[Effective Java] 아이템 20. 추상 클래스보다는 인터페이스를 우선하라

EFFECTIVE JAVA(이펙티브 자바)

 

 

이 포스팅에서 작성하는 내용은 EFFECTIVE JAVA(이펙티브자바) 에서 발췌하였습니다.

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아이템 20. 추상 클래스보다는 인터페이스를 우선하라.

 

 

자바가 제공하는 다중 구현 매커니즘

• 추상 클래스
• 인터페이스
  (자바 8부터 디폴트 메서드를 제공할 수 있음)

위 두 매커니즘의 가장 큰 차이

• 추상 클래스가 정의한 타입을 구현하는 클래스는 반드시 추상 클래스의 하위 클래스가 되어야 함
• 자바는 단일 상속만 지원하니, 추상 클래스 방식은 새로운 타입을 정의하는 데 커다란 제약을 가짐
• 인터페이스가 선언한 메서드를 모두 정의하고 그 일반 규약을 잘 지킨 클래스라면 다른 어떤 클래스를 상속했던 간에 같은 타입으로 취급됨

 

 

 

인터페이스의 장점

1) 기존 클래스에도 손쉽게 새로운 인터페이스를 구현해넣을 수 있다.

• 인터페이스가 요구하는 메서드를 추가하고, 클래스 선언에 implements 구문을 추가
• 기존 클래스 위에 새로운 추상 클래스를 끼워넣기는 어려움
  • 두 클래스가 같은 추상 클래스를 확장하기를 원한다면, 그 추상 클래스는 계층구조상 두 클래스의 공통 조상이어야 함
  • 새로 추가된 추상 클래스의 모든 자손이 이를 상속하게 되므로 혼란을 가져올 수 있음

 

 

2) 인터페이스는 믹스인(mixin) 정의에 안성맞춤이다.

• 믹스인(mixin) : 클래스가 구현할 수 있는 타입으로, 믹스인을 구현한 클래스에 원래의 '주된 타입' 외에도 특정 선택적 행위를 제공한다고 선언하는 효과를 줌
  ex) Comparable 인터페이스는 자신을 구현한 클래스의 인스턴스끼리는 순서를 정할 수 있다고 선언하는 믹스인 인터페이스임.
  이처럼, 대상 타입의 주된 기능에 선택적 기능을 '혼합'(mixed in)한다고 해서 믹스인이라고 부름
• 추상 클래스로는 믹스인을 정의할 수 없음
  기존 클래스에 덧씌울 수 없기 때문

 

 

3) 인터페이스로는 계층구조가 없는 타입 프레임워크를 만들 수 있다.

 

타입을 계층적으로 정의하면 수많은 개념을 구조적으로 잘 표현할 수 있지만, 현실에서는 계층을 엄격히 구분하기 어려운 경우도 있다.

ex) 가수 인터페이스와 작곡가 인터페이스가 있을 때, 작곡을 하는 가수의 경우 가수 인터페이스와 작곡 인터페이스 모두 구현해도 된다. (심지어 이 두 인터페이스를 확장하고 새로운 메서드까지 추가한 제 3의 인터페이스를 정의할 수 있음)

// 가수 인터페이스
public interface Singer{
	AudioClip sing(Song s);
}

// 작곡가 인터페이스
public interface SongWriter{
    Song compose(int chartPosition);
}

// 작곡을 하는 가수 인터페이스
public interface SingerSongwriter extends Singer, Songwriter{
    AudioClip strum();
    void actSensitive();
}

 

 

 

4) 인터페이스는 기능을 향상시키는 안전하고 강력한 수단이 된다.

• 타입을 추상클래스로 정의해두면 그 타입에 기능을 추가하는 방법은 상속뿐이다.
• 상속해서 만든 클래스는 래퍼 클래스보다 활용도가 떨어지고 깨지기는 더 쉽다.
• 인터페이스의 메서드 중 구현 방법이 명백한 것이 있다면, 그 구현을 디폴트 메서드로 제공해 프로그래머들의 일감을 덜어줄 수 있다.
• 물론, 디폴트 메서드를 제공할 때는 상속하려는 사람을 위한 설명을 @implSpec 자바독 태그를 붙여 문서화해야한다.
  • 디폴트 메서드에도 제약은 있다.
    많은 인터페이스가 equals와 hashCode 같은 Object의 메서드를 정의하고 있지만, 이들은 디폴트 메서드로 제공해서는 안된다.
  • 인터페이스는 인스턴스 필드를 가질 수 없고 public이 아닌 정적 멤버도 가질 수 없다.
    (단, private 정적 메서드는 예외)
  • 자신이 만들지 않은 인터페이스에는 디폴트 메서드를 추가할 수 없다.

 

 

 

인터페이스와 추상 골격 구현 클래스(skeletal implementation) 사용

• 인터페이스와 추상 클래스의 장점을 모두 취하는 방법
• 인터페이스로는 타입을 정의하고, 필요하면 디폴트 메서드 몇 개도 함께 제공
• 골격 구현 클래스는 나머지 메서드들까지 구현
• 이렇게 해두면 단순히 골격 구현을 확장하는 것만으로 이 인터페이스를 구현하는 데 필요한 일이 대부분 완료됨 
  (이것이 템플릿 메서드 패턴)
• 관례상 인터페이스 이름이 Interface라면, 골격 구현 클래스의 이름은 AbstractInterface로 짓는다.
  ex) AbsrtactCollection, AbstractSet, AbstractList, AbstractMap
• 골격 구현 클래스의 아름다움은 추상 클래스처럼 구현을 도와주는 동시에, 추상 클래스로 타입을 정의할 때 따라오는 심각한 제약에서는 자유롭다는 점
• 골격 구현을 확장하는 것으로 인터페이스 구현이 거의 끝나지만, 꼭 이렇게 해야하는 것은 아님
• 이런 경우라도 인터페이스가 직접 제공하는 디폴트 메서드의 이점을 여전히 누릴 수 있음
• 골격 구현 클래스를 우회적으로도 이용할 수 있음
  인터페이스를 구현한 클래스에서 해당 골격 구현을 확장한 private 내부 클래스를 정의하고, 각 메서드 호출을 내부 클래스의 인스턴스에 전달하는 것 (이 방식을 '시뮬레이트한 다중 상속'이라 하며, 다중 상속의 많은 장점을 제공하는 동시에 단점은 피하게 해줌)

 

ex 1) 골격 구현을 사용해 완성한 구체 클래스

static List<Integer> intArrayAsList(int[] a) {
    Objects.requireNonNull(a);

    // 다이아몬드 연산자를 이렇게 사용하는 건 자바 9부터 가능하다.
    // 더 낮은 버전을 사용한다면 <Integer>로 추정하자.
    return new AbstractList<>() {
        @Override
        public Integer get(int index) {
            return a[index]; // 오토박싱(아이템 6)
        }

        @Override
        public Integer set(int index, Integer element) {
            int oldElement = a[index];	
            a[index] = element;		// 오토언박싱
            return oldElement;		// 오토박싱
        }

        @Override
        public int size() {
            return a.length;
        }
    };
}

• 이 예는 int 배열을 받아 Integer 인스턴스의 리스트 형태로 보여주는 어댑터이다.
• int 값과 Integer 인스턴스 사이의 변환(박싱과 언박싱) 때문에 성능이 그리 좋진 않다.

 

 

 

골격 구현 작성 방법

1. 인터페이스를 잘 살펴 다른 메서드들의 구현에 사용되는 기반 메서드 선정한다.
   이 기반 메서드들은 골격 구현에서는 추상 메서드가 될 것이다.
2. 기반 메서드들을 이용해 직접 구현할 수 있는 메서드를 모두 디폴트 메서드로 제공
   단, equals와 hashCode 같은 Object의 메서드는 디폴트 메서드로 제공 X
   (만약, 인터페이스의 메서드 모두가 기반 메서드와 디폴트 메서드가 된다면 굳이 골격 구현 클래스를 별도로 만들 필요 X)
3. 기반 메서드나 디폴트 메서드로 만들지 못한 메서드가 남아있다면, 이 인터페이스를 구현하는 골격 구현 클래스에는 필요하면 public이 아닌 필드와 메서드를 추가해도 된다.

 

ex 2) 골격 구현 클래스

public abstract class AbstractMapEntry<K, V> implements Map.Entry<K, V> {

    // 변경 가능한 엔트리는 이 메서드를 반드시 재정의해야 한다.
    @Override
    public V setValue(V value) {
        throw new UnsupportedOperationException();
    }

    // Map.Entry.equals의 일반 규약을 구현한다.
    @Override
    public boolean equals(Object obj) {
        if (obj == this) {
            return true;
        }
        if (!(obj instanceof Map.Entry)) {
            return false;
        }
        Map.Entry<?, ?> e = (Map.Entry) obj;
        return Objects.equals(e.getKey(), getKey()) && Objects.equals(e.getValue(), getValue());
    }

    // Map.Entry.hashCode의 일반 규약을 구현한다.
    @Override
    public int hashCode() {
        return Objects.hashCode(getKey()) ^ Objects.hashCode(getValue());
    }

    @Override
    public String toString() {
        return getKey() + "=" + getValue();
    }
}

• Map.Entry 인터페이스나 그 하위 인터페이스로는 이 골격 구현을 제공할 수 없다.
  • 디폴트 메서드는 equals, hashCode, toString 같은 Object 메서드를 재정의할 수 없기 때문이다.
• 골격 구현은 기본적으로 상속해서 사용하는 걸 가정하므로 설계 및 문서화 지침을 모두 따라야 한다.

 

 

 

단순 구현(simple implementation)

• 골격 구현의 작은 변종
• AbstractMap.SimpleEntry가 좋은 예이다.
• 단순 구현도 골격 구현과 같이 상속을 위해 인터페이스를 구현한 것이지만, 추상클래스가 아니다.
• 이러한 단순 구현은 그대로 써도 되고 필요에 의해 확장해도 된다.

 

 

 

정리

• 일반적으로 다중 구현용 타입으로는 인터페이스가 가장 적합
• 복잡한 인터페이스라면 구현하는 수고를 덜어주는 골격 구현을 함께 제공하는 방법을 고려
• 골격 구현 : '가능한 한' 인터페이스의 디폴트 메서드로 제공하여 그 인터페이스를 구현한 모든 곳에서 활용하도록 하는 것이 좋다.
• '가능한 한' 이라고 한 이유 : 인터페이스에 걸려있는 구현상의 제약 때문에 골격 구현을 추상 클래스로 제공하는 경우가 더 흔하기 때문