5장 - 제네릭

제네릭은 자바 5부터 사용할 수 있다.

제네릭을 지원하기 전에는 컬렉션에서 객체를 꺼낼 때마다 형변환을 해야 했다.

• 누군가 실수로 엉뚱한 타입의 객체를 넣어두면 런타임에 형변환 오류가 발생

⇒ 제네릭을 사용해 컴파일 과정에서 차단하여 더 안전하고 명확한 프로그램을 만들자.

📌 로 타입은 사용하지 마라

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클래스와 인터페이스 선언에 타입 매개변수(type parameter)가 쓰이면, 이를 제네릭 클래스 혹은 제네릭 인터페이스라고 한다.

제네릭 타입 (generic type)

• 제네릭 클래스와 제네릭 인터페이스를 통틀어 제네릭 타입이라 한다.
• 각각의 제네릭 타입은 일련의 매개변수화 타입 을 정의한다.
  • ex) List<String> 은 원소의 타입이 String인 리스트를 뜻하는 매개변수화 타입
  • String이 정규 타입 매개변수 E에 해당하는 실제(actual) 타입 매개변수

제네릭 타입을 하나 정의하면 그에 딸린 로 타입(raw type)도 함께 정의된다.

로 타입

• 제네릭 타입에서 타입 매개변수를 전혀 사용하지 않을 때를 말한다.
• List<E> 의 로 타입은 List 이다.

로 타입을 사용하면 제네릭이 안겨주는 안전성과 표현력을 모두 잃게 된다.

• 왜 만듬❓ ⇒ 호환성 때문
• 자바가 제네릭을 받아들이기까지 제네릭 없이 짠 코드가 많았다.
• 따라서, 기존 코드를 모두 수용하면서 제네릭을 사용하는 새로운 코드와도 맞물려 돌아가게 하도록

List<Object> 같은 매개변수화 타입을 사용할 때와 달리 List 같은 로 타입을 사용하면 타입 안전성을 잃게된다.

// static int numElementsInCommon(Set s1, Set s2) - 잘못된 예 Set이 뭔지 모른다.

static int numElementsInCommon(Set<?> s1, Set<?> s2) {
	int result = 0;
	for(Object o1 : s1) 
		if(s2.contains(o1)
			result++;
	return result;
}

비한정 와일드카드 타입(unbounded wildcard type)을 대신 사용

• 제네릭 타입을 쓰고 싶지만 실제 타입 매개변수가 무엇인지 신경 쓰고 싶지않다면 물음표(?)를 사용하자

로 타입은 어떤 원소나 넣을 수 있으니 타입 불변식을 훼손하기 쉽다.

반면, 비한정 와일드카드 타입을 사용하면 null 이외에는 어떤 원소도 넣을 수 없다.

예외

1. class 리터럴에는 로 타입을 사용해야 한다.
2. instance of 연산자
   • 런타임에는 제네릭 타입 정보가 지워진다
   • instanceof 연산자는 비한정적 와일드카드 타입 이외의 매개변수화 타입에는 적용할 수 없다.

   if(o instanceof Set){
     Set<?> s = (Set<?>) o;
     ...
   }

정리

• 로 타입을 사용하면 런타임에 예외가 일어날 수 있다.
• Set<Object> : 어떤 타입의 객체도 저장할 수 있는 매개변수화 타입
• Set<?> : 모종의 타입 객체만 저장할 수 있는 와일드카드 타입
• Set<Object>, Set<?>는 안전하지만, 로 타입인 Set은 안전하지 않다.

한글 용어	예시
매개변수화 타입	List<String>
실제 타입 매개변수	String
제네릭 타입	List<E>
정규 타입 매개변수	E
비한정적 와일드카드 타입	List<?>
로 타입	List
한정적 타입 매개변수	<E extends Number>
재귀적 타입 한정	<T extends Comparable<T>>
한정적 와일드카드 타입	List<? extends Number>
제네릭 메서드	static <E> List<E> asList(E[] a)
타입 토큰	String.class

📌 비검사 경고를 제거하라

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제네릭을 사용하면 많은 컴파일러 경고가 있다.

• 대부분의 비검사 경고는 쉽게 제거할 수 있다.

경고를 제거할 수는 없지만 타입 안전하다고 확신할 수 있다면 @SuppressWarnings(”unchecked”) 애너테이션을 달아 경고를 숨기자

• 개별 지역변수 선언부터 클래스 전체까지 어떤 선언에도 달 수 있다.
• 항상 가능한 좁은 범위에 적용하자
• 절대로 클래스 전체에 적용해서는 안된다
  • 심각한 경고를 놓칠 수 있다.
• 사용시 그 경고를 무시해도 안전한 이유를 항상 주석으로 남겨야 한다.

📌 배열보다는 리스트를 사용하라

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배열과 제네릭의 차이

• 배열은 공변이다, 제네릭은 불공변이다.
  • Sub가 Super의 하위 타입이라면 배열 Sub[]는 배열 Super[]의 하위 타입이다.
  • 제네릭은 서로 다른 타입 Type1, Type2가 있을 때, List<Type1>는 List<Type2>의 하위 타입도 상위타입도 아니다.

Object[] objectArray = new Long[1];
ObjectArray[0] = "타입이 달라 넣을 수 없다"; // 런타임에 실패

// 컴파일 되지 않는다.
List<Object> ol = new ArrayList<Long>();
ol.add("타입이 달라 넣을 수 없다");

• 배열은 실체화 된다.
  • 배열은 런타임에도 자신이 담기로한 원소의 타입을 인지하고 확인
  • 하지만, 제네릭은 타입 정보가 런타임에 소거
    • 원소 타입을 컴파일타임에만 검사하며 런타임에는 알수조차 없다.

정리

배열은 런타임에는 타입 안전하지만 컴파일타임에는 그렇지 않다.

제네릭은 반대

⇒ 둘을 섞어 쓰기 쉽지 않다.

📌 이왕이면 제네릭 타입으로 만들어라

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일반 클래스를 제네릭 클래스로 만드는 첫 단계는 클래스 선언에 타입 매개변수를 추가하는 일이다.

• 이 때, 타입 이름으로는 보통 E를 사용

public class Stack<E> {
	private E[] elements;
	...
	public Stack() {
		elements = new E[...]; // 문제 발생
	}
	...
}

배열을 사용하는 코드를 제네릭으로 만들려할 때 문제 발생

• E와 같은 실체화 불가 타입으로는 배열을 만들 수 없다.

→ 해결 방법 2가지

제네릭 배열 생성을 금지하는 제약을 대놓고 우회

elements = (E[]) new Object[...];

• 가독성이 좋고 확실하게 E타입의 배열을 선언하여 한번만 형변환을 해주면 되고 코드가 짧다.
• 이 방법을 선호
• 하지만, 배열 런타임 타입이 컴파일타임 타입과 달라 힙 오염을 일으킨다.

elements 필드의 타입을 E[]에서 Object[]로 바꾸기

• 데이터를 꺼낼 때마다 형변환을 해주어야 한다.

타입 매개변수에 제약을 두는 제네릭 타입

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

타입 매개변수 목록인 <E extends Delayed>는

java.util.concurrent.Delayed 의 하위 타입만 받는다는 뜻

⇒ 이러한 타입 매개변수 E를 한정적 타입 매개변수라 한다.

📌 이왕이면 제네릭 메서드로 만들라

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클래스와 마찬가지로, 메서드도 제네릭으로 만들 수 있다.

메서드 선언에서 입력, 반환의 원소 타입을 타입 매개변수로 명시하고 메서드 안에서도 이 타입 매개변수만 사용

public static <E> Set<E> union(Set<E> s1, Set<E> s2) {
	Set<E> result = new HashSet<>(s1);
	result.addAll(s2);
	return result;
}

때때로, 불변 객체를 여러 타입으로 활용할 수 있게 만들어야 할 때가 있다.

• 제네릭은 런타임에 타입 정보가 소거되므로 하나의 객체를 어떤 타입으로든 매개변수화할 수 있다.
• 이렇게 하기 위해선 요청한 타입 매개변수에 맞게 매변 그 겍체의 타입을 바꿔주는 정적 팩터리를 만들어야 한다.
• ⇒ 제네릭 싱글턴 팩터리

public static void main(String[] args) {
	String[] strings = {"삼베", "대마", "나일론"};
	UnaryOperator<String> sameString = identityFunction();
	for(String s : strings) 
		System.out.println(sameString.apply(s));
	
	Number[] numbers ={1, 2.0, 3L};
	UnaryOperator<Number> sameNumber = identityFunction();
	for(Number n : numbers)
		System.out.println(sameNumber.apply(n));
}

• 제네릭 싱글턴을 사용하는 예
  • UnaryOperator<String> 과 UnaryOperator<Number>로 사용

자기 자신이 들어간 표현식을 사용하여 타입 매개변수의 허용 범위를 한정할 수 있다.

→ 재귀적 타입 한정(recursive type bound)

• 주로 타입의 자연적 순서를 정하는 Comparable 인터페이스와 함께 쓰인다.

public static <E extends Comparable<E>> E max(Collection<E> c);

<E extends Comparable<E>>

• “ 모든 타입 E는 자신과 비교할 수 있다 “

📌 한정적 와일드카드를 사용해 API 유연성을 높이라

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매개변수화 타입은 불공변

→ List<String> 은 List<Object>가 하는 일을 제대로 수행하지 못하니 하위 타입이 될 수 없다.

(리스코프 치환 원칙에 어긋)

자바는 이런 상황을 대처할 수 있는 한정적 와일드카드 타입이라는 특별한 매개변수화 타입을 지원한다.

• 유연성을 극대화하려면 원소의 생산자나 소비자용 입력 매개변수에 와일드카드 타입을 사용

공식 - PECS(펙스)

PECS : producer-extends, consumer-super

매개변수화 타입 T가 생산자라면?

• T를 확장하는 와일드카드 타입을 사용
• <? extends T>

매개변수화 타입 T가 소비자라면

• <? super T>

제대로 사용하면 클라이언트는 와일드카드 타입이 쓰인지 의식하지 않아도 된다

클래스 사용자가 와일드카드 타입을 신경써야한다면 API에 문제가 있을 가능성이 크다.

Comparable

• 언제나 소비자
• Comparable<E> 보다는 Comparable<? super E>를 사용하는 것이 낫다.

Comparator

• Comparator<E> 보다 Comparator<? super E>를 사용하는 것이 낫다.

타입 매개변수와 와일드카드

타입 매개변수와 와일드카드에는 공통되는 부분이 많아, 메서드를 정의할 때 둘 중 어느 것을 사용해도 괜찮을 때가 많다.

public static <E> void swap(List<E> list, int i, int j);
public static void swap(List<?> list, int i, int j);

• 어떤 것이 더 나을 까?

기본 규칙 : 메서드 선언에 타입 매개변수가 한 번만 나오면 와일드카드로 대체하라

public static void swap(List<?> list, int i, int j) {
	swapHelper(list, i, j);
}

// 와일드카드 타입을 실제 타입으로 변경해주는 private 도우미 메서드)
private static <E> void swapHelper(List<E> list, int i, int j) {
	list.set(i, list.set(j, list.get(i)));
}

• List<?>은 null외에는 어떤 값도 넣을 수 없어 문제가 발생
• 와일드카드 타입의 실제 타입을 알려주는 메서드를 private 도우미 메서드로 따로 작성하여 활용
  • 실제 타입을 알기 위해서 이 메서드는 제네릭 메서드여야 함.

📌 제네릭과 가변인수를 함께 쓸 때는 신중하라

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가변 인수 메서드는 제네릭과 함께 자바 5때 함께 추가되어 서로 잘 어우러질것 같지만 그렇지 않다.

• 가변 인수는 메서드에 넘기는 인수의 개수를 클라이언트가 조절할 수 있게 해주는데 구현에 허점이 존재

→ 가변인수 메서드를 호출하면 가변인수를 담기 위한 배열이 자동으로 하나 만들어 진다.

⇒ 내부로 감춰야 했을 이 배열을 클라이언트에 노출하는 문제가 발생

그 결과 varargs 매개변수에 제네릭이나 매개변수화 타입이 포함되면 알기 어려운 컴파일 경고가 발생

가변 인수 (Variable argument, varargs)

• 매개변수의 개수를 동적으로 지정하는 기능

public static print_val(String... str) {
	for (String s : str) 
		System.out.print(s + " ");
}

제네릭 varargs 배열 매개변수에 값을 저장하는 것은 안전하지 않다.

@SafeVarargs 에노테이션은 메서드 작성자가 그 메서드가 타입 안전함을 보장하는 장치

• 메서드가 이 배열에 아무것도 저장하지 않고 그 배열의 참조가 밖으로 노출되지 않는다면 안전
• varargs 매개변수 배열이 호출자로부터 그 메서드로 순수하게 인수들을 전달하는 일만 한다면 안전

제네릭 varargs 매개변수 배열에 다른 메서드가 접근하도록 허용하면 안전하지 않다.

예외

• @SafeVarargs로 제대로 에너테이트된 또 다른 varargs 메서드에 넘기는 것은 안전
• 배열 내용의 일부 함수를 호출만 하는 일반 메서드에 넘기는 것도 안전

제네릭 varargs 매개변수를 안전하게 사용하는 메서드

@SafeVarargs
static <T> List<T> flatten(List<? extends T>... lists) {
	List<T> result = new ArrayList<>();
	for(List<? extends T> list : lists) 
		result.add(list);
	return result;
}

제네릭이나 매개변수화 타입의 varargs 매개변수를 받는 모든 메서드에 @SafeVarargs를 달자

다음 두 조건을 모두 만족하는 제네릭 varargs 메서드는 안전

• varargs 매개변수 배열에 아무것도 저장하지 않는다.
• 그 배열을 신뢰할 수 없는 코드에 노출하지 않는다.

📌 타입 안전 이종 컨테이너를 고려하라

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제네릭은 Set, Map 등의 컬렉션과

ThreadLocal<T>, AtomicReference<T> 등의 단일원소 컨테이너에도 흔히 쓰인다.

• 매개변수화 되는 대상은 (원소가 아닌) 컨테이너 자신이다.
• 하나의 컨테이너에서 매개변수화할 수 있는 타입의 수가 제한된다.

하지만, 더 유연한 수단이 필요할 때도 종종 있다.

→ 해결 방법

• 컨테이너 대신 키를 매개변수화한 다음, 컨테이너에 값을 넣거나 뺄 때 매개변수화한 키를 함께 제공

이런 설계 방식을 타입 안전 이종 컨테이너 패턴 이라 한다.

각 타입의 Class 객체를 매개변수화한 키 역할로 사용

• class의 클래스가 제네릭이기 때문에 이런 방식이 동작한다
• 컴파일타임 타입정보와 런타임 타입 정보를 알아내기 위해 메서드들이 주고 받는 class 리터럴을 타입토큰(type token)이라 한다.

// 타입 안전 이종 컨테이너 패턴 API
public class Favorites {
	public <T> void putFavorite(Class<T> type, T instance);
	public <T> T getFavorite(Class<T> type);
}

// 타입 안전 이종 컨테이너 패턴 - 클라이언트
public static void main(String[] args) {
	Favorites f = new Favorties();

	f.putFavorite(String.class, "Java");
	f.putFavorite(Integer.class, 0xcafebabe);
	f.putFavorite(Class.class, Favorites.class);

	String s = f.getFavorite(String.class);
	int i = f.getFavorite(Integer.class);
	Class<?> c = f.getFavorite(Class.class);

}

제약 사항

• 악의적인 클라이언트가 Class 객체를 (제네릭이 아닌)로 타입 으로 넘기면 Favorite 인스턴스의 타입 안전성이 쉽게 깨짐
• 실체화 불가 타입에는 사용할 수 없다.
  • String, String[]은 저장할 수 있어도
  • List<String>은 저장할 수 없다.

한정적 타입 매개변수

• 한정적 와일드카드를 사용하여 표현 가능한 타입을 제한하는 타입 토큰

참고 자료

http://www.yes24.com/Product/Goods/65551284