불변 객체

불변 객체가 뭘까?

불변 객체는 생성된 후 변경할 수 없는 객체를 말한다.

불변 객체는 생성되면 그 상태를 수정할 수 없고, 수정하는 모든 시도는 업데이트된 상태를 가진 새로운 객체가 생성된다.

불변 객체를 만드려면 다음과 같은 규칙을 따르면 된다.
1. 모든 필드를 private 및 final로 선언하여 생성자 외부에서 수정할 수 없도록 한다.
2. 필드에 대한 setter를 제공하지 않는다.
3. 클래스에서 사용되는 모든 가변 객체를 안전하게 캡슐화되도록 한다.

해당 규칙을 따르며 불변 객체를 만들어보자.

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다음 코드와 같이 Money라는 클래스가 있다.

public class Money {  
    private int amount;  
  
    public Money(int amount) {  
        this.amount = amount;  
    }  
  
    public int getAmount() {  
        return amount;  
    }  
  
    public void setAmount(int amount) {  
        this.amount = amount;  
    }  
}

1번 규칙을 따라 필드를 final 로 선언하면 자연스럽게 setter가 사라진다.

public class Money {  
    private final int amount;  
  
    public Money(int amount) {  
        this.amount = amount;  
    }  
  
    public int getAmount() {  
        return amount;  
    }  
}

하지만 3번 규칙은 뭔가 말이 쉽게 와닿지가 않는다.
모든 가변 객체를 캡슐화 한다는 것이 뭘까?

여기 Person이라는 클래스를 List로 관리하는 People이라는 클래스가 있다.

public class Person {  
    private String name;  
  
    public Person(String name) {  
        this.name = name;  
    }  
  
    public String getName() {  
        return name;  
    }  
  
    public void setName(String name) {  
        this.name = name;  
    }  
}

public class People {  
    private final List<Person> people;  
  
    public People(List<Person> people) {  
        this.people = people;  
    }  
  
    public List<Person> getPeople() {  
        return people;  
    }  
}

Person은 불변 객체가 아니지만, People은 1번, 2번 규칙을 따랐으니 불변 객체 라고 할 수 있을까?

아니다. 불변 객체라고 할 수 없다.

List<Person> peopleList = new ArrayList<>();  
peopleList.add(new Person("1"));  
peopleList.add(new Person("2"));  
peopleList.add(new Person("3"));  
  
People people = new People(peopleList);  
List<Person> foundPeople = people.getPeople();  
foundPeople.add(new Person("4"));

다음과 같이 List 필드를 그대로 가져온다면 final로 선언을 하여도 수정이 가능하다.
즉, setter를 사용하는 것과 같다.

따라서 다음과 같이 List.copyOf 혹은 Collections.unmodifiableList 메서드를 사용하여 컬렉션의 값을 변경할 수 없도록 해야한다.

public class People {  
    private final List<Person> people;  
  
    public People(List<Person> people) {  
        this.people = people;  
    }  
  
    public List<Person> getPeople() {  
        // return List.copyOf(people);  
        return Collections.unmodifiableList(people);  
    }  
}

List<Person> peopleList = new ArrayList<>();  
peopleList.add(new Person("1"));  
peopleList.add(new Person("2"));  
peopleList.add(new Person("3"));  
  
People people = new People(peopleList);  
List<Person> foundPeople = people.getPeople();
foundPeople.add(new Person("4")); // Exception 발생!

이제 정말 끝일까?
아니다. 아직도 할 일이 남았다.
Person 클래스는 불변 객체가 아니다.
따라서 People에서 읽기 전용인 컬렉션을 반환한다고 해도, 컬렉션이 가지고 있는 객체가 변경되면 상태가 변경된다.

List<Person> peopleList = new ArrayList<>();  
peopleList.add(new Person("1"));  
peopleList.add(new Person("2"));  
peopleList.add(new Person("3"));  
  
People people = new People(peopleList);  
List<Person> foundPeople = people.getPeople();  
Person person = foundPeople.get(0);  
person.setName("4");  
  
System.out.println(people.getPeople()); // [4, 2, 3]

따라서 Person도 불변 객체로 만들어줘야 People을 불변 객체라고 할 수 있다.

public class Person {  
    private final String name;  
  
    public Person(String name) {  
        this.name = name;  
    }  
  
    public String getName() {  
        return name;  
    }  
}

List<Person> peopleList = new ArrayList<>();  
peopleList.add(new Person("1"));  
peopleList.add(new Person("2"));  
peopleList.add(new Person("3"));  
  
People people = new People(peopleList);  
List<Person> foundPeople = people.getPeople();  
Person person = foundPeople.get(0);  
person.setName("4"); // 컴파일 에러!

이제 정말 끝이 보인다.
하지만, 아직도 디테일이 남아있다.
People의 생성자로 주어지는 List 가 변경된다면?

다음과 같이 불변 객체라고 생각했던 People의 상태가 변경됐다.

List<Person> peopleList = new ArrayList<>();  
peopleList.add(new Person("1"));  
peopleList.add(new Person("2"));  
peopleList.add(new Person("3"));  
  
People people = new People(peopleList);  
peopleList.add(new Person("4"));  
  
System.out.println(people.getPeople()); // [1, 2, 3, 4]

따라서 People의 생성자에 new 키워드로 새로운 참조를 만들어 주어야 한다.

public class People {  
	...
	
    public People(List<Person> people) {  
        this.people = new ArrayList<>(people);  
    }
    
    ...
}

List<Person> peopleList = new ArrayList<>();  
peopleList.add(new Person("1"));  
peopleList.add(new Person("2"));  
peopleList.add(new Person("3"));  
  
People people = new People(peopleList);  
peopleList.add(new Person("4"));  
  
System.out.println(people.getPeople()); // [1, 2, 3]

이렇게 해서 우리는 People 이라는 클래스를 불변 객체로 만들 수 있다.

따라서 3번 규칙 클래스에서 사용되는 모든 가변 객체를 안전하게 캡슐화되도록 한다. 는 클래스에 있는 필드 뿐만 아니라 해당 필드가 참조하고 있는 모든 객체를 불변으로 만들이어야 비로소 불변 객체 라고 부를 수 있다.

또한 클래스에도 final 키워드를 붙여, 상속을 금지하여 재정의까지 금지해야 예상치 못한 상태의 변경을 막을 수 있다.

이렇게 불변 객체의 정의와 만드는 방법을 간단하게 알아봤다.