#10장 람다를 이용한 도메인 전용 언어

Raoul-Gabriel Urma 저, 우정은 역 「Modern Java in Action, 2019」를 읽고 정리하였습니다.

10장 요약

• DSL은 개발자와 도메인 전문가 사이의 간격을 좁힌다.

• DSL은 외부적 또는 내부적 DSL 나눠진다.

• JVM에서 이용가능한 스칼라, 그루비 언어도 다중 DSL 을 개발할 수 있다. 이 언어들은 자바보다 유연하지만, 자바와 통합하려면 빌드과정이 복잡해진다.

• 자바의 장황함과 문법적 엄격함으로 DSL을 개발하는 언어로 보통 적합하지 않지만, (자바 8) 람다식 메서드 참조와 같은 도입덕분에 개선되었다.

• 자바는 자체 API에 작은 DSL을 제공한다. 이는 특히 컬렉션 데이터의 정렬, 필터링, 변환, 그룹화에 유용하다.

• 자바로 DSL 구현시, 3가지 패턴 (메서드체인, 중첨함수, 함수시퀀싱)이 사용된다.

• 많은 자바 프레임워크와 라이브러리를 DSL을 통해 이용할 수 있다. jOOQ (SQL 매핑 도구), BDD 프레임워크 Cucumber, 엔터프라이즈 통합 패턴을 구현한 Spring Integration을 살펴봤다.

다룰 내용

• DSL (도메인 전용 언어)란?

• DSL을 API에 추가시 장단점

• JVM에서 활용할 수 있는 자바 기반 DSL을 깔끔하게 만드는 대안

• 최신 자바 interface와 class에 적용된 DSL에 대한 배움

• 효과적인 자바 기반 DSL을 구현하는 패턴과 기법

• 이들 패턴을 자바 라이브러리와 도구에서 얼마나 자주 사용되는지 확인

10.1 도메인 전용 언어

• DSL의 장점

  • 간결함 : API는 비즈니스 로직을 간편하게 캡슐화하므로 반복을 피할 수 있고 코드를 간결하게 만들 수 있다.

  • 가독성 : 도메인 영역의 용어를 사용하므로 비 도메인 전문가도 코드를 쉽게 이해할 수 있다. 결과적으로 다양한 조직 구성원 간에 코드와 도메인 영역이 공유될 수 있다.

  • 유지보수 : 잘 설계된 DSL로 구현한 코드는 쉽게 유지 보수하고 바꿀 수 있다.

  • 높은 수준의 추상화 : DSL은 도메인과 같은 추상화 수준에서 동작하므로 도메인의 문제와 직접적으로 관련되지 않은 세부 사항을 숨긴다.

  • 집중 : 비즈니스 도메인의 규칙을 표현할 목적으로 설계된 언어이므로 프로그래머가 특정 코드에 집중할 수 있다. 결과적으로 생산성이 좋아진다.

  • 관심사 분리 : 지정된 언어로 비즈니스 로직을 표현함으로 애플리케이션의 인프라구조와 관련된 문제와 독립적으로 비즈니스 관련된 코드에서 집중하기가 용이하다.

• DSL의 단점

  • DSL 설계의 어려움 : 간결하게 제한적인 언어에 도메인 지식을 담는 것이 쉬운 작업은 아니다.

  • 개발 비용 : 코드에 DSL을 추가하는 작업은 초기 프로젝트에 많은 비용과 시간이 소모된다. 또한 DSL 유지보수와 변경은 프로젝트에 부담을 주는 요소다.

  • 추가 우회 계층 : DSL은 추가적인 계층으로 도메인 모델을 감싸며 이때 계층을 최대한 작게 만들어 성능 문제를 회피한다.

  • 새로 배워야 하는 언어 : DSL을 프로젝트에 추가하면서 팀이 배워야 하는 언어가 한 개 더 늘어난다는 부담이 있다.

  • 호스팅 언어 한계 : 일부 자바 같은 범용 프로그래밍 언어는 장황하고 엄격한 문법을 가졌다. 이런 언어로는 사용자 친화적 DSL을 만들기가 힘들다.

• DSL의 카테고리: 내부 DSL, 외부 DSL, 다중 DSL

  • 내부는 순수 자바 코드 같은 기존 호스팅 언어를 기반하고 외부는 독립적으로 자체의 문법을 가진다.

  • 다중 DSL는 JVM 특성에 의해 생겨났다.

내부 DSL

// 익명 내부 클래스 대신 람다를 사용하면 장황함을 크게 줄여 신호 대비 잡음 비율을 적정 수준으로 유지하는 DSL을 만들 수 있다.
// 코드 요약: 문자열 목록 출력 
// 아래에서 노이즈를 찾아보자. 
List<String> numbers = Arrays.asList("one", "two", "three");
numbers.forEach( new Consumer<String>() {
		@Override
		public void accept( String s ) {
			System.out.println(s);
		}
	} 
);

// 노이즈를 제거한 후 깔끔한 코드
numbers.forEach(s -> System.out.println(s));
numbers.forEach(System.out::println); // 더간단 메서드 참조조

다중 DSL

장점

• 같은 자바 바이트코드를 사용하는 JVM 기반 프로그래밍 언어를 이용하여 DSL을 만들 수 있다.

• 문법적 잡음이 없으며 개발자가 아닌 사람도 코드를 쉽게 이해할 수 있다.

• 자바 언어가 가지는 한계를 넘을 수 있다 (스칼라 - 커링, 임의 변환 등 DSL 개발에 필요한 여러 특성을 갖춤)

단점

• 누군가가 해당 언어에 대해 고급 기술을 사용할 수 있을 정도의 충분한 지식을 가지고 있어야 한다.

• 두 개 이상의 언어가 혼재하므로 여러 컴파일러로 소스를 빌드하도록 빌드 과정을 개선해야 한다.

• 호환성 문제를 고려해야한다

외부 DSL

• 자신만의 문법과 구문으로 새로운 언어를 설계해야 한다는 단점

• 우리에게 필요한 특성을 완벽하게 제공하는 언어를 설계할 수 있다는 장

• JVM에서 실행되는 언어는 100개가 넘는다. (스칼라, 그루비 포함)

10.2 최신 자바 API의 작은 DSL

• 자바의 새로운 기능의 장점을 적용한 첫 API는 네이티브 자바 API 자신이다.

• 람다 표현식과 메소드 참조를 이용해 DSL의 가독성, 재사용성, 결합성이 높아졌다.

// 아래는 작은 영역에 국한된 예제지만, 이미 람다와 메서드 참조를 이용한 DSL이 코드의 가독성, 재사용성, 결합성을 높일수 있는지 보여준다.

// java8 이전 익명클래스 사용하여, 사람들 나이순으로 객체를 정렬하는 예제. 
Collections.sort(persons, new Comparator<Person>() {
  public int compare(Person p1, Person p2) {
    return p1.getAge() - p2.getAge();
  }
});

// 람다식으로 변경시
Collections.sort(persons, (p1, p2) -> p1.getAge() - p2.getAge());

// 정적 유틸리티 메서드 집합과 메서드 참조 사용시
Collections.sort(persons, comparing(p -> p.getAge()));
Collections.sort(persons, comparing(Person::getAge));

// reverse 사용으로 나이를 역순으로 정렬도 가능
Collections.sort(persons, comparing(Person::getAge).reverse());
Collections.sort(persons, comparing(Person::getAge)
                          .thenComparing(Person::getName));

// List 인터페이스에 추가된 새 sort 메서드를 이용한, 정렬                  
persons.sort(comparing(Person::getAge).thenComparing(Person::getName));

스트림 API는 컬렉션을 조작하는 DSL

• Stream 인터페이스는 네이티브 자바 API에 작은 내부 DSL을 적용한 좋은 예시

• 스트림 API의 fluent style인 메서드 체인은 잘 설계된 DSL의 또 다른 특징

// 아래는 반복 형식으로 예제 로그 파일에서 에러 행을 읽는 코드
// 코드가 장황하여 의도를 한 눈에 파악하기 어렵고, 문제가 분리되지 않아 가독성과 유지보수성 모두 저하됨
List<String> errors = new ArrayList<>();
int errorCount = 0;
BufferedReader bufferedReader = new BufferedReader(new FileReader(fileName));
String line = bufferedReader.readLine();
while (errorCount < 40 && line != null) {
    if (line.startsWith("ERROR")) {
        errors.add(line);
        errorCount++;
    }
    line = bufferedReader.readLine();
}

// 스트림을 이용한 개선된 코드
List<String> errors = Files.lines(Paths.get(fileName))
                                        .filter(line -> line.startsWith("ERROR"))
                                        .limit(40)
                                        .collect(toList());

데이터를 수집하는 DSL인 Collectors

// 차를 브랜드와 색상으로 그룹화하는 예제
// 중첩형식
Map<String, Map<Color, List<Car>>> carsByBrandAndColor = 
					cars.stream().collect(groupingBy(Car::getBrand, groupingBy(Car::getColor)));
                
// 플루언트 방식
// 3개 이상의 컴포넌트를 조합할 때는 보통 플루언트 형식이 중첩 형식에 비해 가독성이 좋다.
Comparator<Person> comparator = 
        comparing(Person::getAge).thenComparing(Person::getName);

10.3 자바로 DSL을 만드는 패턴과 기법

• 메서드 체인: 플루언트 스타일의 메서드 체인을 이용하여 DSL을 만든다.

  • DSL 가독성을 개선. 노이즈 최소화.

• 중첩된 함수 이용: 다른 함수 안에 함수를 이용해 도메인 모델을 만든다.

  • 메서드 체인에 비해 함수의 중첩 방식이 도메인 객체 계층 구조에 그대로 반영된다.

• 람다 표현식을 이용한 함수 시퀀싱

• 위 3개 조합하기

• DSL에 메서드 참조 사용하기

// 리팩토리 과정 1->2->3
// 1: true false가 뭘 나타내는지 잘 안나타남.
double value = calculate(order, true, false, true); 
// 2
double value = new TaxCalculator().withTaxRegional()
                                  .withTaxSurcharge()
                                  .calculate(order);
// 3
double value = new TaxCalculator().with(Tax::regional)
                                  .with(Tax::surcharge)
                                  .calculate(order);

10.4 실생활의 자바8 DSL

• jOOQ(java Object Oriented Querying): SQL을 구현하는 내부적 DSL, 자바에 직접 내장된 형식 안전 언어

• Cucumber: 동작 주도 개발(BDD, Behavior-driven development) 프레임워크

• Spring Integration: 엔터프라이즈 통합패턴을 지원할 수 있도록 의존성 주입에 기반한 스프링 프로그래밍 모델을 확장