디자인 패턴 시리즈 8: 상태 패턴 (State Pattern)

상태 패턴(State Pattern)은 객체의 상태가 바뀔 때, 그에 따라 객체의 행동(behavior)도 달라지도록 하는 패턴이다.
이를 통해 상태에 따른 조건문을 줄이고, 상태별로 행동을 개별 클래스로 분리할 수 있다.
즉, 객체의 상태 변화에 따라 행동이 변하는 경우에 유용하게 사용된다.

상태 패턴의 필요성

객체가 여러 상태를 가지며, 상태에 따라 다르게 동작해야 하는 경우, 상태 패턴을 사용하면 상태에 따른 조건문을 객체의 내부 구조로 옮길 수 있다.
만약 상태가 추가되거나 변경되더라도 코드 변경이 최소화되며, 유지보수가 쉬워진다.

예시: 문(Door) 상태 시스템

문을 예로 들어보자. 문은 여러 가지 상태를 가질 수 있다.
예를 들어, 문이 열려 있거나, 닫혀 있거나, 잠겨 있는 상태가 될 수 있다.
상태에 따라 행동이 달라지는데, 열려 있는 문은 닫을 수 있고, 닫혀 있는 문은 열 수 있다.
상태 패턴을 사용하면 이러한 상태별 행동을 클래스로 분리할 수 있다.

상태 패턴의 구조

상태 패턴은 다음과 같은 구성 요소로 이루어진다:

Context: 상태 변화를 관리하는 객체이다. 현재 상태를 알고 있으며, 상태에 따라 행동을 위임한다.
State: 상태를 나타내는 인터페이스로, 특정 상태에서 수행할 행동을 정의한다.
ConcreteState: 각 상태를 구체적으로 구현한 클래스들로, State 인터페이스를 구현하며 상태에 따른 행동을 정의한다.

구조 다이어그램

Context
   ├─ changeState(State)
   └─ request()

State
   └─ handle(Context)

ConcreteStateA
   └─ handle(Context)

ConcreteStateB
   └─ handle(Context)

상태 패턴 동작 순서

상태 변경: Context 객체는 현재 상태를 알고 있으며, 특정 상태에서 발생하는 이벤트에 따라 상태를 변경할 수 있다.
행동 위임: Context 객체는 현재 상태에 따라 행동을 상태 객체에 위임한다. 상태 객체는 handle() 메서드를 통해 구체적인 동작을 수행한다.

상태 패턴 예시 (State Pattern)

이번 예시에서는 문 객체가 열리고 닫히는 상태를 구현해보겠다. 문은 세 가지 상태를 가질 수 있다: 열림(Open), 닫힘(Closed), 잠금(Locked).

Java로 상태 패턴 구현하기

// 상태 인터페이스 (State)
interface DoorState {
    void open(DoorContext door);
    void close(DoorContext door);
    void lock(DoorContext door);
    void unlock(DoorContext door);
}

// Context 클래스
class DoorContext {
    private DoorState currentState;

    public DoorContext() {
        currentState = new ClosedState(); // 처음에는 문이 닫혀 있는 상태
    }

    public void setState(DoorState state) {
        currentState = state;
    }

    public void open() {
        currentState.open(this);
    }

    public void close() {
        currentState.close(this);
    }

    public void lock() {
        currentState.lock(this);
    }

    public void unlock() {
        currentState.unlock(this);
    }
}

// 열림 상태 (ConcreteState)
class OpenState implements DoorState {
    @Override
    public void open(DoorContext door) {
        System.out.println("문은 이미 열려 있습니다.");
    }

    @Override
    public void close(DoorContext door) {
        System.out.println("문을 닫습니다.");
        door.setState(new ClosedState()); // 닫힌 상태로 전환
    }

    @Override
    public void lock(DoorContext door) {
        System.out.println("열린 문은 잠글 수 없습니다.");
    }

    @Override
    public void unlock(DoorContext door) {
        System.out.println("문은 이미 열려 있습니다.");
    }
}

// 닫힘 상태 (ConcreteState)
class ClosedState implements DoorState {
    @Override
    public void open(DoorContext door) {
        System.out.println("문을 엽니다.");
        door.setState(new OpenState()); // 열린 상태로 전환
    }

    @Override
    public void close(DoorContext door) {
        System.out.println("문은 이미 닫혀 있습니다.");
    }

    @Override
    public void lock(DoorContext door) {
        System.out.println("문을 잠급니다.");
        door.setState(new LockedState()); // 잠긴 상태로 전환
    }

    @Override
    public void unlock(DoorContext door) {
        System.out.println("문이 이미 닫혀 있습니다.");
    }
}

// 잠김 상태 (ConcreteState)
class LockedState implements DoorState {
    @Override
    public void open(DoorContext door) {
        System.out.println("잠긴 문은 열 수 없습니다.");
    }

    @Override
    public void close(DoorContext door) {
        System.out.println("문이 이미 닫혀 있고 잠겨 있습니다.");
    }

    @Override
    public void lock(DoorContext door) {
        System.out.println("문은 이미 잠겨 있습니다.");
    }

    @Override
    public void unlock(DoorContext door) {
        System.out.println("문을 잠금 해제합니다.");
        door.setState(new ClosedState()); // 닫힌 상태로 전환
    }
}

// 클라이언트 코드
public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        DoorContext door = new DoorContext();

        door.open();  // 문을 엽니다.
        door.lock();  // 열린 문은 잠글 수 없습니다.
        door.close(); // 문을 닫습니다.
        door.lock();  // 문을 잠급니다.
        door.open();  // 잠긴 문은 열 수 없습니다.
        door.unlock(); // 문을 잠금 해제합니다.
        door.open();  // 문을 엽니다.
    }
}

코드 설명

상태 인터페이스(State): DoorState 인터페이스는 문이 열리거나 닫히고 잠길 때의 행동을 정의한다.
Context 클래스: DoorContext는 현재 문 상태를 관리하며, 상태 변경과 요청을 위임한다.
구체적인 상태(ConcreteState): OpenState, ClosedState, LockedState는 각기 다른 상태에서의 동작을 정의하며, 상태에 따라 문이 어떻게 행동하는지 나타낸다.

출력 결과

문을 엽니다.
열린 문은 잠글 수 없습니다.
문을 닫습니다.
문을 잠급니다.
잠긴 문은 열 수 없습니다.
문을 잠금 해제합니다.
문을 엽니다.

상태 패턴의 장점

상태별 행위 분리: 상태에 따른 행동을 개별 클래스에 분리하여 복잡한 조건문을 제거할 수 있다.
유연한 상태 변경: 상태 변경이 자유롭고, 새로운 상태가 추가될 때 기존 코드에 영향을 미치지 않는다.
코드 가독성: 상태별 로직이 깔끔하게 분리되어, 가독성과 유지보수성이 향상된다.

상태 패턴의 단점

클래스 증가: 상태별로 클래스를 추가해야 하기 때문에, 상태가 많을수록 클래스 개수가 늘어난다.
복잡성: 간단한 상태 전환에는 오히려 패턴이 복잡해질 수 있다. 적절한 경우에만 사용해야 한다.

마무리

상태 패턴은 객체가 상태에 따라 다르게 행동할 때 유용한 패턴이다.
조건문을 많이 사용하는 코드에서 상태별 행동을 클래스로 분리하여, 코드의 유지보수성을 높이고 복잡도를 줄일 수 있는 방법을 제공한다.
문과 같은 상태 변화가 빈번한 시스템에서 유용하게 적용될 수 있다.

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