[엘레강트 오브젝트] 2.6 불변 객체로 만드세요

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불변 클래스
불변객체의 특징
정리

불변 클래스

모든 클래스를 상태 변경이 불가능한 불변 클래스(immutable class)로 구현하면 유지보수를 크게 향상시킨다.

불변성의 특징은 다음과 같다.

크기가 작음
응집력이 높음
느슨하게 결합
유지보수하기 쉬운 클래스

불변객체는 인스턴스를 생성한 후에 상태를 변경할 수 없는 객체이다.

class Cash {
    private final int dollars;
    Cash(int val) {
        this.dollars = val;
    }
}

final 키워드는 생성자 외부에서 프로퍼티의 값을 수정할 경우 컴파일 에러가 발생한다.

불변 객체를 수정해야 한다면 프로퍼티를 수정하는 대신 새로운 객체를 생성해야 한다.

class Cash {
    private final int dollars;
    public Cash mul(int factor) {
        return new Cash(this.dollar * factor);
    }
}

불변 객체는 어떤 방식으로든 자기 자신을 수정할 수 없다.
항상 원하는 상태를 가지는 새로운 객체를 생성해서 반환해야 한다.

핵심은 변경 가능한 객체를 만들지 말아야 한다. 항상 불변 객체를 사용해야 한다.

불변 객체의 특징

불변 객체의 특징은 다음과 같다.

식별자 가변성
실패 원자성
시간적 결합
부수효과 제거
NULL 참고 없애기
스레드 안정성
더 작고 더 단순한 객체

식별자 가변성

동일해 보이는 두 객체를 비교한 후 한 객체의 상태를 변경할 때, 두 객체는 더 이상 동일하지 않지만 두 객체가 동일하다고 생각하거나 반대인 경우

Map<Cash, String> map = new HashMap<>();
Cash five = new Cash("$5");
Cash ten = new Cash("$10");
map.put(five, "five");
map.put(ten, "ten");
five.mul(2);
System.out.println(map);

불변객체를 사용하지 않았기 때문에 Cash 객체의 five가 변경되었다.
불변 객체를 사용하면 객체를 map에 추가한 후에는 상태 변경이 불가능하기 떄문에 식별자 가변성 문제가 발생하지 않는다.

실패 원자성

완전하고 견고한 상태의 객체를 가지거나 아니면 실패하거나 둘 중 하나만 가능한 특성이다. 불변 객체는 내부의 어떤 것도 수정할 수 없기 때문에 이런 결함이 발생하지 않는다.

class Cash {
    private int dollars;
    private int cents;

    public void mul(int factor) {
        this.dollars *= factor;
        if (/* 뭔가 잘못 됐다면 */) {
            throw new RuntimeException("oops...");
        }
        this.cents *= factor;
    }
}

mul() 메서드를 실행하는 도중에 예외가 던져진다면 객체의 절반만 수정되고 나머지 절반은 원래 값을 유지한다.
이러한 에러는 매우 심각하고 발견하기 어렵다.

불변 객체는 내부의 어떤 것도 수정할 수 없기 때문에 이런 결함이 발생하지 않는다. 대신 새로운 상태를 가진 새로운 객체를 인스턴스화한다.

class Cash {
    private int dollars;
    private int cents;

    public void mul(int factor) {
        if (/* 뭔가 잘못 됐다면 */) {
            throw new RuntimeException("oops...");
        }
        return new Cash(
            this.dollars * factor,
            this.cents * factor
        );
    }
}

시간적 결합

다음 코드는 특정한 순서로 정렬되어 있다.

Cash price = new Cash()l
// X를 계산하는 50줄의 코드
price.setDollars(x);
// Y를 계산하는 30줄 이상의 코드
price.setCents(y);
// 다른 일을 수행하는 25줄의 코드
System.out.println(price);

setter 사이 코드가 변경될 수 있으며, 실행 순서가 변경될 수 있다.

다음과 같이 불변 객체를 이용하면 이 문제를 해결할 수 있습니다.

Cash price = new Cash(29, 95);

하나의 문장만으로도 객체를 인스턴스화할 수 있다.
인스턴스화와 초기화를 분리하지 않는다.

불변성을 활용하면 코드 전반적으로 구문 사이에 존재하는 시간적인 결합을 제거할 수 있다.

JavaBeans의 setter와 같은 Java 문법을 사용하는 절차적인 프로그래머들의 입장에서는 훌륭한 설계겠지만, 진정한 객체 사고의 관점에서는 완전히 잘못된 방식이다.

부수효과 제거

객체가 가변적일 때

기본적으로 누구든 손쉽게 객체를 수정할 수 있다.

클래스를 불변일 때,

어떤 누구도 객체를 수정할 수 없다.
객체의 상태가 변하지 않았다고 확신할 수 있다.
- 불변 객체를 통해 하나의 문장안에서 객체를 인스턴스화할 수 있기 때문이다.

NULL 참고 없애기

실제 값이 아닌 NULL을 참조하는 객체는 유지보수성이 저하될 수 밖에 없다.

언제 객체가 유효한 상태이고 언제 객체가 아닌 다른 형태로 바뀌는 지를 이해하기 어렵기 때문이다.

클래스를 어떻게 만들어야 할지 모르기에 다른 클래스가 필요하지만 새로운 클래스를 생성하는 작업이 귀찮게 여겨져서 매우 큰 클래스를 만들게 된다는 것이다.

사용자인 동시에 고객이고, 사원인 동시에 데이터베이스 레코드이기도 한 커다한 클래스들이 이러한 과정을 거치면서 탄생한다.

모든 객체를 불변으로 만들면 객체 안에 NULL을 포함시키는 것이 애초에 불가능해진다.

다시 말해서 작고, 견고하고, 응집도 높은 객체를 생성할 수 밖에 없도록 강제되기 때문에 결과적으로 유지보수하기에 훨씬 더 쉬운 객체를 만든다.

스레드 안정성

스레드 안정성이란 글자 그대로 객체가 여러 스레드에서 동시에 사용될 수 있으며 그 결과를 항상 예측가능하도록 유지할 수 있는 개체의 품질을 의미한다.

불변 객체는 실행 시점에 상태를 수정할 수 없게 금지함으로써 이 문제를 완벽하게 해결한다.

어떤 스레드도 객체의 상태를 수정할 수 없기 때문에 아무리 많은 스레드가 객체에 접근해도 문제가 없다.

가변 클래스에서 동기화 시 문제점

가변 클래스에 스레드 안정성을 추가하는 일은 생각처럼 쉽지 않다.
동기화 로직을 추가하는 일은 성능상의 비용을 초래한다.
각 스레드는 객체를 배타적으로 잠그기 때문에 다른 모든 스레드는 객체가 해제될 때까지 기다릴 수밖에 없다.

더 작고 더 단순한 객체

단순성은 유지보수성으로 해석할 수 있다.

객체가 더 단순해질 수록 응집도는 더 높아지고, 유지보수하기는 더 쉬워진다.
최고의 소프트웨어는 이해하고, 수정하고, 문서화하고, 지원하고, 리팩토링하기 쉽다.

클래스가 작다면 정확한 줄 수는 중요하지 않다.

애플리케이션에 포함되어 모든 클래스의 길이를 250줄 이하로 유지할 수 있다면, 좋은 소프트웨어 개발자이자 아키텍트라고 생각해도 무방한다.

더 작고 더 단순한 객체를 만들기 위해서는 불변 객체를 사용해야 한다.

불변 객체가 작은 이유는 생성자 안에서만 상태를 초기화할 수 있기 때문이다.
불변성은 클래스를 더 깔끔하고 더 짧게 만든다.
진정한 객체지향 소프트웨어는 오직 불변 객체만이 존재해야 한다.

정리

불변성의 특징으로는는 크기가 작으며, 응집력이 높고, 느슨하게 결합되며, 유지보수하기 쉬운 클래스이다.
불변성을 통해 얻고자 하는 부분은 유지보수성이며, 이해하기 쉬운 코드가 유지보수하기도 쉽다.
변경 가능한 객체를 만들지 말아야 하며, 항상 불변 객체를 사용해야 한다.
불변 객체는 내부의 어떤 것도 수정할 수 없기 때문에 이런 결함이 발생하지 않는다. 대신 새로운 상태를 가진 새로운 객체를 인스턴스화한다.
불변성을 활용하면 코드 전반적으로 구문 사이에 존재하는 시간적인 결합을 제거할 수 있다.
모든 객체를 불변으로 만들면 객체 안에 NULL을 포함시키는 것이 애초에 불가능해진다. 다시 말해서 작고, 견고하고, 응집도 높은 객체를 생성할 수 밖에 없도록 강제되기 때문에 결과적으로 유지보수하기에 훨씬 더 쉬운 객체를 만든다.
불변 객체는 실행 시점에 상태를 수정할 수 없게 금지함으로써 이 문제를 완벽하게 해결한다. 어떤 스레드도 객체의 상태를 수정할 수 없기 때문에 아무리 많은 스레드가 객체에 접근해도 문제가 없다.
불변 객체가 작은 이유는 생성자 안에서만 상태를 초기화할 수 있기 때문이다. 불변성은 클래스를 더 깔끔하고 더 짧게 만든다. 진정한 객체지향 소프트웨어는 오직 불변 객체만이 존재해야 한다.

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