[이펙티브 자바] 아이템20 | 추상클래스보다는 인터페이스를 우선시하라

자바 제공 다중 구현 메커니즘

자바가 제공하는 다중구현 메커니즘은 추상클래스와 인터페이스 두가지다.

자바8부터 인터페이스도 디폴트 메서드를 제공할 수 있게되어, 이제 두 메커니즘 모두 인스턴스 메서드를 구현형태로 제공할 수 있다.

추상클래스와 인터페이스의 차이

추상클래스가 정의한 타입을 구현하는 클래스는 반드시 추상 클래스의 하위 클래스가 되어야한다. 자바는 단일상속만을 지원하기 때문에 추상 클래스 방식은 새로운 타입을 정의해야하는 제약을 가진다.

반면, 인터페이스가 선언한 메서드를 모두 정의하고 그 일반 규약을 잘 지킨 클래스라면 다른 어떤 클래스를 상속했든 같은 타입으로 취급된다.

정리하면,

• 추상클래스 - 다중 상속이 불가능, 구현체와 상위-하위 클래스 관계를 갖는다.
• 인터페이스 - 다중 상속이 가능, 구현한 클래스와 같은 타입으로 취급된다.

기존 클래스에도 손쉽게 새로운 인터페이스를 구현해넣을 수 있다.

인터페이스가 요구하는 메서드를 (아직 없다면) 추가하고, 클래스 선언에 implement 구문만 추가하면 된다.

반면, 기존 클래스 위에 새로운 추상 클래스를 끼워넣기는 어렵다.
만약, 두 클래스가 같은 추상 클래스를 확장하길 원한다면 그 추상 클래스는 계층 구조상 두 클래스의 공통조상이어야 한다.
이런 구조는 새로 추가된 추상클래스의 모든 자손이 이를 상속하게 되면서 문제를 일으킨다. 상속하는것이 적절하지 않은상황에서도 강제로 상속해야하기 때문이다.

인터페이스는 믹스인(mixin)정의에 안성맞춤이다.

믹스인: 클래스가 구현할 수 있는 타입으로, 믹스인을 구현한 클래스에 원래의 [주된 타입] 외에도 특정 선택적 행위를 제공한다고 선언하는 효과를 준다.

예컨대, Comparable은 자신을 구현한 클래스의 인스턴스들끼리는 순서를 정할 수 있다고 선언하는 믹스인 인터페이스이다. 이처럼 대상 타입의 주된 기능에 선택적 기능을 혼합(mix in)한다고 해서 믹스인이라 부른다.

추상 클래스로는 믹스인을 정의할 수 없다. 그 이유는 기존 클래스에 끼워넣을 수 없기 때문이다. 클래스는 두 부모를 가질 수 없고, 클래스 계층구조에는 믹스인을 삽입하기에 합리적인 위치가 없기 때문이다.

인터페이스로는 계층구조가 없는 타입 프레임워크를 만들 수 있다.

타입을 계층적으로 정의하면 수많은 개념을 구조적으로 잘 표현할 수 있지만 현실에는 계층을 구분하기 어려운 개념도 있다.

[계층을 구분하기 어려운 사례 - 작곡가 가수]

public interface Singer {
    AudioClip sing(Song song);
}

public interface SongWriter{
    Song compose(int chartPosition);
}

interface SingerSongWriter extends Singer, SongWriter{
    AudioClip strum();
    void actSensitive();
}

현실에는 가수와 작곡을 동시에하는 사람들도 있다. 위 코드처럼 타입을 인터페이스로 정의하면 가수 클래스가 Singer 그리고 SongWriter 인터페이스를 모두 구현해도 문제되지 않는다. 심지어 Singer와 SongWriter 모두를 확장하고 새로운 메서드까지 추가한 제 3의 인터페이스를 정의할 수도 있다.

반면, 같은 구조를 클래스로 만들려면 가능한 조합 전부를 각각의 클래스로 정의한 거대한 계층구조가 만들어진다. 이런 거대한 클래스 계층구조에는 공통기능을 정의해놓은 타입이 없으니 잘못하면 매개변수 타입만 다른 메서드들을 수없이 많이 가진 거대한 클래스를 만들어낼 수 있다.

래퍼클래스와 인터페이스

래퍼클래스와 인터페이스를 함께 사용하면 인터페이스는 기능을 향상시키는 안전하고 강력한 수단이된다.

타입을 추상클래스로 정의해두면 그 타입에 기능을 추가하는 방법은 상속뿐이다. 상속해서 만든 클래스는 래퍼 클래스보다 활용도가 떨어지고 깨지기는 더 쉽다.

인터페이스의 메서드 중 구현 방법이 명백한 것이 있다면, 그 구현을 디폴트 메서드로 제공할 수 있다. 단, 이렇게 제공하는 디폴트 메서드에도 제약은 존재한다.

• equals와 hashCode는 디폴트 메서드로 제공해서는 안된다.
• 인스턴스 필드를 가질 수 없고 public이 아닌 정적 멤버도 가질 수 없다.(단, private 정적 메서드는 예외)
• 직접 만들지않은 인터페이스에는 디폴트 메서드를 추가할 수 없다.

인터페이스와 추상골격구현

인터페이스와 추상 클래스의 장점을 모두 취하는 방법이다.

인터페이스로는 타입을 정의하고 필요한 디폴트 메서드도 제공한다. 그리고 골격 구현 클래스는 나머지 메서드들까지 구현한다.

이 방법을 이용하면 단순히 골격 구현을 확장하는 것만으로 인터페이스를 구현하는데 필요한일이 모두 완료된다. 이 패턴을 템플릿 메서드 패턴이라고 한다.

관례상 인터페이스 이름이 Interface라면 골격 구현 클래스 이름은 AbstractInterface로 짓는다.

컬렉션 프레임워크의 AbstractCollections, AbstractSet, AbstractList 등이 바로 핵심 컬렉션 인터페이스의 골격구현이다.

[AbstractList 골격구현을 사용해 완성한 구체 클래스]

static List<Integer> intArrayAsList(int[] array){
        Objects.requireNonNull(array);
        
        return new AbstractList<Integer>() {
            @Override
            public Integer get(final int index) {
                return array[index];
            }

            @Override
            public Integer set(final int index, final Integer element) {
                int oldValue = array[index];
                array[index] = element;
                return oldValue;
            }

            @Override
            public int size() {
                return array.length;
            }
        };
}

위 코드는 List 구현체를 반환하는 정적 팩터리 메서드로 AbstractList를 골격구현으로 활용했다. 동시에 이 예는 int 배열을 받아 Integer 인스턴스 리스트 형태로 보여주는 어댑터이기도 하다.

추상 골격 구현 클래스

추상 클래스처럼 구현을 도와주는 동시에, 추상 클래스로 타입을 정의할 때 따라오는 심각한 제약에서 자유롭다는 장점이 있다.

골격구현을 확장하는것으로 인터페이스의 구현이 거의 끝나지만 만약 구조상 골격 구현을 확장하지 못하면 인터페이스를 직접 구현해야 한다. 이런 경우라도 여전히 인터페이스가 직접 제공하는 디폴트 메서드의 이점을 누릴 수 있다.

[골격구현 클래스를 사용하지 않은 반복적인 코드사용]

public interface Athlete {
    void 근력운동();
    void 체력증진();
    void 연습();
    void 루틴();
}

class SoccerPlayer implements Athlete{

    @Override
    public void 근력운동() {
        System.out.println("웨이트");
    }

    @Override
    public void 체력증진() {
        System.out.println("등산");
    }

    @Override
    public void 연습() {
        System.out.println("드리블 연습");
    }

    @Override
    public void 루틴() {
        근력운동();
        체력증진();
        연습();
    }
}

class BasketBallPlayer implements Athlete{

    @Override
    public void 근력운동() {
        System.out.println("웨이트");
    }

    @Override
    public void 체력증진() {
        System.out.println("등산");
    }

    @Override
    public void 연습() {
        System.out.println("자유투 연습");
    }

    @Override
    public void 루틴() {
        근력운동();
        체력증진();
        연습();
    }
}

[골격구현 클래스를 사용한 코드 중복제거]

public interface Athlete {
    void 근력운동();
    void 체력증진();
    void 연습();
    void 루틴();
}

abstract class BallSportsAthlete implements Athlete{
    @Override
    public void 근력운동() {
        System.out.println("웨이트");
    }

    @Override
    public void 체력증진() {
        System.out.println("러닝");
    }

    @Override
    public void 루틴() {
        근력운동();
        체력증진();
        연습();
    }
}

class SoccerPlayer extends BallSportsAthlete implements Athlete{
    @Override
    public void 연습() {
        System.out.println("드리블 연습");
    }
}

class BasketBallPlayer extends BallSportsAthlete implements Athlete{
    @Override
    public void 연습() {
        System.out.println("자유투 연습");
    }
}

이처럼 디폴트 메서드를 사용하는 것이 아니라 추상골격구현 클래스를 구현해 코드 중복을 제거할 수 있다.

시뮬레이트한 다중상속

골격구현 클래스를 우회적으로 이용하는 방법이다.

인터페이스를 구현한 클래스에서 해당 골격구현을 확장한 private 내부 클래스를 정의하고, 각 메서드 호출을 내부 클래스의 인스턴스에 전달하는 것이다.

골격구현 작성

• 인터페이스를 확인하여 다른 메서드들의 구현에 사용되는 기반 메서드들을 선정한다.
• 이 기반 메서드들은 골격 구현에서는 추상메서드가 된다.
• 기반 메서드들을 사용해 직접 구현할 수 있는 메서드를 디폴트 메서드로 제공한다.
  • equals와 hashCode 같은 Object의 메서드는 디폴트 메서드로 제공하면 안된다.
• 만약 인터페이스의 모든 메서드가 기반 메서드와 디폴트 메서드가 된다면 골격 구현 클래스를 별도로 만들 이유는 없다.
• 골격구현 클래스에는 필요하다면 public이 아닌 필드와 메서드를 추가해도 된다.
• 골격구현 클래스는 기본적으로 상속해서 사용하는걸 가정하기 때문에 그 동작 방식을 잘 정리해 문서로 남겨야한다.

[Map.Entry 인터페이스 - 골격 구현 클래스]

public abstract class AbstractMapEntry<K, V> implements Map.Entry<K, V> {
    @Override
    public V setValue(final V value) {
        throw new UnsupportedOperationException();
    }// 변경 가능한 엔트리는 이 메서드를 반드시 재정의해야 한다.

    @Override
    public boolean equals(final Object obj) {
        if (obj == this) {
            return true;
        }

        if (!(obj instanceof Map.Entry)) {
            return false;
        }

        Map.Entry<?, ?> entry = (Map.Entry) obj;
        return Objects.equals(entry.getKey(), getKey()) && Objects.equals(entry.getKey(), getValue());
    }// Map.Entry.equals의 일반 규약을 구현

    @Override
    public int hashCode() {
        return Objects.hashCode(getKey()) ^ Objects.hashCode(getValue());
    } // Map.Entry.hashCode의 일반 규약을 구현

    @Override
    public String toString() {
        return getKey() + "=" + getValue();
    }
}

• Map.Entry 인터페이스나 그 하위 인터페이스로는 이 골격 구현을 제공할 수 없다.
  • 디폴트 메서드는 equals, hashCode, toString 같은 Object 메서드를 재정의할 수 없기 때문이다.

[정리]

일반적으로 다중 구현용 타입으로는 인터페이스가 가장 적합하다. 골격구현은 가능한 한 인터페이스의 디폴트 메서드로 제공하여 그 인터페이스를 구현한 모든 곳에서 활용하도록하는게 좋다. 인터페이스 구현이 안될 시 추상 클래스로 제공하자.

결론적으로 재사용성, 유연성, 다형성 측면에서 인터페이스를 우선시하는것이 좋다.

[Reference]
이펙티브자바/아이템20