C++ Proxy Pattern 완벽 가이드 | 접근 제어와 지연 로딩

Proxy Pattern이란? 왜 필요한가

문제 시나리오: 무거운 객체 생성

문제: 이미지를 로드하는 객체가 생성 시점에 디스크에서 읽어 느립니다. 실제로 사용하지 않으면 낭비입니다.

// 나쁜 예: 즉시 로딩
class RealImage {
public:
    RealImage(const std::string& filename) {
        loadFromDisk(filename);  // 생성 시점에 로딩 (느림)
    }
};

RealImage image("huge.jpg");  // 사용 안 해도 로딩

해결: Proxy Pattern은 대리 객체를 제공합니다. Proxy는 Real Subject와 같은 인터페이스를 가지며, 지연 로딩, 접근 제어, 캐싱 등을 추가합니다.

JavaScript의 Proxy·데코레이터와 비교해 보면 역할이 잡힙니다. 구조 패턴 시리즈에서도 같은 카테고리로 묶여 있습니다.

// 좋은 예: 지연 로딩
class ImageProxy : public Image {
    std::unique_ptr<RealImage> realImage;
public:
    void display() override {
        if (!realImage) {
            realImage = std::make_unique<RealImage>("huge.jpg");  // 사용 시점에 로딩
        }
        realImage->display();
    }
};

flowchart LR
    client["Client"]
    subject["Subject (Image)"]
    proxy["Proxy (ImageProxy)"]
    real["RealSubject (RealImage)"]
    
    client --> subject
    proxy -.implements.-> subject
    real -.implements.-> subject
    proxy --> real

---

목차

1. 가상 프록시 (지연 로딩)
2. 보호 프록시 (접근 제어)
3. 캐싱 프록시
4. 스마트 포인터
5. 자주 발생하는 문제와 해결법
6. 프로덕션 패턴
7. 완전한 예제: 데이터베이스 연결

---

1. 가상 프록시 (지연 로딩)

#include <iostream>
#include <memory>
#include <string>

class Image {
public:
    virtual void display() = 0;
    virtual ~Image() = default;
};

class RealImage : public Image {
public:
    RealImage(const std::string& filename) : filename_(filename) {
        loadFromDisk();
    }
    
    void display() override {
        std::cout << "Displaying " << filename_ << '\n';
    }
    
private:
    std::string filename_;
    
    void loadFromDisk() {
        std::cout << "Loading " << filename_ << " from disk (expensive)\n";
    }
};

class ImageProxy : public Image {
public:
    ImageProxy(const std::string& filename) : filename_(filename) {}
    
    void display() override {
        if (!realImage_) {
            std::cout << "[Proxy] Creating real image\n";
            realImage_ = std::make_unique<RealImage>(filename_);
        }
        realImage_->display();
    }
    
private:
    std::string filename_;
    std::unique_ptr<RealImage> realImage_;
};

int main() {
    std::unique_ptr<Image> image = std::make_unique<ImageProxy>("photo.jpg");
    std::cout << "Image proxy created (not loaded yet)\n\n";
    
    std::cout << "First display:\n";
    image->display();
    
    std::cout << "\nSecond display:\n";
    image->display();  // 이미 로딩됨
}

출력:

Image proxy created (not loaded yet)

First display:
[Proxy] Creating real image
Loading photo.jpg from disk (expensive)
Displaying photo.jpg

Second display:
Displaying photo.jpg

---

2. 보호 프록시 (접근 제어)

#include <iostream>
#include <memory>
#include <string>

class Document {
public:
    virtual void read() = 0;
    virtual void write(const std::string& content) = 0;
    virtual ~Document() = default;
};

class RealDocument : public Document {
public:
    void read() override {
        std::cout << "Reading document: " << content_ << '\n';
    }
    
    void write(const std::string& content) override {
        content_ = content;
        std::cout << "Writing document: " << content << '\n';
    }
    
private:
    std::string content_;
};

class ProtectedDocumentProxy : public Document {
public:
    ProtectedDocumentProxy(const std::string& user)
        : user_(user), doc_(std::make_unique<RealDocument>()) {}
    
    void read() override {
        std::cout << "[Proxy] Checking read permission for " << user_ << '\n';
        doc_->read();
    }
    
    void write(const std::string& content) override {
        std::cout << "[Proxy] Checking write permission for " << user_ << '\n';
        if (user_ == "admin") {
            doc_->write(content);
        } else {
            std::cout << "[Proxy] Access denied: " << user_ << " cannot write\n";
        }
    }
    
private:
    std::string user_;
    std::unique_ptr<RealDocument> doc_;
};

int main() {
    std::unique_ptr<Document> adminDoc = std::make_unique<ProtectedDocumentProxy>("admin");
    adminDoc->write("Secret data");
    adminDoc->read();
    
    std::cout << '\n';
    
    std::unique_ptr<Document> userDoc = std::make_unique<ProtectedDocumentProxy>("guest");
    userDoc->write("Attempt to write");
    userDoc->read();
}

---

3. 캐싱 프록시

#include <iostream>
#include <memory>
#include <string>
#include <map>
#include <chrono>
#include <thread>

class DataService {
public:
    virtual std::string getData(const std::string& key) = 0;
    virtual ~DataService() = default;
};

class RealDataService : public DataService {
public:
    std::string getData(const std::string& key) override {
        std::cout << "[Real] Fetching data for " << key << " (slow)\n";
        std::this_thread::sleep_for(std::chrono::seconds(2));  // 느린 작업
        return "Data for " + key;
    }
};

class CachingProxy : public DataService {
public:
    CachingProxy() : service_(std::make_unique<RealDataService>()) {}
    
    std::string getData(const std::string& key) override {
        auto it = cache_.find(key);
        if (it != cache_.end()) {
            std::cout << "[Proxy] Cache hit for " << key << '\n';
            return it->second;
        }
        
        std::cout << "[Proxy] Cache miss for " << key << '\n';
        std::string data = service_->getData(key);
        cache_[key] = data;
        return data;
    }
    
private:
    std::unique_ptr<RealDataService> service_;
    std::map<std::string, std::string> cache_;
};

int main() {
    std::unique_ptr<DataService> service = std::make_unique<CachingProxy>();
    
    std::cout << service->getData("user123") << "\n\n";
    std::cout << service->getData("user123") << "\n\n";  // 캐시됨
    std::cout << service->getData("user456") << '\n';
}

---

4. 스마트 포인터

#include <iostream>
#include <memory>

class Resource {
public:
    Resource() { std::cout << "Resource created\n"; }
    ~Resource() { std::cout << "Resource destroyed\n"; }
    
    void use() { std::cout << "Using resource\n"; }
};

// 참조 카운팅 프록시
template<typename T>
class RefCountProxy {
public:
    RefCountProxy(T* ptr) : ptr_(ptr), refCount_(new int(1)) {}
    
    RefCountProxy(const RefCountProxy& other)
        : ptr_(other.ptr_), refCount_(other.refCount_) {
        ++(*refCount_);
        std::cout << "RefCount: " << *refCount_ << '\n';
    }
    
    ~RefCountProxy() {
        --(*refCount_);
        std::cout << "RefCount: " << *refCount_ << '\n';
        if (*refCount_ == 0) {
            delete ptr_;
            delete refCount_;
        }
    }
    
    T* operator->() { return ptr_; }
    
private:
    T* ptr_;
    int* refCount_;
};

int main() {
    RefCountProxy<Resource> proxy1(new Resource());
    proxy1->use();
    
    {
        RefCountProxy<Resource> proxy2 = proxy1;
        proxy2->use();
    }
    
    proxy1->use();
}

---

5. 자주 발생하는 문제와 해결법

문제 1: Proxy 체인

증상: 성능 저하.

원인: Proxy가 Proxy를 감싸면 간접 참조가 증가.

// ❌ 잘못된 사용: Proxy 체인
ImageProxy proxy1("image.jpg");
ImageProxy proxy2(proxy1);  // Proxy of Proxy

// ✅ 해결: Proxy는 Real Subject만 감싸기

문제 2: 메모리 누수

증상: Real Subject가 해제되지 않음.

원인: Proxy가 raw pointer로 관리.

// ❌ 잘못된 사용
class Proxy {
    RealSubject* real;  // 누가 delete?
};

// ✅ 올바른 사용
class Proxy {
    std::unique_ptr<RealSubject> real;
};

---

6. 프로덕션 패턴

패턴 1: Copy-on-Write

#include <memory>
#include <string>
#include <iostream>

class String {
public:
    String(const std::string& s) : data_(std::make_shared<std::string>(s)) {}
    
    // 읽기: 공유
    char operator const {
        return (*data_)[i];
    }
    
    // 쓰기: 복사
    void set(size_t i, char c) {
        if (data_.use_count() > 1) {
            std::cout << "Copy-on-write triggered\n";
            data_ = std::make_shared<std::string>(*data_);
        }
        (*data_)[i] = c;
    }
    
    void print() const {
        std::cout << *data_ << '\n';
    }
    
private:
    std::shared_ptr<std::string> data_;
};

int main() {
    String s1("Hello");
    String s2 = s1;  // 공유
    
    s1.print();  // Hello
    s2.print();  // Hello
    
    s2.set(0, 'J');  // Copy-on-write
    
    s1.print();  // Hello
    s2.print();  // Jello
}

---

7. 완전한 예제: 데이터베이스 연결

#include <iostream>
#include <memory>
#include <string>
#include <map>
#include <chrono>

class DatabaseConnection {
public:
    virtual std::string query(const std::string& sql) = 0;
    virtual ~Database Connection() = default;
};

class RealDatabaseConnection : public DatabaseConnection {
public:
    RealDatabaseConnection(const std::string& host) : host_(host) {
        connect();
    }
    
    std::string query(const std::string& sql) override {
        std::cout << "[DB] Executing: " << sql << '\n';
        return "Result of " + sql;
    }
    
    ~RealDatabaseConnection() {
        std::cout << "[DB] Disconnecting from " << host_ << '\n';
    }
    
private:
    std::string host_;
    
    void connect() {
        std::cout << "[DB] Connecting to " << host_ << " (expensive)\n";
    }
};

class DatabaseProxy : public DatabaseConnection {
public:
    DatabaseProxy(const std::string& host, const std::string& user)
        : host_(host), user_(user) {}
    
    std::string query(const std::string& sql) override {
        // 접근 제어
        if (!checkPermission(sql)) {
            return "Access denied";
        }
        
        // 지연 로딩
        if (!conn_) {
            std::cout << "[Proxy] Creating connection\n";
            conn_ = std::make_unique<RealDatabaseConnection>(host_);
        }
        
        // 캐싱
        auto it = cache_.find(sql);
        if (it != cache_.end()) {
            std::cout << "[Proxy] Cache hit\n";
            return it->second;
        }
        
        // 로깅
        std::cout << "[Proxy] User " << user_ << " executing query\n";
        
        std::string result = conn_->query(sql);
        cache_[sql] = result;
        return result;
    }
    
private:
    std::string host_;
    std::string user_;
    std::unique_ptr<RealDatabaseConnection> conn_;
    std::map<std::string, std::string> cache_;
    
    bool checkPermission(const std::string& sql) {
        if (sql.find("DELETE") != std::string::npos && user_ != "admin") {
            std::cout << "[Proxy] Permission denied for " << user_ << '\n';
            return false;
        }
        return true;
    }
};

int main() {
    std::unique_ptr<DatabaseConnection> db = 
        std::make_unique<DatabaseProxy>("localhost:5432", "guest");
    
    std::cout << "=== Query 1 ===\n";
    std::cout << db->query("SELECT * FROM users") << "\n\n";
    
    std::cout << "=== Query 2 (cached) ===\n";
    std::cout << db->query("SELECT * FROM users") << "\n\n";
    
    std::cout << "=== Query 3 (denied) ===\n";
    std::cout << db->query("DELETE FROM users") << "\n\n";
}

---

정리

개념	설명
Proxy Pattern	대리 객체로 접근 제어
목적	지연 로딩, 접근 제어, 캐싱, 로깅
구조	Subject, RealSubject, Proxy
장점	성능 최적화, 보안, 투명성
단점	간접 참조, 복잡도 증가
사용 사례	스마트 포인터, 원격 객체, 캐싱, 보안

Proxy Pattern은 객체 접근을 제어하는 강력한 패턴입니다.

---

FAQ

Q1: Proxy Pattern은 언제 쓰나요?

A: 지연 로딩, 접근 제어, 캐싱, 로깅이 필요할 때 사용합니다.

Q2: Decorator와 차이는?

A: Proxy는 접근 제어, Decorator는 기능 추가에 집중합니다.

Q3: 가상 프록시 vs 보호 프록시?

A: 가상 프록시는 지연 로딩, 보호 프록시는 접근 제어에 집중합니다.

Q4: 스마트 포인터는 Proxy인가요?

A: 네, shared_ptr은 참조 카운팅 프록시입니다.

Q5: 성능 오버헤드는?

A: 간접 참조 1회, 캐싱으로 오히려 성능 향상 가능합니다.

Q6: Proxy Pattern 학습 리소스는?

A:

• “Design Patterns” by Gang of Four
• “Head First Design Patterns” by Freeman & Freeman
• Refactoring Guru: Proxy Pattern

한 줄 요약: Proxy Pattern으로 객체 접근을 제어하고 최적화할 수 있습니다. 다음으로 Bridge Pattern을 읽어보면 좋습니다.

---

같이 보면 좋은 글 (내부 링크)

이 주제와 연결되는 다른 글입니다.

• C++ Decorator Pattern 완벽 가이드 | 기능 동적 추가와 조합
• C++ Adapter Pattern 완벽 가이드 | 인터페이스 변환과 호환성
• C++ 스마트 포인터 | unique_ptr/shared_ptr “메모리 안전” 가이드

관련 글

• C++ Adapter Pattern 완벽 가이드 | 인터페이스 변환과 호환성
• C++ Cache Optimization |
• C++ Command Pattern 완벽 가이드 | 실행 취소와 매크로 시스템
• C++ CRTP 완벽 가이드 | 정적 다형성과 컴파일 타임 최적화
• C++ Decorator Pattern 완벽 가이드 | 기능 동적 추가와 조합