클래스와 인터페이스 - 아이템 15. 클래스와 멤버의 접근 권한을 최소화하라

클래스와 멤버의 접근 권한을 최소화하라

잘 설계된 컴포넌트란?

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 깔끔히 분리한다. 오직 API를 통해서만 다른 컴포넌트와 소통하며 서로의 내부 동작 방식에는 전혀 개의치 않는다. 정보 은닉, 혹은 캡슐화라고 하는 이 개념은 소프트웨어 설계의 근간이 되는 원리다.

 

정보 은닉이란?

정보 은닉이란 다른 객체로부터 자신의 정보를 숨기고 자신의 연산만을 통해 접근을 허용하는 것을 말한다. 정보 은닉은 시스템을 구성하는 컴포넌트들을 서로 독립시켜서 개발, 테스트, 최적화, 적용, 분석, 수정을 개별적으로 할 수 있게 해주는 것과 연관되어 있다. 정보 은닉의 장점을 구체적으로 한번 알아보자.

 

1. 여러 컴포넌트를 병렬로 개발할 수 있기 때문에, 시스템 개발 속도를 높인다.

2. 각 컴포넌트를 더 빨리 파악하여 디버깅할 수 있고, 다른 컴포넌트로 교체하는 부담이 적기 때문에, 시스템 관리 비용을 낮출 수 있다.

3. 완성된 시스템을 프로파일링 해 최적화할 컴포넌트를 정한 다음 다른 컴포넌트에 영향을 주지 않고 해당 컴포넌트만 최적화할 수 있다.

4. 정보 은닉을 통해 외부에 거의 의존하지 않고 독자적으로 동작할 수 있는 컴포넌트라면, 소프트웨어의 재사용성을 높일 수 있다.

5. 시스템 전체가 아직 완성되지 않은 상태에서도 개별 컴포넌트의 동작을 검증할 수 있기 때문에, 큰 시스템을 제작하는 난이도를 낮춰준다.

 

자바의 접근 제한자

자바는 정보 은닉을 위한 다양한 장치를 제공한다. 그중 접근 제어 메커니즘은 클래스, 인터페이스, 멤버의 접근성을 명시한다. 각 요소의 접근성은 그 요소가 선언된 위치와 접근 제한자(public, protected, public)로 정해진다. 이 접근 제한자를 제대로 활용하는 것이 정보 은닉의 핵심이다.

 

정보 은닉의 기본 원칙

정보 은닉의 기본 원칙은 간단하다. 모든 클래스와 멤버의 접근성을 가능한 한 좁혀야 한다. 달리 말하면, 소프트웨어가 올바로 동작하는 한 항상 가장 낮은 접근 수준을 부여해야 한다는 뜻이다.

가장 바깥이라는 의미의 톱 레벨 클래스와 인터페이스에 부여할 수 있는 접근 수준은 package-private와 public 두 가지다. 톱 레벨 클래스나 인터페이스를 public으로 선언하면 공개 API가 되며, package-private으로 선언하면 해당 패키지 안에서만 이용할 수 있다. 패키지 외부에서 쓸 이유가 없다면 package-private으로 선언하자. 그러면 이들은 API가 아닌 내부 구현이 되어 언제든 수정할 수 있다. 즉, 클라이언트에 아무런 피해 없이 다음 릴리스에서 수정, 교체, 제거할 수 있다. 반면, public으로 선언한다면 API가 되므로 하위 호환을 위해 영원히 관리해줘야 한다.

하나의 클래스에서만 사용하는 package-private 톱 레벨 클래스나 인터페이스는 이를 사용하는 클래스 안에 private static으로 중첩시켜보자. package-private 톱 레벨로 두면 같은 패키지의 모든 클래스가 접근할 수 있지만, private static으로 중첩시키면, 바깥 클래스 하나에서만 접근할 수 있다.

한편, 이보다 훨씬 중요한 일이 있다. 바로, public일 필요가 없는 클래스의 접근 수준을 package-private 톱 레벨 클래스로 좁히는 일이다. public 클래스는 그 패키지의 API인 반면, package-private 톱 레벨 클래스는 내부 구현에 속하기 때문이다.

 

멤버와 접근 수준

 

private	멤버를 선언한 톱레벨 클래스에서만 접근할 수 있다.
package-private	멤버가 소속된 패키지 안의 모든 클래스에서 접근할 수 있다.
protected	package-private의 접근 범위를 포함하며, 이 멤버를 선언한 클래스의 항위 클래스에서도 접근할 수 있다.
public	모든 곳에서 접근할 수 있다.

멤버(필드, 메서드, 중첩 클래스, 중첩 인터페이스)에 부여할 수 있는 접근 수준은 위와 같다.

 

1. 클래스와 접근 범위

클래스의 공개 API를 세심히 설계한 후, 그 외의 모든 멤버는 private로 만드는 것이 좋다. 그런 다음 오직 같은 패키지의 다른 클래스가 접근해야 하는 멤버에 한하여 package-private으로 풀어주자, 권한을 풀어주는 일을 자주 하게 되다면 시스템에서 컴포넌트를 더 분해해야 하는 것은 아닌지 다시 한번 고민해야 한다.

 

2. public 클래스와 protected 필드

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 API 문서에 적어 사용자에게 공개해야 할 수도 있다. 따라서, protected 멤버의 수는 적을수록 좋다.

 

3. 멤버 접근성의 제약

멤버 접근성을 좁히지 못하게 방해하는 제약이 하나 있다. 상위 클래스의 메서드를 재정의할 때는 그 접근 수준을 상위 클래스에서보다 좁게 설정할 수 없다는 것이다. 이 제약은 상위 클래스의 인스턴스는 하위 클래스의 인스턴스로 대체해 사용할 수 있어야 한다는 규칙을 지키기 위해 필요하다. 이 규칙을 어기면 하위 클래스를 컴파일할 때 컴파일 오류가 난다. 클래스가 인터페이스를 구현하는 건 이 규칙의 특별한 예로 볼 수 있고, 이때 클래스는 인터페이스가 정의한 모든 메서드를 public으로 선언해야 한다.

 

4. 테스트와 접근 범위

단지 코드를 테스트하려는 목적으로 클래스, 인터페이스, 멤버의 접근 범위를 넓히려 할 때가 있다. 적당한 수준까지는 넓혀도 괜찮다. 예를 들어, public 클래스의 private 멤버를 package-private까지 풀어주는 것은 허용할 수 있지만, 그 이상은 안 된다. 즉, 테스트만을 위해 클래스, 인터페이스, 멤버를 공개 API로 만들어서는 안 된다. 다행히 이렇게 해야 할 이유도 없다. 테스트 코드를 테스트 대상과 같은 패키지에 두면 package-private 요소에 접근할 수 있기 때문이다.

 

5. public 클래스와 인스턴스 필드

public 클래스의 인스턴스 필드는 되도록 public이 아니어야 한다. 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 수정될 때 다른 작업을 할 수 없게 되므로, public 가변 필드를 갖는 클래스는 일반적으로 스레드에 안전하지 않게 된다.

이는 정적 필드에서도 마찬가지이지만, 해당 클래스가 표현하는 추상 개념을 완성하는 데 꼭 필요한 구성요소로써의 상수라면 public static final 필드로 공개해도 좋다. 이러한 필드는 반드시 기본 타입 값이나 불변 객체를 참조해야 한다.

 

6. 배열 필드

길이가 0이 아닌 배열은 모두 변경 가능하니 주의해야 한다. 따라서, 클래스에서 public static final 배열 필드를 두거나 이 필드를 반환하는 접근자 메서드를 제공해서는 안 된다.

 

public static final Thing[] VALUES { ... };

위 코드에는 보안 허점이 존재한다.

 

이에 대한 해결책은 두 가지가 존재한다.

 

private static final Thing[] PRIVATE_VALUES = { ... };
public static final List<Thing> VALUES = Collections.unmodifiableList(Arrays.asList(PIRVATE_VALUES);

첫 번째 해결책은 public 배열을 private으로 변경하고, public 불변 리스트를 추가하는 것이다.

 

private static final Thing[] PRIVATE_VALUES = { ... };
public static final Thing[] values() {
    return PRIVATE_VALUES.clone();
}

두 번째 해결책은 배열을 private으로 만들고 그 복사본을 반환하는 public 메서드를 추가하는 방법이다.

 

자바 9의 모듈 시스템과 접근 수준

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. 이와 같은 모듈 시스템을 활용하면, 클래스를 외부에 공개하지 않으면서도 같은 모듈을 이루는 패키지 사에에서는 자유롭게 공유할 수 있다.

 

최종 정리

프로그램 요소의 접근성은 가능한 한 최소한으로 해야 한다. 꼭 필요한 것만 골라 최소한의 public API를 설계해야 한다. 그 외에는 클래스, 인터페이스, 멤버가 의도치 않게 API로 공개되는 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 확인해야 한다.

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출처

ㆍ 이펙티브 자바 Effective Java 3/E. 조슈아 블로크 저자(글) · 개앞맵시(이복연) 번역