타입 안전 이종 컨테이너 패턴
컨테이너 대신 키를 매개변수화한 다음, 컨테이너에 값을 넣거나 뺄 때 매개변수화한 키를 함께 제공하면 제네릭 타입 시스템이 값의 타입이 키와 같음을 보장해준다.
이러한 설계 방식을 타입 안전 이종 컨테이너 패턴이라 한다.
public class Favorites {
public <T> void putFavorite(Class<T> type, T instance);
public <T> T getFavorite(Class<T> type);
}
... // 코드생략
public static void main(String[] args) {
Favorites favorites = new Favorites();
favorites.putFavorite(String.class,"morning");
favorites.putFavorite(Integer.class, 0xcafebabe);
favorites.putFavorite(Class.class, Favorites.class);
String favoriteString = favorites.getFavorite(String.class);
Integer favoriteInteger = favorites.getFavorite(Integer.class);
Class<?> favoriteClass = favorites.getFavorite(Class.class);
System.out.printf("%s %x %s", favoriteString, favoriteInteger, favoriteClass.getName());
}타입 안전 이종 컨테이너 구현
[타입 안전 이종 컨테이너 - 인스턴스 저장, 검색기능의 Favorites 클래스]
public class Favorites {
private Map<Class<?>, Object> favorites = new HashMap<>();
public <T> void putFavorite(Class<T> type, T instance){
favorites.put(Objects.requireNonNull(type), instance);
} // 클래스의 리터럴 타입은 Class가 아니라 Class<T>이다.
public <T> T getFavorite(Class<T> type){
return type.cast(favorites.get(type));
// Object 타입의 객체(favorites.get(type)를 꺼내 T로 바꿔 반환해야 한다.
// cast메서드로 이 객체 참조를 Class 객체가 가리키는 타입으로 동적 형변환 한다.
}
}
...
public static void main(String[] args) {
Favorites favorites = new Favorites();
favorites.putFavorite(String.class,"morning");
// String의 클래스 타입은 Class<String>이다.
favorites.putFavorite(Integer.class, 0xcafebabe);
// Integer의 클래스 타입은 Class<Integer>이다.
favorites.putFavorite(Class.class, Favorites.class);
String favoriteString = favorites.getFavorite(String.class);
Integer favoriteInteger = favorites.getFavorite(Integer.class);
Class<?> favoriteClass = favorites.getFavorite(Class.class);
System.out.printf("%s %x %s", favoriteString, favoriteInteger, favoriteClass.getName());
}
...
// 실행결과: morning cafebabe FavoritesFavorites 인스턴스는 타입 안전하다. String 타입을 요청했는데 Integer를 반환하는일은 절대 없기 때문이다.
모든 키의 타입이 제각각이라, 일반적인 맵과 달리 여러가지 타입의 원소를 담을 수 있다.
따라서 Favorites는 타입 안전 이종 컨테이너라 할 만하다.
컴파일타임 타입정보와 런타임 타입 정보를 알아내기 위해 메서드들이 주고받는 class 리터럴을 타입토큰(Type Token) 이라고 한다.
Favorite 클래스에서 타입 안전을 보장하는 비결은 cast 메서드에 있다.
그 이유는 cast 메서드의 반환 타입은 Class 객체의 타입 매개변수와 같다. 즉, cast 메서드는 Class 클래스가 제네릭이라는 이점을 잘 활용한다.
public class Class<T> {
T cast(Object object);
}이 기능은 getFavorite 메서드에 필요한 기능으로 T로 비검사 형변환하는 과정 없이도 Favorites를 타입 안전하게 만들어준다.
동적 형변환으로 타입 안정성 확보
만약, 클라이언트가 Class 객체를 (제네릭이 아닌) 로(Raw) 타입으로 넘기면 타입안정성이 깨지게 된다.
하지만, 이렇게 로 타입을 넘길경우 컴파일시 비검사 경고가 뜰 것이다.
만약, 타입 안전성을 확보하고 싶다면 값(value) 인수로 주어진 타입이 키(key)로 명시한 타입과 같은지 확인하면 된다.
[동적 형변환으로 타입 안전성 확보]
public <T> void putFavorite(Class<T> type, T instance){
favorites.put(Objects.requireNonNull(type), type.cast(instance));
}java.util.Collections의 checkedSet, checkedList, checkedMap 등이 있는데 이들은 모두 제네릭이라 Class 객체와 컬렉션의 컴파일타임 타입이 같음을 보장하고 이 래퍼틀은 내부 컬렉션들을 실체화한다.
예컨대, 런타임에 Coin을 Collections<Stamp>에 넣으려하면 ClassCastException을 던진다.
즉, 이 래퍼들은 제네릭과 로 타입을 섞어서 사용하는 애플리케이션에서 클라이언트 코드가 컬렉션에 잘못된 타입의 원소를 넣지 못하게 추적하는데 도움을 준다.
실체화 불가 타입에는 사용할 수 없다.
String이나 String[]은 사용할 수 있지만 List<String>은 사용할 수 없다.
List<String>을 사용하려는 코드는 컴파일 되지 않는다. 그 이유는 List<String>용 Class 객체를 얻을 수 없기 때문이다.
List<String>.class라고 쓰면 문법 오류가 발생한다. List<String>과 List<Integer>는 List.class라는 같은 Class 객체를 공유하므로 같은 타입의 객체 참조를 반환한다면 객체 내부에서 이들을 구분할 방법이 없어진다.
이 제약에 대한 만족스런 우회로는 없지만 슈퍼 타입 토큰으로 해결하려는 시도가 있었다.
한정적 타입 토큰
[Favorites 클래스 - 비한정적인 타입토큰 사용]
public class Favorites {
private Map<Class<?>, Object> favorites = new HashMap<>();
public <T> void putFavorite(Class<T> type, T instance){
favorites.put(Objects.requireNonNull(type), instance);
}
public <T> T getFavorite(Class<T> type){
return type.cast(favorites.get(type));
}
}Favorites가 사용하는 타입 토큰은 비한정적이라 getFavorite과 putFavorite 어떤 Class 객체도 받아들인다.
이 메서드들이 허용하는 타입을 제한하고 싶다면 한정적 타입 토큰을 활용하면 된다.
한정적 타입 토큰: 단순히 한정적 타입 매개변수나 한정적 와일드카드를 사용하여 표현 가능한 타입을 제한하는 타입 토큰이다.
애너테이션 API는 한정적 타입 토큰을 적극적으로 사용한다.
[AnnotatedElement메서드 - 애너테이션을 런타임에 읽는 기능]
public <T extends Annotation> T getAnnotation(Class<T> annotationType);annotationType인수는 애너테이션 타입을 뜻하는 한정적 타입 토큰이다.
이 메서드는 토큰으로 명시한 타입의 애너테이션이 대상 요소에 달려있다면 그 애너테이션을 반환하고 없다면 null을 반환한다.
즉, 애너테이션된 요소는 그 키가 애너테이션 타입인 타입 안전 이종 컨테이너이다.
[asSubClass - 한정적 타입토큰을 안전하게 형변환]
static Annotation getAnnotation(AnnotatedElement element, String annotationTypeName){
Class<?> annotationType = null; // 비한정적 타입 토큰
try {
annotationType = Class.forName(annotationTypeName);
}catch (Exception exception){
throw new IllegalArgumentException(exception);
}
return element.getAnnotation(annotationType.asSubclass(Annotation.class));
}형변환을 안전하게 그리고 동적으로 수행해주는 asSubclass메서드를 이용해 호출된 인스턴스 자신의 Class 객체를 인수가 명시한 클래스로 형변환한다. 실패시 ClassCastException을 던진다.
(형변환 된다는 것은 이 클래스가 인수로 명시한 클래스의 하위 클래스라는 의미이다.)
정리
컬렉션 API로 대표되는 일반적인 제네릭형태는 한 컨테이너가 다룰수 있는 매개변수의 수가 고정적이다.
하지만 컨테이너자체가 아닌 키를 타입 매개변수로 바꾸면 이런 제약이 없는 타입 안전 이종 컨테이너를 만들 수 있다.
타입 이종 컨테이너는 Class를 키로 사용하며, 이런 식으로 쓰이는 Class 객체를 타입 토큰이라 한다.
또한 직접 구현한 키 타입도 쓸 수 있다. 예컨데 DB의 행(컨테이너)을 표현한 DatabaseRow 타입에는 제네릭 타입인 Column<T>를 사용할 수 있다.
하지만 타입이종 컨테이너를 사용하는데 제약이 있으니 이런 제약들을 주의해서 사용하자.
