[Effective Java] Day 21 - Item 20 :: 추상 클래스보다는 인터페이스를 우선하라

28 Dec 2021 in Java on Java, 이펙티브자바, Effectivejava Last modified at: 2022-04-22

Day21에서는 item 20에 대한 내용을 다룬다.

Item 20 :: 추상 클래스보다는 인터페이스를 우선하라

자바는 단일 상속만 지원하니, 추상 클래스 방식은 새로운 타입을 정의하는 데 커다란 제약을 안고 있다.
반면 인터페이스는 여러개를 구현(implement) 할 수 있으며 어떤 클래스를 상속했든 같은 타입으로 취급된다.
따라서 추상클래스 보다는 인터페이스를 우선으로 하여 구현하는것을 권장한다.

인터페이스의 장점

기존 클래스에도 손쉽게 새로운 인터페이스를 구현해넣을 수 있다.

한가지만 상속할 수 있는 추상클래스와 달리 인터페이스는 제한이 없기 때문에 언제든지 기존에 작성된 클래스에 새로운 인터페이스를 추가할 수 있다.

• 추상 클래스는 기존 클래스 위에 새로 끼워 넣기가 어렵다.
  A, B 클래스가 같은 추상 클래스인 Abstract1을 확장하는 경우, Abstract1 클래스의 기존 자손이던 B, C, D, E까지 같이 묶여버린다. C와 A의 공통조상이 Abstract1이 되는 것이 의미상 적절하지 않다면 클래스 계층구조에 큰 혼선을 유발한다.

믹스인(mixin)정의에 안성맞춤이다.

믹스인이란, 상속관계를 만들지 않고 원하는 기능을 하위 클래스로 만드는 것을 의미한다.
즉, 주된 타입 외에도 특정 기능을 제공하는것을 믹스인이라 한다.
java 에서는 Comparable을 예로 들 수 있는데, 인터페이스를 구현한 인터페이스는 인스턴스끼리 순서를 정할 수 있는 기능을 갖게 된다.
예를들어 우리가 잘 아는 Integer 클래스를 보면 Number 인 동시에 다른 인스턴스들과 순서를 비교할 수 있는 Comparable 을 구현한 클래스이다.

public final class Integer extends Number
        implements Comparable<Integer>, Constable, ConstantDesc {
    ...
}            

인터페이스로는 계층구조가 없는 타입 프레임워크를 만들 수 있다.

타입을 계층적으로 표현하면 구조적으로 잘 표현할 수 있지만 현실에서는 계층을 엄격히 구분하기가 어려울때도 있다. 가수겸 작곡가인 singer-songwriter를 예를 들어보자. singer-songwriter를 계층적으로 표현하면 다음과 같아진다.

public abstract class Singer {
    abstract AudioClip sing(Song s);
}
public abstract class SongWriter {
    abstract Song compose(int chartPosition);
}

public abstract class SingerSongWriter {
    abstract AudioClip sing(Song s);
    abstract Song compose(int chartPosition);
}

다중 상속이 불가능하기 때문에 Singer 와 Songwriter를 조합한 클래스를 별도로 만들어야 한다.

예제에서는 조합이 두개뿐이지만 만약 조합이 여러개라면 모든 조합별로 클래스를 지원해야 하므로 많은 클래스가 만들어지게 된다. 이를 조합 폭발(combinatorial explosion) 이라 한다.

조합폭팔

Logger를 만들때는 FileLogger, ConsoleLogger, DBLogger 와 같은 종류가 있을 수 있다. 그리고 이 로거들을 이용해 Plain, JSON, CSV 등의 포맷으로 로그를 저장할 수도 있다. 만약 추상 클래스로 이 모든 조합을 추상클래스로 구현하여 상속받게 한다면 총 9가지의 클래스가 만들어진다.

1. FileLoggerPlain
2. FileLoggerJSON
3. FileLoggerCSV
4. ConsoleLoggerPlain
5. ConsoleLoggerJSON
6. ConsoleLoggerCSV
7. DBLoggerPlain
8. DBLoggerJSON
9. DBLoggerCSV

여기서 지원해야하는 logger 종류나 포맷이 늘어난다면 지원해야할 조합의 수는 기하급수적으로 늘어난다. 흔히 조합 폭발(combinatorial explosion) 이라 부르는 현상이다. 인터페이스로 정의하면 Singer와 Songwriter 를 모두 구현해도 문제가 되지 않는다.

public interface Singer {
    AudioClip sing(Song s);
}
public interface Songwriter {
    Song compose(int chartPosition);
}
public interface SingerSongwriter extends Singer, Songwriter {
}

default method를 제공해 일감을 덜어줄 수 있다.

인터페이스의 메서드 중 구현 방법이 명백한 것이 있다면, 그 구현을 default method로 제공해줄 수 있다.

단, 몇가지 규칙을 지켜야 한다.

1. 상속하려는 사람을 위한 @implSpec 자바독 태그를 붙여 문서화해야 한다.
2. equals 와 hashCode 같은 Object의 메서드를 default method로 제공해서는 안된다.

인터페이스의 단점

java 8 부터 default method 가 제공되어 interface도 구현된 method를 가질 수 있게 되었지만 여전히 제약사항이 존재한다.

인스턴스 필드를 가질 수 없다.

인터페이스에 정의되는 모든 필드는 public 이고 static 이며 final이다.

public interface Parent {
   Integer field = 1; // 암묵적으로 `public static final`이 붙는다.
}

public 이 아닌 정적 멤버는 가질 수 없다.

단, private 정적 메서드는 예외이다.

public interface Parent {
   private static Integer field = 1; // error: 제어자 'private'은(는) 허용되지 않습니다

   private 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;
       }
   };
}

직접 만들지 않은 인터페이스에는 디폴트 메서드를 추가할 수 없다.

클래스와 달리 인터페이스는 메소드가 추가된다면, 기존에 그 인터페이스를 구현하고 있던 다른 클래스들이 영향을 받을 것이기 때문이다.

단점 보완

추상 골격 구현(skeletal implementation) 클래스를 함께 제공

인터페이스와 추상 골격 구현(skeletal implementation) 클래스를 함께 제공하는 식으로 인터페이스와 추상 클래스의 장점을 모두 취하는 방법도 있다. 인터페이스에서 제공하지 못한 기능을 추상 클래스에서 구현하여 제공할 수 있다.

추상 골격 구현(skeletal implementation) 클래스 만들기

• 인터페이스로는 타입을 정의하고, 필요하면 디폴트 메서드 몇 개도 함께 제공한다.
• 인터페이스로 구현하지 못한 클래스들은 골격 구현 클래스에서 구현한다.

• 클래스의 이름은 관례상 Abstract~ 로 짓는다.

  ex) AbstractSet, AbstractMap, AbstractList …

장점

• 추상 클래스처럼 구현을 도와주는 동시에, 추상클래스로 타입을 정의할 때 따라오는 제약에서 자유롭다. 여러 인터페이스를 구현하여 추상 골격 구현 클래스를 만들 수 있으므로 계층구조가 없는 타입을 만들 수 있으며 기존의 추상 골격 구현 클래스에 새로운 인터페이스를 쉽게 추가할수도 있다.

Q. 왜 또 추상클래스지? 똑같이 단일상속에 제약을 받지 않을까?

1. 추상 골격 구현(skeletal implementation)을 구현한 클래스는 type으로서 interface 를 사용하게 된다. AbstractMap과 HashMap 구현
   • 추상 골격 구현 클래스인 AbstractMap은 Map interface 타입을 사용함.

      public abstract class AbstractMap<K,V> implements Map<K,V> {} //추상 골격 구현 클래스
      public class HashMap<K,V> extends AbstractMap<K,V> implements Map<K,V> {} //구체 클래스
     

     HashMap의 사용

      AbstractMap map = new HashMap<String, String>(); // X
      Map map = new HashMap<String, String>(); // O
     

2. HashMap 이 AbstractMap을 상속하지 않고 다른 클래스를 사용하게 되더라도 사용하는 클래스에서는 문제가 없다.

   왜냐하면 HashMap의 Type은 AbstractMap 이 아니라 Map이고, AbstractMap은 그저 구현에 도움을 주는것 뿐이기 때문이다. AbstractMap을 상속하였다고 해서 HashMap과 AbstractMap이 is-a 관계를 가지지는 않는다. 그러니, 사용하는 측에서 ~Abstract~ 가 붙은 클래스가 부모라면 is-a관계가 아니라는 생각을 가져야겠다. 반대로 is-a 관계인 추상 클래스에 ~Abstract~ 를 붙여 이름을 지으면 안되겠다.

3. AbstractMap을 상속하지 못한다면 nested class로도 활용할 수 있다. (시뮬레이트한 다중상속, simulated multiple inheritance)

    public class HashMap<K,V> implements Map<K,V> {
        private final DefaultMap defaultMap;
        public HashMap() {
            this.defaultMap = new DefaultMap();
        }
        @Override
        public int size() {
            return this.defaultMap.size();
        }
        ...
        private class DefaultMap extends AbstractMap<K, V> {
            ...
        }
    }
   

   인터페이스를 구현한 HashMap 클래스에서
   AbstractMap 골격 구현을 확장한 private 내부 클래스를 정의하고,
   각 메서드 호출을 내부 클래스의 인스턴스인 this.defaultMap에 전달하는 것이다.

주의사항

• 인터페이스에서 equals와 hashCode 같은 Object의 메서드는 디폴드로 제공하면 안된다.
  • 해당 메서드들은 모두 골격 구현 클래스에 구현하자
• 인터페이스의 메서드 모두가 기반 메서드와 default method가 된다면 골격 구현 클래스를 별도로 만들 이유는 없다.
• 상속해서 사용하는것을 가정하므로 아이템 19 에서 이야기한 설계 및 문서화 지침을 모두 따라야 한다.

결론

• 상속을 하는 것보다 인터페이스를 사용하는 것이 더 안전하다.
• 일반적으로 다중 구현용 타입으로는 인터페이스가 가장 적합하다.
• 복잡한 인터페이스라면 구현하는 수고를 덜어주는 골격 구현(skeletal implementation) 클래스을 함께 제공하는 방법을 꼭 고려해보자.
• 골격 구현은 ‘가능한 한’ 인터페이스의 디폴트 메서드로 제공하여 그 인터페이스를 구현한 모든 곳에서 활용하도록 하는 것이 좋다. ‘가능한 한’이라고 한 이유는, 인터페이스에 걸려 있는 구현상의 제약 때문에 골격 구현을 추상 클래스로 제공하는 경우가 더 흔하기 때문이다.

참조

• combinatorial explosion
• skeletal implementation
• mixin