클래스와 인터페이스 - 아이템 24. 멤버 클래스는 되도록 static으로 만들라

멤버 클래스는 되도록 static으로 만들라

중첩 클래스란?

중첩 클래스란 다른 클래스 안에 정의된 클래스를 말한다. 중첩 클래스는 자신을 감싼 바깥 클래스에서만 쓰여야 하며, 그 외의 쓰임새가 있다면 톱레벨 클래스로 만들어야 한다.

중첩 클래스의 종류는 정적 멤버 클래스, 비정적 멤버 클래스, 익명 클래스, 지역 클래스 이렇게 네 가지가 존재한다. 이 중 첫 번째를 제외한 나머지는 내부 클래스에 해당한다.

이번 게시글에서는 각각의 중첩 클래스를 언제 그리고 왜 사용해야 하는지에 대해서 알아보겠다.

 

정적 멤버 클래스

정적 멤버 클래스는 다른 클래스 안에 선언되고, 바깥 클래스의 private 멤버에도 접근할 수 있다. 정적 멤버 클래스는 다른 정적 멤버와 똑같은 접근 규칙을 적용받는다. 예컨대 정적 멤버 클래스를 private로 선언하면 바깥 클래스에서만 접근할 수 있다.

 

public class Animal {
    private String name = "cat";

    public enum Kinds {
        MAMMALS, BIRDS, FISH, REPTILES, INSECT
    }

    private static class PrivateSample {
        public void method() {
            Animal outerClass = new Animal();
            System.out.println(outerClass.name);   // 바깥 클래스인 Animal의 private 멤버 접근
        }
    }

    public static class PublicSample {
        public void method() {
            Animal outerClass = new Animal();
            System.out.println(outerClass.name);   // 바깥 클래스인 Animal의 private 멤버 접근
        }
    }
}

위 코드는 정적 멤버 클래스가 선언된 Animal 클래스이다. private와 public으로 선언된 두 개의 정적 클래스 모두 바깥 클래스인 Animal의 private 멤버에 접근할 수 있다.

 

 

또한, 위 사진에서 알 수 있듯이 private로 선언된 정적 멤버 클래스는 외부 클래스에서 접근이 불가능하지만, public으로 선언된 정적 멤버 클래스는 외부 클래스에서 접근이 가능하다.

 

정적 멤버 클래스는 흔히 바깥 클래스와 함께 쓰일 때만 유용한 public 도무이 클래스로 쓰인다.

 

정적 멤버 클래스의 사용

private 정적 멤버 클래스는 흔히 바깥 클래스가 표현하는 객체의 한 부분을 나타낼 때 쓴다. 예를 들어, 키와 값을 매핑시키는 Map 인스턴스를 생각해 보면, 많은 Map 구현체는 각각의 키-값 쌍을 표현하는 엔트리 객체들을 가지고 있다. 모든 엔트리가 맵과 연관되어 있지만 엔트리의 getKey(), getValue(), setValue() 메서드들은 맵을 직접 사용하지는 않는다.

따라서, 엔트리를 비정적 멤버 클래스로 표현하는 것은 낭비고, private 정적 멤버 클래스가 가장 알맞은 방법이다.

 

비정적 멤버 클래스

비정적 멤버 클래스는 static 키워드가 붙지 않은 멤버 클래스이다. 비정적 멤버 클래스의 인스턴스는 바깥 클래스의 인스턴스와 암묵적으로 연결된다. 따라서, 비정적 멤버 클래스의 인스턴스 메서드에서 클래스명.this를 사용해 바깥 인스턴스의 메서드를 호출하거나 바깥 인스턴스의 참조를 가져올 수 있다.

 

public class TestClass {
    private String name = "test";

    public class PublicSample {
        public void printName() {
            System.out.println(name);   // 바깥 클래스의 private 멤버 가져오기
        }

        public void callTestClassMethod() {
            TestClass.this.testMethod();   // 바깥 인스턴스의 메서드 호출
        }
    }
    
    // 멤버 클래스의 생성자를 호출하는 메서드
    public PublicSample createPublicSample() {
        return new PublicSample();
    }

    // 바깥 클래스의 인스턴스 메서드
    public void testMethod() {
        System.out.println("hello world");
    }
}

 

비정적 멤버 클래스의 인스턴스화

TestClass test = new TestClass();
PublicSample publicSample01 = test.createPublicSample();   // 바깥 클래스의 인스턴스 메서드에서 생성자 호출
PublicSample publicSample02 = test.new PublicSample();   // 바깥_인스턴스_클래스.new 멤버_클래스() 호출

비정적 멤버 클래스의 인스턴스와 바깥 인스턴스 사이의 관계는 멤버 클래스가 인스턴스화될 때 확립되며, 더 이상 변경할 수 없다. 이 관계는 바깥 클래스의 인스턴스 메서드에서 비정적 멤버 클래스의 생성자를 호출할 때 자동으로 만들어지는 게 보통이지만, 드물게는 직접 바깥 인스턴스 클래스.new 멤버 클래스()를 호출해 수동으로 만들기도 한다.

위와 같은 관계 정보는 비정적 멤버 클래스의 인스턴스 안에 만들어져 메모리 공간을 차지하며, 생성 시간도 더 걸린다.

 

비정적 멤버 클래스의 사용

비정적 멤버 클래스는 어댑터를 정의할 때 자주 쓰인다. 즉, 어떤 클래스의 인스턴스를 감싸 마치 다른 클래스의 인스턴스처럼 보이게 하는 뷰로 사용하는 것이다.

예를 들어, Map 인터페이스의 구현체들은 keySet(), entrySet(), values() 메서드가 반환하는 자신의 컬렉션 뷰를 구현할 때 비정적 멤버 클래스를 사용한다.

 

public class MySet<E> extends AbstractSet<E> {
    @Override
    public Iterator<E> iterator() {
        return new MyIterator();
    }
    
    private class MyIterator implements Iterator<E> {
        ...
    }
}

비슷하게, Set과 List 같은 다른 컬렉션 인터페이스 구현들도 자신의 반복자를 구현할 때 비정적 멤버 클래스를 주로 사용한다.

 

비정적 멤버 클래스 사용 시 주의사항

멤버 클래스에서 바깥 인스턴스에 접근할 일이 없다면 무조건 static을 붙여서 정적 멤버 클래스로 만들어야 한다. static을 생략하면 바깥 인스턴스로의 숨은 외부 참조를 갖게 된다. 앞서도 언급했듯이 이 참조를 저장하려면 시간과 공간이 소비된다. 더 심각한 문제는 가비지 컬렉션이 바깥 클래스의 인스턴스를 수거하지 못하는 메모리 누수가 생길 수 있다는 점이다.

 

익명 클래스

익명 클래스는 이름이 없는 클래스이다. 또한, 익명 클래스는 바깥 클래스의 멤버도 아니다. 멤버와 달리, 쓰이는 시점에 선언과 동시에 인스턴스가 만들어진다. 코드의 어디서든 만들 수 있다. 그리고 오직 비정적인 문맥에서 사용될 때만 바깥 클래스의 인스턴스를 참조할  수 있다. 정적 문맥에서라도 상수 변수 이외의 정적 멤버는 가질 수 없다.

 

익명 클래스의 제약 사항

1. 선언한 지점에서만 인스턴스를 만들 수 있다.

 

2. instanceof 검사나 클래스의 이름이 필요한 작업은 수행할 수 없다.

 

3. 여러 인터페이스를 구현할 수 없고, 인터페이스를 구현하는 동시에 다른 클래스를 상속할 수도 없다.

 

4. 익명 클래스를 사용하는 클라이언트는 그 익명 클래스가 상위 타입에서 상속한 멤버 외에는 호출할 수 없다.

 

5. 익명 클래스는 표현식 중간에 등장하므로 짧지 않으면 가독성이 떨어진다.

 

익명 클래스의 사용

List<Integer> list = Arrays.asList(10, 5, 6, 7, 1, 3, 4);

// 익명 클래스의 사용
Collections.sort(list, new Comparator<Integer>() {
    @Override
    public int compare(Integer o1, Integer o2) {
        return Integer.compare(o1, o2);
    }
});

// 람다의 사용
Collections.sort(list, Comparator.comparingInt(o -> o));

익명 클래스는 주로 즉석에서 작은 함수 객체나 처리 객체를 만드는 데 사용된다. 하지만, 람다가 등장하면서 람다가 이 역할을 대체하게 되었다.

 

static List<Integer> intArrayAsList(int[] a) {
    Objects.requiredNonNull(a);
    
    return new AbstractList<>() {
        @Override
        public Integer get(int i) {
            return a[i];
        }
    }
}

익명 클래스의 또 다른 주 쓰임은 위와 같이 정적 팩토리 메서드를 구현할 때이다.

 

지역 클래스

public class TestClass {
    private int number = 10;
    
    public TestClass() {
    }
    
    public void foo() {
        
        // 지역 변수처럼 사용
        class LocalClass {
            private String name;
            // private static int staticNumber;   // 정적 멤버 가질 수 없음
            
            public LocalClass(String name) {
                this.name = name;
            }
            
            public void print() {
                System.out.println(number + name);   // 비정적 문맥에서는 바깥 인스턴스를 참조 가능
            }
        }
        
        LocalClass localClass01 = new LocalClass("class01");
        LocalClass localClass02 = new LocalClass("class02");
    }
}

지역 클래스는 네 가지 중첩 클래스 중 가장 드물게 사용된다. 지역 클래스는 지역변수를 선언할 수 있는 곳이면 실질적으로 어디서든 선언할 수 있고, 유효 범위도 지역변수와 같다.

다른 세 중첩 클래스와의 공통점도 하나씩 가지고 있다. 멤버 클래스처럼 이름이 있고 반복해서 사용할 수 있다. 익명 클래스처럼 비정적 문맥에서 사용될 때만 바깥 인스턴스를 참조할 수 있으며, 정적 멤버는 가질 수 없으며, 가독성을 위해 짧게 작성해야 한다.

 

최종 정리

중첩 클래스에는 네 가지가 있으며, 각각의 쓰임이 다르다. 메서드 밖에서도 사용해야 하거나 메서드 안에 정의하기엔 너무 길다면 멤버 클래스로 만든다. 멤버 클래스의 인스턴스 각각이 바깥 인스턴스를 참조한다면 비정적으로, 그렇지 않으면 정적으로 만들어야 한다. 중첩 클래스가 한 메서드 안에서만 쓰이면서 그 인스턴스를 생성하는 지점이 단 한 곳이고 해당 타입으로 쓰기에 적합한 클래스나 인터페이스가 이미 있다면 익명 클래스로 만들고, 그렇지 않으면 지역 클래스로 만들어야 한다.

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출처

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

ㆍ https://github.com/woowacourse-study/2022-effective-java/blob/main/04%EC%9E%A5/%EC%95%84%EC%9D%B4%ED%85%9C_24/%EB%A9%A4%EB%B2%84%20%ED%81%B4%EB%9E%98%EC%8A%A4%EB%8A%94%20%EB%90%98%EB%8F%84%EB%A1%9D%20static%EC%9C%BC%EB%A1%9C%20%EB%A7%8C%EB%93%A4%EC%96%B4%EB%9D%BC.md