은 복사
            Book copy = (Book) super.clone();
            // 깊은 복사: 내부 객체도 복제
            copy.author = new Author(this.author.getName());
            return copy;
        } catch (CloneNotSupportedException e) {
            e.printStackTrace();
            return null;
        }
    }

    public void setTitle(String title) { this.title = title; }
    public void setAuthorName(String name) { this.author.setName(name); }
    public void showInfo() {
        System.out.println("Title: " + title + ", Author: " + author.getName());
    }
}

class Author {
    private String name;
    public Author(String name) { this.name = name; }
    public String getName() { return name; }
    public void setName(String name) { this.name = name; }
}

// 사용 예시
public class PrototypePatternExample {
    public static void main(String[] args) {
        // 원본 객체 생성
        Book originalBook = new Book("Design Patterns", "Erich Gamma");
        System.out.println("=== Original Book ===");
        originalBook.showInfo();

        // 복제된 객체
        Book clonedBook = (Book) originalBook.clone();
        clonedBook.setTitle("Prototype Pattern");
        clonedBook.setAuthorName("John Doe");

        System.out.println("\n=== Cloned Book ===");
        clonedBook.showInfo();

        System.out.println("\n=== Original Book (After Cloning) ===");
        originalBook.showInfo();
    }
}

실행 결과

=== Original Book ===
Title: Design Patterns, Author: Erich Gamma

=== Cloned Book ===
Title: Prototype Pattern, Author: John Doe

=== Original Book (After Cloning) ===
Title: Design Patterns, Author: Erich Gamma

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6. 프로토타입 패턴의 장단점

장점

• 객체 생성 비용 절감: 복잡한 초기화 작업 없이 객체를 복제하여 생성합니다.
• 유연성: 런타임에 객체를 복제하여 다양하게 활용할 수 있습니다.
• 코드 재사용성: 클론 메서드를 활용하여 객체 생성 로직을 재사용합니다.

단점

• 깊은 복사 구현의 어려움: 깊은 복사를 구현하려면 객체의 모든 참조를 복사해야 합니다.
• Cloneable 인터페이스의 사용: 자바의 clone() 메서드와 Cloneable은 다소 사용하기 불편합니다.

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7. 결론

프로토타입 패턴은 객체를 복제하여 비용을 절감하고 객체 생성을 유연하게 할 수 있는 강력한 디자인 패턴입니다. 하지만 깊은 복사를 구현할 때 주의가 필요하며 clone() 메서드를 올바르게 구현하는 것이 중요합니다.