[Effective Java] Day 13 - Item 24 :: 멤버 클래스는 되도록 static으로 만들라

12 Dec 2021 in Java on Java, 이펙티브자바, Effectivejava 2022-04-22

이 아이템에서는 각각의 중첩 클래스를 언제, 왜 사용해야하는지 얘기하고 있다.

중첩클래스란?

중첩 클래스(nested class): 다른 클래스 안에 정의된 클래스

정적 멤버 클래스
(비정적) 멤버 클래스
익명 클래스
지역 클래스

정적 멤버 클래스를 제외한 나머지는 내부 클래스(inner class)이다.

1. 정적 멤버 클래스

일반 클래스와의 차이

다른 클래스 안에 선언됨
바깥 클래스의 private 멤버에도 접근 가능

다른 정적 멤버와 똑같은 접근 규칙을 적용 받는다.

private으로 선언하면 바깥 클래스에서만 접근 가능

흔히 바깥 클래스와 함께 쓰이는 public 도우미 클래스로 쓰임

public class Calculator {
  public enum Operation{// 열거타입도 정적 멤버 클래스이다
      PLUS, MINUS
  }
}

public class Client {
  public static void main(String[] args) {
      Calculator.Operation test = Calculator.Operation.PLUS;
  }
}

정적 멤버 클래스와 접근제어자

private 정적 멤버 클래스는 바깥 클래스가 표현하는 객체의 한 부분(구성요소, *멤버변수를 의미하는 듯)을 나타날 때 쓴다.

public이나 protected 멤버라면 정적으로 만들지, 안 만들지에 대해서 신중해야 한다. 이미 릴리즈 된 비정적 클래스를 추후 버전에서 정적으로 바꾼다면 하위 호환성이 깨지게 된다.

2. 비정적 멤버 클래스

정적 멤버 클래스와의 차이

구문상 차이: static의 유무
의미상 차이: 비정적 멤버 클래스의 인스턴스는 바깥 클래스의 인스턴스와 암묵적으로 연결된다.
비정적 멤버 클래스의 인스턴스 메서드에서 정규화된 this를 사용하여 바깥의 인스턴스 메서드 호출 또는 바깥 인스턴스의 참조를 가져올 수 있다.
- 정규화된 this: 클래스명.this 형태로 바깥 클래스의 이름을 명시하는 용법

개념상 중첩 클래스의 인스턴스가 바깥 인스턴스와 독립적으로 존재할 수 있다면 정적 멤버 클래스로 만들어야 한다.
비정적 멤버 클래스는 바깥 인스턴스 없이는 생성할 수 없다.

public class NonStaticExample {
    private final String name;

    public NonStaticExample(String name) {
        this.name = name;
    }

    public String getName() {
        NonStaticClass nonStaticClass = new NonStaticClass();
        return nonStaticClass.getNameWithOuter();
    }

    private class NonStaticClass {
        public String getNameWithOuter() {
            // 정규화된 this 를 이용해서 바깥 클래스의 인스턴스 메서드를 사용할 수 있다.
            return NonStaticExample.this.name;
        }
    }
}

비정적 멤버 클래스의 인스턴스와 바깥 인스턴스 사이의 관계는 멤버클래스가 인스턴스화 될 때 확인되며, 더 이상 변경할 수 없다.

드물게 직접 바깥 인스턴스의 클래스.new Member Class(args)를 호출해 수동으로 만든다. 비정적 내부 클래스는 NonStaticExample 객체를 생성 후 NonStaticExample 객체를 이용하여 NonStaticClass 객체를 생성해야한다. 즉, 비정적 내부 클래스는 바깥 클래스에 대한 참조가 필요한 것이다.

NonStaticExample nonStaticExample = new NonStaticExample("NonStatic");
NonStaticExample.NonStaticClass nonStaticClass = nonStaticExample.new NonStaticClass();

하지만 이 관계 정보는 비정적 멤버 클래스의 인스턴스 안에 만들어져 메모리 공간을 차지하며, 생성시간도 더 걸린다.
비정적 내부 클래스의 경우 바깥 인스턴스로의 숨은 외부 참조 정보를 가지고 있기 때문에 메모리 누수가 발생할 여지가 있다. 바깥 클래스는 더 이상 사용되지 않지만 내부 클래스의 참조로 인해 GC가 수거하지 못해서 바깥 클래스의 메모리 해제를 하지 못하는 경우가 발생할 수 있다.

item24-nonStatic

정적 내부 클래스의 경우 바깥 클래스에 대한 참조 값을 가지고 있지 않기 때문에 메모리 누수가 발생하지 않는다. 메모리 누수가 발생할 수 있는 문제점이 있기 때문에 만약 내부 클래스가 독립적으로 사용되어 바깥 인스턴스에 접근할 일이 없다면 무조건 static 클래스로 선언하여 사용하는 것이 좋다! 바깥 클래스에 대한 참조를 가지지 않아 메모리 누수가 발생하지 않기 때문이다.

비정적 멤버 클래스의 쓰임새: 어댑터의 역할

비정적 클래스를 어댑터 패턴을 이용하여 바깥 클래스를 다른 클래스로 제공 할 때 사용하면 좋다.
Map 인터페이스의 구현체: 자신의 컬렉션 뷰를 구현할 때 비정적 멤버 클래스를 사용
- ex) HashMap의 keySet()
  keySet()을 사용하면 Map의 key에 해당하는 값들을 Set으로 반환해 주는 데 어댑터 패턴을 이용해서 Map을 Set으로 제공한다.
Collection 인터페이스의 구현체: 자신의 반복자 구현

3. 익명 클래스(anonymous class)

이름이 없는 일회용 클래스.
바깥 클래스의 멤버도 아니다.
정의와 생성을 동시에: 쓰이는 시점에 선언과 동시에 인스턴스가 만들어진다.
비정적인 문맥에서 사용될 때만 바깥 클래스의 멤버 접근이 가능하다.

public class AnonymousExample2 {
    private double x;
    private double y;

    public double operate() {//비정적 문맥
        Operator2 operator = new Operator2() {//구현 인터페이스 이름
            @Override
            public double plus() {
                //바깥 인스턴스 x, y 참조
                System.out.printf("%f + %f = %f\n", x, y, x + y);
                return x + y;
            }
        };
        return operator.plus();
    }
}

interface Operator2 {
    double plus();
}

정적 문맥에서라도 상수 정적 변수(static final) 이외의 정적 멤버는 가질 수 없다. 즉, 상수 표현을 위해 초기화된 final 기본 타입과 문자열 필드만 가질 수 있다.
- 자바 8에서 람다의 도입과 함께 조금 완화되어 final이 아니더라도 참조 가능하나 참조되는 값은 의미적으로는 여전히 상수여야만 함
- 따라서 final로 선언하지 않더라도 값을 변경할 순 없음

public class AnonymousExample3 {
    private double x;
    private double y;

    static double operate() {//정적 문맥
        Operator3 operator = new Operator3() {//구현 인터페이스 이름
            static final double a = 0;
            static double b = 0; //컴파일에러 발생. 자바 16부터는 에러 발생 X
            @Override
            public double plus() {
              //return x; //바깥 인스턴스 x, y 참조 불가
                return a;
            }
        };
        return operator.plus();
    }
}

interface Operator3 {
    double plus();
}

이전에는 즉석에서 작은 함수 객체나 처리 객체를 만드는데 익명 클래스를 사용했지만 이제 람다에게 물려주었다.

익명 클래스 예시

Comparator 구현 - 람다가 나오고 나서는 자주 사용하지 않는 방식

List<Integer> list = Arrays.asList(10, 5, 6, 7, 1, 3, 4);
Collections.sort(list, new Comparator<Integer>() {
 @Override
 public int compare(Integer o1, Integer o2) {
     return Integer.compare(o1, o2);
 }
});
System.out.println(list);

Java 8 람다가 나오고 나서는 주로 아래와 같이 사용한다.

Collections.sort(list, (o1, o2) -> Integer.compare(o1, o2));

Collections.sort(list, Comparator.comparingInt(o -> o));

정적 팩터리 메서드 구현 시 자주 사용됨

public interface IntListHelper {
      
 static List<Integer> intArrayAsList(int[] a) {
     return new AbstractList<Integer>() {
         @Override
         public Integer get(int index) {
             return a[index];
         }
  
         @Override
         public int size() {
             return a.length;
         }
     };
 }
}

익명 클래스의 제약사항

선언한 지점에서만 인스턴스 생성가능하다.
instanceof 검사나 클래스의 이름이 필요한 작업은 수행할 수 없다.
여러 인터페이스 구현이 불가능하고, 구현과 동시에 다른 클래스를 상속할 수도 없다.
익명 클래스를 사용하는 클라이언트는 그 익명 클래스가 상위 타입에서 상속한 멤버 외에는 호출할 수 없다.
표현식 중간에 등장해 10줄이 넘어가면 가독성이 좋지 않다.

4. 지역 클래스

가장 잘 안쓰인다.
지역변수를 선언할 수 있는 곳이면 어디서든 선언 가능하고, 유효 범위도 지역변수와 같다.
멤버클래스처럼 이름이 있고 반복적해서 사용 가능하다.
익명 클래스처럼 비정적 문맥에서 사용될 때만 바깥 인스턴스를 참조할 수 있다.
정적 멤버는 가질 수 없고, 가독성을 위해 짧게 작성해야 한다.

public class LocalExam {
    void x() {
        class LocalClass {
            void doPrint() {
                System.out.println("LocalClass");
            }
        }
        LocalClass local = new LocalClass();
        local.doPrint();
    }

    public static void main(String[] args) {
        LocalExam a = new LocalExam();
        a.x();
    }
}

Q. 지역클래스 내 메소드에서 지역 클래스 밖 surrounding scope의 변수를 사용하는 구조의 소스가 있다. 이때 매번 지역클래스를 호출할 때 마다 객체를 새로 생성하는걸까?

아니다. 지역클래스를 선언하면 컴파일 타임에서 객체가 선언이 되고, 그 후 사용할 때 마다 선언된 객체를 호출하는 구조이다. 즉, 매번 사용할 때 마다 새로운 객체를 생성하는 것이 아니라 기생성된 객체를 인스턴스화 한다.

public class A {
    private int i = 10, j = 20;
    void x(int a){
        class B {
            private int b;
            B(int b){ this.b = b;}
            void y() {
                System.out.println(a + b);
            }
        }
        B bb = new B(a/10);
        bb.y();
    }
    void y(){x(200);}
    void z(){x(300);}

    public static void main(String[] args) {
        A a = new A();
        a.x(100);
    }
}

위 소스코드에 대한 컴파일 결과를 보면

class A$1B {
  private int b;
  final int val$a; //System.out.println(a + b);에서 사용하면서 생김
  final A this$0;  //B는 A의 지역 클래스이기 때문에, B를 빈 깡통으로 선언해도 생김
  A$1B(int);
  void y();
}

지역 클래스인 class B, 즉 A$1B가 위와 같이 한 번만 생성된다. surrounding scope의 변수인 a, 바깥쪽 클래스 A의 객체 this가 마치 멤버변수처럼 B 지역 클래스 안에 생성된 것을 볼 수 있다. 즉, closure처럼 capture됐다.

결론

메서드 밖에서도 사용해야 함 or 메서드 안에 정의하기엔 너무 길다 → 멤버 클래스
- 멤버 클래스의 인스턴스가 바깥 인스턴스를 참조하면 → 비정적 멤버 클래스
- 멤버 클래스의 인스턴스가 바깥 인스턴스를 참조하지 않으면 → 정적 멤버 클래스
중첩클래스가 한 메서드 안에 쓰임
and 그 인스턴스를 생성하는 지점이 단 한 곳
and 해당 타입으로 쓰기에 적합한 클래스나 인터페이스가 이미 있음 → 익명 클래스
- 그렇지 않다면? → 지역 클래스

참고

정적, 비정적 내부 클래스 알고 사용하기

[Effective Java] Day 13 - Item 24 :: 멤버 클래스는 되도록 static으로 만들라

중첩클래스란?

1. 정적 멤버 클래스

일반 클래스와의 차이

정적 멤버 클래스와 접근제어자

2. 비정적 멤버 클래스

정적 멤버 클래스와의 차이

비정적 멤버 클래스의 쓰임새: 어댑터의 역할

3. 익명 클래스(anonymous class)

익명 클래스 예시

익명 클래스의 제약사항

4. 지역 클래스

Q. 지역클래스 내 메소드에서 지역 클래스 밖 surrounding scope의 변수를 사용하는 구조의 소스가 있다. 이때 매번 지역클래스를 호출할 때 마다 객체를 새로 생성하는걸까?

결론

참고

IceChoco

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중첩클래스란?

1. 정적 멤버 클래스

일반 클래스와의 차이

정적 멤버 클래스와 접근제어자

2. 비정적 멤버 클래스

정적 멤버 클래스와의 차이

비정적 멤버 클래스의 쓰임새: 어댑터의 역할

3. 익명 클래스(anonymous class)

익명 클래스 예시

익명 클래스의 제약사항

4. 지역 클래스

Q. 지역클래스 내 메소드에서 지역 클래스 밖 surrounding scope의 변수를 사용하는 구조의 소스가 있다. 이때 매번 지역클래스를 호출할 때 마다 객체를 새로 생성하는걸까?

결론

참고

Templates (for web app):

Error

Templates (for web app):

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