배열보다는 리스트를 사용하라 - Effective Java[28]

🔗 배열과 제네릭 타입의 차이

💎 배열은 공변, 제네릭은 불공변

• 배열은 공변(covariant)이다.

  • ex) Sub가 Super의 하위 타입이라면 Sub[]는 배열 Super[]의 하위 타입이 된다.

  • 즉, 함께 변한다는 뜻 [자기 자신과 자식 객체로 타입 변환을 허용해주는 것]

• 제네릭은 불공변(invariant)이다

  • 서로 다른 타입 Type1, Type2가 있을 때, List<Type1>은 List<Type2>의 하위 타입도 아니고 상위 타입도 아니다.

  • 불공변은 자기와 타입이 같은 것만 같다고 인식하는 것이 특징이다.

  • 즉, 두 개의 타입은 전혀 관련이 없다는 뜻이다.

💎배열 예제 - 런타임 시점에 실패한다.

Object[] objectArray = new Long[1];
objectArray[0] = "타입이 달라 넣을 수 없다."; //ArrayStoreException 발생

💎제네릭 예제 - 컴파일 시점에 실패한다.

List<Object> ol = new ArrayList<Long>(); // 호환되지 않는 타입이다.
ol.add("타입이 달라 넣을 수 없다.")

• 어느 쪽이든 Long용 저장소에 String을 넣을 수는 없다.

• 배열에서는 그 실수를 런타임에야 알게 되지만, 제네릭 리스트에서는 컴파일 할 때 바로 알 수 있다.

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💎 배열은 실체화, 제네릭은 타입정보 런타임 시 소거

• 배열은 런타임에도 자신이 담기로 한 원소의 타입을 인지하고 확인한다.
  • 위 코드에서 보듯 Long 배열에 String을 넣으려 하면 ArrayStoreException이 발생한다.

• 제네릭은 타입 정보가 런타임에는 소거 된다.

  • 원소 타입을 컴파일타임에만 검사하며 런타임에는 알 수조차 없다는 뜻이다.

  • 소거는 제네릭이 지원되기 전의 레거시 코드와 제네릭 타입을 함께 사용할 수 있게 해주는 메커니즘이다.

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💎 제네릭 배열은 왜 못만들게 했을까?

• 타입 안전하지 않기 때문이다.

• 제네릭 배열을 허용한다면 컴파일러가 자동 생성한 형변환 코드에서 런타임에 ClassCastException이 발생한다.

• 런타임에 ClassCastException이 발생하는 일을 막아주겠다는 제네릭 타입 시스템의 취지에 어긋나는것이다.

💎 제네릭 배열 생성을 허용하지 않는 이유 - 컴파일 되지 않는다.

List<String>[] stringLists = new List<String>[1]; // (1)
List<Integer> intList = List.of(42); // (2)
Object[] objects = stringLists; // (3)
objects[0] = intList; // (4)
String s = stringLists[0].get(0); // (5)

• 제네릭 배열을 생성하는 (1)이 허용된다고 상상해보자.

• (2)는 원소가 하나 뿐인 List<Integer>를 생성한다.

• (3)은 (1)에서 생성한 List<String>의 배열을 Object 배열에 할당한다.

• (4)는 (2)에서 생성한 List<Integer>의 인스턴스를 Object 배열의 첫 원소로 저장한다.

• List<String> 인스턴스만 담겠다고 선언한 stringLists 배열에는 List<Integer> 인스턴스가 저장돼 있다.

  • (5)는 이 배열의 처음 리스트에서 첫 원소를 꺼내려한다.

  • 컴파일러는 꺼낸 원소를 자동으로 String으로 형변환하는데, 이 원소는 Integer 이므로 런타임에 ClassCastExcetpion이 발생한다.

• 이런 일을 방지하려면 (제네릭 배열이 생성되지 않도록) (1)에서 컴파일 오류를 내야 한다.

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🔗 실체화 불가 타입

• E, List<E>, List<String> 같은 타입을 실체화 불가 타입이라 한다.

• 즉, 실체화되지 않아서 런타임에는 컴파일타임보다 타입 정보를 적게 가지는 타입이다.

• 소거 메커니즘 때문에 매개변수화 타입 가운데 실체화될 수 있는 타입은 List<?>와 Map<?,?> 같은 비한정적 와일드 카드 뿐이다.

• 배열을 비한정적 와일드카드 타입으로 만들 수는 있지만, 유용하게 쓰일 일은 거의 없다.

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💎 배열을 제네릭으로 만들 수 없어 귀찮은 상황도 있어 T_T

• 제네릭 컬렉션에서는 자신의 원소 타입을 담은 배열을 반환하는게 보통은 불가능하다.

• 제네릭 타입과 가변인수 메소드(varargs method)를 함께 쓰면 해석하기 어려운 경고 메시지를 받게 된다.

  • 가변인수 메소드를 호출할 때마다 가변인수 매개변수를 담을 배열이 하나 만들어지는데, 이때 그 배열의 원소가 실체화 불가 타입이라면 경고가 발생하는 것이다.

  • @SafeVarargs 애너테이션으로 대처할 수 있다.

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💎 배열로 형변환 할 때 제네릭 배열 생성 오류나 비검사 형변환 경고가 뜨는 경우

• 대부분은 배열인 E[] 대신 컬렉션인 List<E>를 사용하면 해결된다.

• 코드가 조금 복잡해지고 성능이 살짝 나빠질 수도 있지만, 타입 안정성과 상호 운용성은 좋아진다.

💎생성자에서 컬렉션을 받는 클래스 - 제네릭을 시급히 적용해야한다.

public class Chooser {
    private final Object[] choiceArray;
    
    public Chooser(Collection choices) {
        choiceArray = choices.toArray();
    }
    
    public Object choose() {
        Random rnd = ThreadLocalRandom.current();
        return choiceArray[rnd.nextInt(choiceArray.length)];
    }
}

• 이 클래스를 사용하려면 choose 메소드를 호출할 때마다 반환된 Object를 원하는 타입으로 형변환 해야한다.
  • 만약 다른 타입의 원소가 들어 있었따면 런타임에 형변환 오류가 날 것이다.

💎 Chooser를 제네릭으로 만들기 위한 첫 시도 - 컴파일 되지 않는다.

public class Chooser {
    private final T[] choiceArray;
    
    public Chooser(Collection<T> choices) {
        choiceArray = choices.toArray();
    }

    public Object choose() {
        Random rnd = ThreadLocalRandom.current();
        return choiceArray[rnd.nextInt(choiceArray.length)];
    }
}

• 이 클래스를 컴파일하면 다음과 같은 오류가 출력된다.

• error : incompatible types: Object[] cannot be converted to T[]

💎해결책 인 줄 알았지!!? Object 배열을 T배열로 형변환 - 경고

public class Chooser {
    private final T[] choiceArray;
    
    public Chooser(Collection<T> choices) {
        choiceArray = (T[]) choices.toArray();
    }
	...
}

• warning : [unchecked] unchecked cast choiceArray = (T[]) choices.toArray();

• T가 무슨 타입인지 알 수 없으니 컴파일러는 이 형변환이 런타임에도 안전한지 보장할 수 없다는 메시지이다.

• 제네릭에서는 원소의 타입 정보가 소거되어 런타임에는 무슨 타입인지 알 수 없다고 했다.

  • ex) List<String> 컴파일 시점 -> List 런타임 시점

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💎 비검사 형변환 경고를 제거하려면 배열 대신 리스트를 쓰자!

public class Chooser {
    private final List<T> choiceList;
    
    public Chooser(Collection<T> choices) {
        choiceList = new ArrayList<>(choices);
    }

    public Object choose() {
        Random rnd = ThreadLocalRandom.current();
        return choiceList.get(rnd.nextInt(choiceList.size()));
    }
}

• 코드 양이 조금 늘었고 성능상 조금 더 느릴테지만, 런타임에 ClassCastException을 만날 일이 없으니 그만한 가치가 있다.

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배열과 제네릭에는 매우 다른 타입 규칙이 적용된다.

배열은 공변이고 실체화되는 반면, 제네릭은 불공변이고 타입 정보가 소거된다.

그 결과 배열은 런타임에는 타입 안전하지만 컴파일타임에는 그렇지 않다.

제네릭은 반대다.

그래서 둘을 섞어 쓰기란 쉽지 않다.

둘을 섞어 쓰다가 컴파일 오류나 경고를 만나면,

가장 먼저 배열을 리스트로 대체하는 방법을 적용해보자.

참조 - 이펙티브 자바 3/E - 조슈아 블로크