클래스와 멤버의 접근 권한을 최소화하라 - Effective Java[15]
어설프게 설계된 컴포넌트와 잘 설계된 컴포넌트의 가장 큰 차이는 바로 클래스 내부 데이터와 내부 구현 정보를 외부 컴포넌트로부터 얼마나 잘 숨겼느냐이다.
잘 설계된 컴포넌트는 모든 내부 구현을 완벽히 숨겨, 구현과 API를 깔끔하게 분리한다.
💎 어 근데 나 이거 어디서 많이 본 내용 같은데?
자바를 배운 사람이라면 위 내용을 보았을때 기억 저편에서 떠오르는 개념이 한가지 있을 것이다.
그렇다. 그것은 바로 캡슐화, 정보은닉이라고 하는 개념이며 소프트웨어 설계의 근간이 되는 원리이다.
이번 시간은 캡슐화가 얼마나 중요한지에 대해 알아볼 차례이다.
우선 캡슐화의 장점에 대해 알아보자.
- 시스템 개발 속도를 높인다. 여러 컴포넌트를 개발할 수 있기 때문이다.
- 시스템 관리 비용을 낮춘다. 각 컴포넌트를 더 빨리 파악하여 디버깅할 수 있고, 다른 컴포넌트로 교체하는 부담도 적기 때문이다.
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정보 은닉 자체가 성능을 높여주지는 않지만, 성능 최적화에 도움을 준다. 완성된 시스템을 프로파일링해 최적화할 컴포넌트를 정한 다음, 다른 컴포넌트에 영향을 주지 않고 해당 컴포넌트만 최적화할 수 있기 떄문이다.
- 소프트웨어 재사용성을 높인다. 외부에 거의 의존하지 않고 독자적으로 동작할 수 있는 컴포넌트라면 그 컴포넌트와 함께 개발되지 않은 낯선 환경에서도 유용하게 쓰일 가능성이 크기 떄문이다.
- 큰 시스템을 제작하는 난이도를 낮춰준다. 시스템 전체가 완성되지 않은 상태에서도 개별 컴포넌트의 동작을 검증할 수 있기 때문이다.
흠… 솔직히 잘 모르겠다 크게 와닿지는 않는다..
다음으로 정보 은닉의 기본 원칙에 대해 알아보자.
🔗 모든 클래스와 멤버의 접근성을 가능한 한 좁혀야 한다.
자바는 정보 은닉을 위한 다양한 장치를 제공하며, 그 중 접근 제어 메커니즘은 클래스, 인터페이스, 멤버의 접근성을 명시한다.
각 요소의 접근성은 그 요소가 선언된 위치와 접근 제한자[private, protected, default, public]로 정해진다. 이 접근 제한자를 제대로 활용하는 것이 정보 은닉의 핵심이다.
💎public 일 필요가 없는 클래스의 접근 수준을 package-private로 바꾸는것은 매우 중요해!
(가장 바깥이라는 의미의) 톱레벨 클래스와 인터페이스에 부여할 수 있는 접근 수준은
package-private[default]와 public 두 가지이다.
톱레벨 클래스나 인터페이스를 public으로 선언하면 공개 API가 되며, package-private으로 선언하면 해당 패키지 안에서만 이용할 수 있다.
패키지 외부에서 쓸 이유가 없다면 package-private으로 선언하자.
public으로 선언한다면 API가 되므로 하위 호환을 위해 영원히 관리해줘야하는 반면,
package-private으로 선언하면 API가 아닌 내부구현이 되어 언제든 수정할 수 있다.
멤버(필드, 메서드, 중첩 클래스, 중첩 인터페이스)에 부여할 수 있는 접근 수준은 네 가지다.
접근 범위가 좁은 것부터 순서대로 살펴보자.
- private : 멤버를 선언한 톱레벨 클래스에서만 접근할 수 있다.
- package-private [default] : 멤버가 소속된 패키지 안의 모든 크래스에서 접근할 수 있다. 접근 제한자를 명시하지 않았을때 적용되는 패키지 접근 수준이다 (단, 인터페이스의 멤버는 기본적으로 public이 적용된다.)
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protected: package-private의 접근 범위를 포함하며, 이 멤버를 선언한 클래스의 하위 클래스에서도 접근할 수 있다(제약이 조금 따른다.)
- public : 모든 곳에서 접근할 수 있다.
🔗 protected 멤버의 수는 적을수록 좋아!
public 클래스에서는 멤버의 접근 수준을 package-private에서 protected로 바꾸는 순간 그 멤버에 접근할 수 있는 대상 범위가 엄청나게 넓어진다. public 클래스의 protected 멤버는 공개 API이므로 영원히 지원돼야 한다. 또한 내부 동작 방식을 API문서에 적어 사용자에게 공개해야 할 수도 있다.
따라서 protected 멤버의 수는 적을수록 좋다.
💎상위 클래스의 메서드를 재정의할 때는 그 접근 수준을 상위 클래스에서보다 좁게 설정 할 수 없어!!
이 제약은 상위 클래스의 인스턴스는 하위 클래스의 인스턴스로 대체해 사용할 수 있어야 한다는 규칙(SOLID 중 리스코프 치환 원칙)을 지키기 위해 필요하다.
이 규칙을 어기면 하위 클래스를 컴파일할 때 오류가 난다. 클래스가 인터페이스를 구현하는건 이 규칙의 특별한 예로 볼 수 있고, 이 때 클래스는 인터페이스가 정의한 모든 메소드를 public으로 선언해야 한다.
🔗 public 클래스의 인스턴스 필드는 되도록 public이 아니어야 해!!
필드가 가변 객체를 참조하거나, final이 아닌 인스턴스 필드를 public으로 선언하면 그 필드에 담을 수 있는 값을 제한할 힘을 잃게 된다.
그 필드와 관련된 모든 것은 불변식을 보장할 수 없게 된다는 뜻이다.
여기에 더해, 필드가 수정 될 때 (락 흭득 같은) 다른 작업을 할 수 없게 되므로 public 가변 필드를 갖는 클래스는 일반적으로 스레드 세이프 하지 않다.
심지어 필드가 final이면서 불변 객체를 참조하더라도 문제는 여전히 남는다. 내부구현을 바꾸고 싶어도 그 public 필드를 없애는 방식으로는 리팩토링을 할 수가 없게 된다.
💎항상 예외는 존재 하는법! 해당 클래스가 표현하는 추상 개념을 완성하는데 꼭 필요한 구성요소로써의 상수라면 public static final 필드로 공개해도 좋아!
관례상 이런 상수의 이름은 대문자 알파벳으로 쓰며, 각 단어 사이에 밑줄(_) 을 넣는다.
이런 필드는 반드시 기본 타입 값이나 불변 객체를 참조해야 한다. [ 가변 객체 참조하면 큰일나!! 참조된 가변 객체는 수정 될 수 있단말야!! ]
💎클래스에서 public static final 배열 필드를 두거나 이 필드를 반환하는 접근자 메서드를 제공하면 안돼!!
길이가 0이 아닌 배열은 모두 변경이 가능하니 주의해야 한다. 이런 필드나 접근자를 제공한다면 클라이언트에서 그 배열의 내용을 수정할 수 있게 된다.
다음의 코드를 통해 보안 허점을 살펴보자.
public static final Thing[] VALUES = {...};
어떤 IDE가 생성하는 접근자는 private 배열 필드의 참조를 반환하여 이와 같은 문제를 일으키니 주의해야한다.
💎해결책은 두가지가 있어 ! 클라이언트가 뭘 원하는지에 따라 사용해!!
- public 배열을 private으로 변경하고 public 불변 리스트를 추가하는 방법
private static final Thing[] PRIVATE_VALUES = {...}
public static final List<Thing> VALUES =
Collections.unmodifiableList(Arrays.asList(PRIVATE_VALUES));
- public 배열을 private으로 만들고 그 복사본을 반환하는 public 메소드를 추가하는 방법(방어적 복사)
private static final Thing[] PRIVATE_VALUES = {...}
public static final Thing[] values() {
return PRIVATE_VALUES.clone();
}
🔗 자바9 모듈 시스템의 도입
자바 9에서는 모듈 시스템이라는 개념이 도입되면서 두 가지 암묵적 접근 수준이 추가되었다. 패키지가 클래스들의 묶음이듯, 모듈은 패키지들의 묶음이다.
- 모듈은 자신에 속하는 패키지 중 공개(export)할 것들을 (관례상 module-info.java 파일에) 선언한다.
- protected 혹은 public 멤버라도 해당 패키지를 공개하지 않았다면 모듈 외부에서는 접근할 수 없다.
- 물론 모듈 안에서는 exports로 선언했는지 여부에 아무런 영향도 받지 않는다.
모듈 시스템을 활용하면 클래스에 외부에 공개하지 않으면서도 같은 모듈을 이루는 패키지 사이에서는 자유롭게 공유할 수 있다. 위에서 이야기한 두 가지 암묵적 접근 수준은 바로 이 숨겨진 패키지 안에 있는 public 클래스의 public 혹은 protected 멤버와 관련이 있다.
- 이 암묵적 접근 수준들은 각각 public 수준과 protected 수준과 같으나, 그 효과가 모듈 내부로 한정되는 변종인 것이다.
- 이런 형태로 공유해야 하는 상황은 흔하지 않다. 그래야 하는 상황이 벌어지더라도 패키지들 사이에서 클래스들을 재배치하면 대부분 해결된다.
앞서 다룬 4개의 기존 접근 수준과 달리, 모듈에 적용되는 새로운 두 접근 수준은 상당히 주의해서 사용해야 한다.
- 모듈의 JAR 파일을 자신의 모듈 경로가 아닌 애플리케이션의 클래스패스(classpath)에 두면 그 모듈 안의 모든 패키지는 마치 모듈이 없는 것처럼 행동한다.
- 즉, 모듈이 공개했는지 여부와 상관없이, public 클래스가 선언한 모든 public 혹은 protected 멤버를 모듈 밖에서도 접근할 수 있게 된다.
- 새로 등장한 이 접근 수준을 적극 활용한 예가 바로 JDK 그 자체다. 자바 라이브러리에서 공개하지 않은 패키지들은 해당 모듈 밖에서는 절대로 접근할 수 없다.
프로그램 요소의 접근성은 가능한 한 최소한으로 하라. 꼭 필요한 것만 골라 최소한의 public API를 설계하자.
그 외에는 클래스, 인터페이스, 멤버가 의도치 않게 API로 공개 되는 일이 없도록 해야 한다.
public 클래스는 상수용 public static final 필드 외에는 어떠한 public 필드도 가져서는 안 된다.
public static final 필드가 참조하는 객체가 불변인지 확인하자.
참조 - 이펙티브 자바 3/E - 조슈아 블로크
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