Item 17. 변경 가능성을 최소화하라

  불변 클래스란 간단히 말해 그 인스턴스의 내부 값을 수정할 수 없는 클래스입니다. 불변 인스턴스에 간직된 정보는 고정되어 객체가 파괴되는 순간까지 절대 달라지지 않습니다. 자바 플랫폼 라이브러리에도 다양한 불변 클래스가 있습니다. String, 기본 타입의 박싱된 클래스들, BigInteger, BigDecimal이 여기 속합니다. 불변 클래스는 가변 클래스보다 설계하고 구현하고 사용하기 쉬우며, 오류가 생길 여지도 적고 훨씬 안전합니다.

 

불변 클래스 작성 규칙

• 객체의 상태를 변경하는 메서드(변경자)를 제공하지 않는다.
• 클래스를 확장할 수 없도록 한다.
• 모든 필드를 final로 선언한다.
• 모든 필드를 private으로 선언한다.
• 자신 외에는 내부의 가변 컴포넌트에 접근할 수 없도록 한다.

 

  아래 클래스는 복소수(실수부와 허수부로 구성된 수)를 표현합니다. 사칙연산 메서드들(plus, minus, times, dividedBy)이 인스턴스 자신은 수정하지 않고 새로운 Complex 인스턴스를 만들어 반환합니다. 이처럼 피연산자에 함수를 적용해 그 결과를 반환하지만, 피연산자 자체는 그대로인 프로그래밍 패턴을 함수형 프로그래밍이라 합니다. 이 방식으로 프로그래밍하면 코드에서 불변이 되는 영역의 비율이 높아지는 장점을 누릴 수 있습니다. 이와 달리, 절차적 혹은 명령형 프로그래밍에서는 메서드에서 피연산자인 자신을 수정해 자신의 상태가 변하게 됩니다.

package effectivejava.chapter4.item17;

// 코드 17-1 불변 복소수 클래스 
// (주의: 불변을 설명하기 위한 예일 뿐, 실무에서 쓸 만한 수준이 아니다. 반올림, 복소수 NaN, 무한대 등 다루지 못한다.)
public final class Complex {
    private final double re;
    private final double im;

    public static final Complex ZERO = new Complex(0, 0);
    public static final Complex ONE  = new Complex(1, 0);
    public static final Complex I    = new Complex(0, 1);

    public Complex(double re, double im) {
        this.re = re;
        this.im = im;
    }

    public double realPart()      { return re; }
    public double imaginaryPart() { return im; }

    public Complex plus(Complex c) {
        return new Complex(re + c.re, im + c.im);
    }

    // 코드 17-2 정적 팩터리(private 생성자와 함께 사용해야 한다.)
    public static Complex valueOf(double re, double im) {
        return new Complex(re, im);
    }

    public Complex minus(Complex c) {
        return new Complex(re - c.re, im - c.im);
    }

    public Complex times(Complex c) {
        return new Complex(re * c.re - im * c.im,
                re * c.im + im * c.re);
    }

    public Complex dividedBy(Complex c) {
        double tmp = c.re * c.re + c.im * c.im;
        return new Complex((re * c.re + im * c.im) / tmp,
                (im * c.re - re * c.im) / tmp);
    }

    @Override public boolean equals(Object o) {
        if (o == this)
            return true;
        if (!(o instanceof Complex))
            return false;
        Complex c = (Complex) o;

        return Double.compare(c.re, re) == 0
                && Double.compare(c.im, im) == 0;
    }
    @Override public int hashCode() {
        return 31 * Double.hashCode(re) + Double.hashCode(im);
    }

    @Override public String toString() {
        return "(" + re + " + " + im + "i)";
    }
}

 

불변 클래스 장/단점

• 불변 객체는 근본적으로 스레드 안전하여 따로 동기화할 필요 없다.
• 불변 객체는 자유롭게 공유할 수 있음은 물론, 불변 객체끼리는 내부 데이터를 공유할 수 있다.
• 객체를 만들 때 다른 불변 객체들을 구성요소로 사용하면 이점이 많다.
• 불변 객체는 그 자체로 실패 원자성을 제공한다. 실패 원자성(failure atomicity)이란 '메서드에서 예외가 발생한 후에도 그 객체는 여전히 (메서드 호출 전과 똑같은) 유효한 상태여야 한다'는 성질이다.
• 불변 클래스에도 단점은 있다. 값이 다르면 반드시 독립된 객체로 만들어야 한다는 것이다. 단점에 대한 대처 방법으로는 1)다단계 연산(multistep operation)들을 예측하여 기본 기능으로 제공하는 방법이다. 예컨대 BigInteger는 모듈러 지수 같은 다단계 연산 속도를 높여주는 가변 동반 클래스(companion class)를 package-private으로 두고 있다. 2) 클래스를 public으로 제공한다. 자바 플랫폼 라이브러리에서 이에 해당하는 대표적인 예가 바로 String 클래스다. String의 가변 동반 클래스는 StringBuilder(전임자 StringBuffer)다.

 

불변 클래스 설계 방법

• 자신을 상속하지 못하게 final 클래스로 선언한다.
• 모든 생성자를 private 혹은 package-private으로 만들고 public 정적 팩터리를 제공한다. 위 코드 17-2의 valueOf 메서드는 이 방식으로 구현한 코드다.

 

정리

• 게터(getter)가 있다고 해서 무조건 세터(setter)를 만들지는 말자.
• 클래스는 꼭 필요한 경우가 아니라면 불변이어야 한다.
• 단순한 값 객체는 항상 불변으로 만들자.
• 성능 때문에 어쩔 수 없다면 불변 클래스와 쌍을 이루는 가변 동반 클래스를 public 클래스로 제공하도록 하자.
• 불변으로 만들 수 없는 클래스라도 변경할 수 있는 부분을 최소한으로 줄이자.
• 다른 합당한 이유가 없다면 모든 필드는 private final이어야 한다.
• 생성자는 불변식 설정이 모두 완료된, 초기화가 완벽히 끝난 상태의 객체를 생성해야 한다.

 

[참고 정보]

이펙티브 자바 Effective Java 3/E 도서 [조슈아 블로크 저]

이펙티브 자바 깃허브 저장소

<이펙티브 자바, 3판> 번역 용어 해설