이왕이면 제네릭 타입으로 만들라 - Effective Java[29]

🔗 제네릭 관련 용어

한글용어	영문용어	예
매개변수화 타입	parameterized type	List<String>
실제 타입 매개변수	actual type parameter	String
제네릭 타입	generic type	List<E>
정규 타입 매개변수	formal type parameter	E
비한정적 와일드카드 타입	unbounded wildcard type	List<?>
로 타입	raw type	List
한정적 타입 매개변수	bounded type parameter	<E extends Nubmer>
재귀적 타입 한정	recursive type bound	<T extends Comparable<T>>
한정적 와일드카드 타입	bounded wildcard type	List<? extends Number>
제네릭 메소드	generic method	static <E> List<E> asList(E[] a)
타입 토큰	type token	String.class

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🔗 제네릭 타입을 새로 만드는건 조금 더 어려워!

💎 그렇지만 배워두면 그만한 값어치는 하지 ㅋㅋ

💎Object 기반 스택 - 제네릭이 절실한 강력 후보

public class Stack {
    private Object[] elements;
    private int size = 0;
    private static final int DEFAULT_INITIAL_CAPACITY = 16;
    
    public Stack() {
        elements = new Object[DEFAULT_INITIAL_CAPACITY];
    }
    
    public void push(Object e) {
        ensureCapacity();
        elements[size++] = e;
    }
    
    public Object pop() {
        if (size == 0) {
            throw new EmptyStackException();
        }
        Object result = elements[--size];
        elements[size] = null;
        return result;
    }
    
    public boolean isEmpty() {
        return size == 0;
    }
    
    private void ensureCapcity() {
        if ( elements.length == size ) {
            elements = Arrays.copyOf(elements, 2 * size + 1);
        }
    }
}

• 위 클래스를 제네릭 타입으로 만들어보자.

• 일반 클래스를 제네릭 클래스로 만드는 첫 단계는 클래스 선언에 타입 매개 변수를 추가하는 일이다.

• 이때 타입 이름으로는 보통 E를 사용한다.

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💎 제네릭 스택으로 가는 첫 단계 - 컴파일 되지 않는다.

private class Stack<E> {
    private E[] elements;
    private int size = 0;
    private static final int DEFAULT_INITIAL_CAPACITY = 16;
    
    public Stack() {
        elements = new E[DEFAULT_INITIAL_CAPACITY];
    }
    
    public void push(E e) {
        ensureCapacity();
        elements[size++] = e;
    }
    
    public E pop() {
        if (size == 0) {
            throw new EmptyStackException();
        }
        E result = elements[--size];
        elements[size] = null;
        return result;
    }
    ...
}

• 이 단계에서는 다음과 같은 오류가 하나 발생한다. - generic array creation

• elements = new E[DEFAULT_INITIAL_CAPAACITY];

  • E와 같은 실체화 불가 타입으로는 배열을 만들 수 없다.

  • 배열을 사용하는 코드를 제네릭으로 만들려 할 때는 이 문제가 항상 발목을 잡을 것이다.

  • 적절한 해결책은 두 가지다.

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💎 첫번째 : 제네릭 배열 생성을 금지하는 제약을 대놓고 우회하기

• Object 배열을 생성한 다음 제네릭 배열로 형변환 해보자.

• 이제 컴파일러는 오류 대신 아래와 같이 경고를 내보낼 것이다.

Stack.java:8: warning: [unchecked] unchecked cast
found: Object[], required: E[]
		elements = (E[]) new Object[DEFAULT_INITIAL_CAPCITY];

• 컴파일러는 이 프로그램이 타입 안전한지 증명할 방법이 없지만 개발자는 알 수 있다.

• 따라서 이 비검사 형변환이 프로그램이 타입 안정성을 해치지 않음을 스스로 확인해야 한다.

  • 문제의 배열 elements는 private 필드에 저장되고, 클라이언트로 반환되거나 다른 메소드에 전달되는 일이 전혀 없다.

  • push 메소드를 통해 배열에 저장되는 원소의 타입은 항상 E다.

  • 따라서 이 비검사 형변환은 안전하다.

• 비검사 형변환이 안전함을 직접 증명했다면 범위를 최소로 좁혀 아래와 같이 @SuppressWarnings 애너테이션으로 해당 경고를 숨긴다.

// 배열 elements는 push(E)로 넘어온 e 인스턴스만 넘긴다.
// 따라서 타입 안정성을 보장하지만,
// 이 배열의 런타임 타입은 E[]가 아닌 Objects[]이다.

@SuppressWarnings("unchecked")
public Statck() {
    elements = ([E]) new Object[DEFAULT_INITIAL_CAPACITY];
}

• 위 방법은 가독성이 좋으며, 두 번째 방식에 비해 코드도 더 짧다.

• 배열의 타입을 E[]로 선언하여 오직 E 타입 인스턴스만 받음을 확실히 어필한다.

• 형변환을 배열 생성 시 단 한번만 해주면 된다.

• 현업에서 선호하는 방식이다.

• 하지만 (E가 Object가 아닌 한) 배열의 런타임 타입이 컴파일타임 타입과 달라 힙 오염을 일으킨다.

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💎 두번째 : elements 필드의 타입을 E[]에서 Object[]로 바꾸는 것!

• 이렇게하면 다음과 같은 오류가 발생한다.

Stack.java:19: incompatible types
found: Object, required: E
        E result = elements[--size];

• 배열이 반환한 원소를 e로 형변환 하면 오류 대신 다음과 같은 경고가 발생한다.

Stack.java:19: warning: [unchecked] unchecked cast
found: Object, required: E
      	E result = (E) elements[--size];

• E는 실체화 불가 타입으므로 컴파일러는 런타임에 이뤄지는 형변환이 안전한지 증명할 방법이 없다.

• 마찬가지로 개발자가 직접 증명하고 경고를 숨길 수 있다.

• pop 전체 메소드 전체에서 경고를 숨기지 말고, 아래처럼 비검사 형변환을 수행하는 할당문만 숨길 수 있다.

//비검사 경고를 적절히 숨긴다
public E pop() {
    if (size == 0) {
        throw new EmptyStackException();
    }
    
    //push에서 E 타입만 허용하므로 이 형변환은 안전하다.
    @SuppressWarnings("unchecked") E result = (E) elements[--size];
    
    elements = null;
    return result;
}

• 위 방식은 배열에서 원소를 읽을 때 마다 형변환을 한다.

• 이 방식은 힙 오염이 맘에 걸리는 프로그래머가 첫 번째 방식보다 사용하는 방식이다.

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💎 제네릭 타입 안에서 리스트를 사용하는게 항상 가능하지도, 꼭 좋지도 않다.

• 자바가 리스트를 기본 타입으로 제공하지 않으므로 ArrayList 같은 제네릭 타입도 결국은 기본 타입인 배열을 사용해 구현해야 한다.

• HashMap같은 제네릭 타입은 성능을 높일 목적으로 배열을 사용하기도 한다.

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💎 제네릭 타입 매개변수에 기본 타입은 사용 할 수 없다.

• Stack<int>나 Stack<double>을 만들려고 하면 컴파일 오류가 난다.

• 자바 제네릭 타입 시스템의 근본적인 문제이나, 박싱된 기본 타입을 사용해 우회할 수 있다.

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💎 타입 매개변수에 제약을 두는 제네릭 타입도 있어!

• java.util.concurrent.DelayQueue는 다음처럼 선언되어 있다.

  • class DelayQueue<E extends Delayed> implements BlockingQueue<E>

  • 타입 매개변수 목록인 <E extends Delayed>는 java.util.concurrent.Delayed의 하위 타입만 받는다는 뜻이다.

  • 이렇게 하여 DelayQueue 자신과 DelayQueue를 사용하는 클라이언트는 DelayQueue의 원소에서 (형변환 없이) 곧바로 Delayed 클래스의 메소드를 호출 할 수 있다.

    • ClassCastException 걱정은 할 필요가 없다.

    • 이러한 타입 매개변수 E를 한정적 타입 매개변수라 한다.

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클라이언트에서 직접 형변환해야 하는 타입보다 제네릭 타입이 더 안전하고 쓰기 편하다.

그러니 새로운 타입을 설계할 때는 형변환 없이도 사용할 수 있도록 하라.

그렇게 하려면 제네릭 타입으로 만들어야 할 경우가 많다.

기존 타입 중 제네릭이었어야 하는게 있다면 제네릭 타입으로 변경하자.

기존 클라이언트에는 아무 영향을 주지 않으면서, 새로운 사용자를 훨씬 편하게 해주는 길이다.

참조 - 이펙티브 자바 3/E - 조슈아 블로크