[이펙티브자바 3판] ITEM17. 변경 가능성을 최소화하라

이번장의 핵심은...

Getter가 있다고 무조건 Setter를 만들지 말자

클래스는 꼭 필요한 경우가 아니라면 불변이어야 한다

불변으로 만들 수 없는 클래스라도 변경할 수 있는 부분을 최소한으로 줄이자

다른 합당한 이유가 없다면 모든 필드는 private final 이어야 한다

생성자는 불변식 설정이 모두 완료된, 초기화가 완벽히 끝난 상태의 객체를 생성해야 한다

확실한 이유가 없다면 생성자와 정적 팩토리 외에는 그 어떤 초기화 메서드도 public으로 제공해서는 안 된다

객체를 재활용할 목적으로 상태를 다시 초기화하는 메서드도 안 된다

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불변 클래스?

불변 클래스란 그 인스턴스 내부 값을 수정할 수 없는 클래스이다

(간직된 정보는 고정되어 객체가 파괴되는 순간까지 절대 달라지지 않는다)

자바 플랫폼 라이브러리에는 다양한 불변 클래스들이 있다

- String

- 기본 타입의 박싱 된 클래스들 (String, Integer, Long, Double..)

- BigIntger, BigDecimal

 

왜 불변으로 설계했을까?

불변 클래스는 가변 클래스보다 설계하고 구현하고 사용하기 쉽다

또한, 오류가 생길 여지가 적고 훨씬 안전하다

 

불변 클래스 5가지 규칙

1. 객체의 상태를 변경하는 메서드(변경자)를 제공하지 않는다

 

2. 클래스를 확장할 수 없도록 한다

(상속을 막는 대표적인 방법은 클래스를 final로 선언하는 것이다)

 

3. 모든 필드를 final로 선언한다

시스템이 강제하는 수단을 이용해 의도를 명확히 드러내는 방법이다 

 

4. 모든 필드를 pirvate로 선언한다

필드가 참조하는 가변 객체를 클라이언트에서 직접 접근해 수정하는 일을 막아준다

기술적으로는 기본 타입 필드나 불변 객체를 참조하는 필드를 public final로만 선언해도 불변 객체가 되지만, 다음 릴리즈에서 내부 표현을 바꾸지 못하므로 권하지 않는다

 

5. 자신 외에는 내부의 가변 컴포넌트에 접근할 수 없도록 한다

클래스에 가변 객체를 참조하는 필드가 하나라도 있다면, 클라이언트에서 그 객체의 참조를 얻을 수 없도록 해야 한다

 

불변 복소수 클래스를 예제로 보자

public final class Complex {
	private final double re;    // 실수부
	private final double im;    // 허수부

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


	// 대응되는 수정자가 없는 접근자들
	public double realPart() {
		return re;
	}

	public double imaginaryPart() {
		return im;
	}

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

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

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

	public Complex divide(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;
		// == 대신 compare를 쓰는 이유에 대해서는 57쪽 참조
		return Double.compare(re, c.re) == 0 
				&& Double.compare(im, c.im) == 0;
	}



	@Override
	public int hashCode() {
		int result = 17 + hashDouble(re);
		result = 31 * result + hashDouble(im);
		return result;
	}

	private int hashDouble(double val) {
		long longBits = Double.doubleToLongBits(re);
		return (int) (longBits ^ (longBits >>> 32));
	}

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

 사칙연산 메서드들이 인스턴스 자신은 수정하지 않고 새로운 Complex 인스턴스를 만들어서 반환한다 

이처럼 피연산자에 함수를 적용해 그 결과를 반환하지만, 피 연산 잔 자체는 그대로인 프로그래밍 패턴을 함수형 프로그래밍이라고 한다

이와 달리 절차적 혹은 명령형 프로그래밍에서는 메서드에서 피연산자인 자신을 수정해 자신의 상태가 변하게 된다

 

메서드 이름으로 (add 같은) 동사 대신 (plus 같은) 전치사를 사용했다

해당 메서드가 객체의 값을 변경하지 않는다는 사실을 강조하려는 의도이다

함수형 프로그래밍 코드에서는 불변이 되는 영역의 비율이 높아지는 장점을 누릴 수 있다

불변 객체는 단순하다

객체는 생성된 시점의 상태를 파괴될 때까지 그대로 간직한다

모든 생성자가 클래스 불변식을 보장한다면 별다른 노력 없이 영원히 불변으로 남는다

불변 객체는 근본적으로 스레드 안전하여 따로 동기화할 필요가 없다

여러 스레드가 동시에 사용해도 절대 훼손되지 않는다

어떤 스레드도 다른 스레드에 영향을 줄 수 없으니 불변 객체는 안심하고 공유할 수 있다

 

따라서 불변 클래스라면 한번 만든 인스턴스를 최대한 재활용하기를 권한다

가장 쉬운 방법은 상수(public static final)을 제공하는 것이다

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);

불변 클래스는 자주 사용되는 인스턴스를 캐싱하여 같은 인스턴스를 중복 생성되지 않게 해주는 정적 팩토리를 제공할 수 있다

- 박싱 된 기본 타입 클래스 전부와 BigInteger가 여기 속한다

- 이런 정적 팩토리를 사용하면 여러 클라이언트가 인스턴스를 공유하여 메모리 사용량과 가비지 컬렉션 비용이 줄어든다

- 새로운 클래스를 설계할 때 public 생성자 대신 정적 팩토리를 만들어두면, 클라이언트를 수정하지 않고도 필요에 따라 캐시 기능을 나중에 덧붙일 수 있다 

객체를 만들 때 다른 불변 객체들을 구성요소로 사용하면 이점이 많다

값이 바뀌지 않는 구성요소들로 이뤄진 객체라면 그 구조가 아무리 복잡하더라도 불변식을 유지하기 훨씬 수월하기 때문이다

좋은 예) 불변 객체는 맵의 키와 집합(Set)의 원소로 쓰기에 안성맞춤이다

→ 맵이나 집합 안에 담긴 값이 바뀌면 불변 식이 허물어지는데, 불변 객체를 사용하면 그런 걱정은 안 해도 된다

불변 객체는 그 자체로 실패 원자성을 제공한다

상태가 절대 변하지 않으니 잠깐이라도 불일치 상태에 빠질 가능성이 없다

불변 클래스의 단점

값이 다르면 반드시 독립된 객체로 만들어야 한다는 것이다

값의 가짓수가 많다면 이들을 모두 만드는 데 큰 비용을 치러야 한다

 

이 문제에 대처하는 방법은 2가지가 있다

1. 다단계 연산들을 예측하여 기본 기능을 제공하는 방법(가변 동반 클래스)

2. 클래스를 public으로 제공하는 방법

 

자바 플랫폼 라이 버리에서 이에 해당하는 대표적인 예가 바로 String 클래스이다

가변 동반 클래스 → StringBuilder

 

불변 클래스를 만드는 또 다른 설계 방법

모든 생성자를 private 혹은 package-private으로 만들고 public 정적 팩토리를 제공하는 방법이다

public class Complex {
	private final double re;    // 실수부
	private final double im;    // 허수부

	private Complex(double re, double im) {
		this.re = re;
		this.im = im;
	}
	
	public static Complex valueOf(double re, dobule im) {
		return new Complex(re,im);
	}
}

이 방법이 최선일 때가 많다

바깥에는 볼 수 없는 package-private 구현 클래스를 원하는 만큼 만들어 활용할 수 있으니 훨씬 유연하다

패키지 바깥의 클라이언트에서 바라본 이 불변 객체는 사실상 final public이나 protected 생성자가 없으니 다른 패키지에서는 상속이 불가능하다

정적 팩터리 방식은 다수의 구현 클래스를 활용한 유연성을 제공하고, 다음 릴리즈에서 객체 캐싱 기능을 추가해 성능을 끌어올릴 수도 있다