🏗️ 소프트웨어 설계의 원리와 실제

1. 소프트웨어 설계란?

소프트웨어 설계(Software Design)는 요구사항 분석 단계에서 정의된 '무엇을(What)' 만들 것인지를 바탕으로, '어떻게(How)' 그것을 구현할 것인지를 계획하고 구체화하는 과정입니다.

이는 마치 건물을 짓기 전에 건축가가 작성하는 설계도(Blueprint)와 같습니다. 어떤 구조로 만들지, 각 부분은 어떤 역할을 하며 서로 어떻게 상호작용할지 등을 결정합니다. 잘된 설계는 소프트웨어의 품질, 유지보수성, 확장성을 결정짓는 핵심적인 단계입니다.

2. 설계의 수준 (Levels of Design)

소프트웨어 설계는 추상화 수준에 따라 크게 상위 설계와 하위 설계로 나뉩니다.

상위 설계 (High-Level Design / 아키텍처 설계)

시스템 전체의 구조를 설계하는 '숲'을 보는 단계입니다. 시스템을 구성하는 주요 컴포넌트(모듈)들과 그들 간의 관계, 그리고 시스템이 사용할 기술 스택, 데이터베이스 구조 등을 정의합니다.

시스템을 어떤 모듈(예: 사용자 관리, 상품 관리, 주문 관리)로 나눌 것인가?
각 모듈은 어떻게 통신할 것인가? (예: REST API)
어떤 데이터베이스를 사용할 것인가? (예: MySQL, PostgreSQL)
어떤 아키텍처 패턴(예: MVC, 마이크로서비스)을 적용할 것인가?

하위 설계 (Low-Level Design / 상세 설계)

상위 설계에서 정의된 각 컴포넌트의 내부를 상세하게 설계하는 '나무'를 보는 단계입니다. 실제 코드를 작성하기 직전의 구체적인 계획을 세웁니다.

각 모듈 내부의 클래스들은 어떻게 구성할 것인가?
클래스들은 어떤 속성(Attribute)과 메서드(Method)를 가질 것인가?
특정 기능을 구현하기 위해 어떤 알고리즘을 사용할 것인가?
변수명, 함수 시그니처 등 구체적인 명세를 정의합니다.

3. 좋은 설계의 핵심 원칙 🧩

좋은 설계를 위해서는 몇 가지 중요한 원칙을 따라야 합니다. 그중 가장 기본이 되는 것은 '응집도'와 '결합도'입니다.

높은 응집도 (High Cohesion): 하나의 모듈이 하나의 특정 기능에만 집중하고 관련 있는 기능끼리 잘 뭉쳐있는 정도를 의미합니다. 응집도는 높을수록 좋습니다. 응집도가 높은 모듈은 이해하기 쉽고, 수정이 필요할 때 해당 모듈만 변경하면 되므로 유지보수가 용이합니다.
낮은 결합도 (Low Coupling): 모듈과 모듈 사이의 의존성을 의미합니다. 결합도는 낮을수록 좋습니다. 결합도가 낮으면 한 모듈의 변경이 다른 모듈에 미치는 영향이 적어지고, 모듈의 재사용성이 높아져 유연하고 확장성 있는 시스템을 만들 수 있습니다.

"좋은 설계의 목표는 응집도는 높이고(Maximize Cohesion), 결합도는 낮추는(Minimize Coupling) 것이다."

객체 지향 설계 5대 원칙: SOLID

객체 지향 프로그래밍에서 좋은 설계를 위해 지켜야 할 5가지 핵심 원칙입니다.

S: 단일 책임 원칙 (Single Responsibility Principle): 하나의 클래스는 하나의 책임(기능)만 가져야 합니다.
O: 개방-폐쇄 원칙 (Open/Closed Principle): 기능 확장은 쉽게(Open), 기존 코드 수정은 적게(Closed) 해야 합니다.
L: 리스코프 치환 원칙 (Liskov Substitution Principle): 자식 클래스는 부모 클래스의 역할을 완벽하게 대체할 수 있어야 합니다.
I: 인터페이스 분리 원칙 (Interface Segregation Principle): 사용하지 않는 기능에 의존하지 않도록, 인터페이스를 기능에 맞게 잘게 분리해야 합니다.
D: 의존관계 역전 원칙 (Dependency Inversion Principle): 구체적인 구현 클래스가 아닌, 추상화된 인터페이스나 상위 클래스에 의존해야 합니다.

4. 디자인 패턴 (Design Patterns)

디자인 패턴은 소프트웨어 설계 시 자주 발생하는 문제들에 대한 검증된 '모범 답안' 또는 '재사용 가능한 해결책'입니다. 좋은 설계 원칙을 실제로 적용할 수 있도록 도와주는 일종의 설계 템플릿입니다.

생성 패턴 (Creational Patterns): 객체를 생성하는 방식을 다룹니다. (예: 싱글턴, 팩토리 메서드)
구조 패턴 (Structural Patterns): 클래스와 객체를 조합하여 더 큰 구조를 만드는 방식을 다룹니다. (예: 어댑터, 데코레이터)
행위 패턴 (Behavioral Patterns): 객체 간의 상호작용 및 책임 분배 방식을 다룹니다. (예: 스트래티지, 옵저버)

5. 설계 문서화 📜

설계 과정과 결과를 기록하는 것은 매우 중요합니다. 설계 문서는 개발팀 구성원 간의 원활한 의사소통을 돕고, 향후 시스템 유지보수의 중요한 자료가 됩니다. 이때 UML(Unified Modeling Language)과 같은 표준화된 다이어그램을 많이 사용합니다.

클래스 다이어그램: 시스템의 정적인 구조와 클래스 간의 관계를 표현합니다.
시퀀스 다이어그램: 객체 간의 동적인 상호작용과 메시지 흐름을 시간 순서에 따라 표현합니다.
컴포넌트 다이어그램: 시스템을 구성하는 물리적인 컴포넌트와 그 의존 관계를 표현합니다.