JAVA 추상클래스 ? 인터페이스 ?

자바 8 공부를 하다가, 디폴트 메서드를 만나게 되었다. 그러던 중 문득 디폴트 메서드의 등장으로 추상클래스와 인터페이스의 차이가 모호해졌다는 생각이 들었다. 디폴트 메서드에 대해서는 모던 자바인 액션에서 자세히 다룰 예정이기 때문에, 추상 클래스와 인터페이스의 차이에 대해서, 그리고 어떻게 사용하는 것이 좋은 practice인지 궁금해졌다.

자바가 제공하는 다중 구현 메커니즘은 인터페이스와 추상 클래스가 있다. 자바 8 부터는 인터페이스도 디폴트 메서드를 제공하게 되어서 인터페이스와 추상 클래스 모두 인스턴스 메서드를 구현 형태로 제공할 수 있게 되었다.

인터페이스와 추상 클래스의 차이

• 추상 클래스를 상속받아 구현하는 클래스는 반드시 추상 클래스의 하위 클래스가 되어야 한다. 단일 상속만 가능한 자바에서 추상 클래스의 하위 클래스는 다른 클래스를 확장할 수 없기 때문에 새로운 타입을 정의하는데 큰 제약을 가지게 된다.

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

인터페이스의 장점

1) 기존 클래스에도 손쉽게 새로운 인터페이스 구현 가능

• 인터페이스 : 인터페이스의 추상 메서드를 추가, 클래스에 implements 구문을 추가하여 구현체임을 알린다.

• 추상클래스 : 계층 구조상 두 클래스의 공통 조상이어야 하며, 새로 추가된 추상 클래스의 모든 자손이 상속하게 된다.

2) 믹스인 정의에 적합

믹스인이란 클래스가 구현할 수 있는 타입으로, 클래스의 주된 기능 외 선택적 기능을 혼합할 수 있는 것을 말한다. 믹스인 인터페이스는 어떤 클래스의 주 기능 외에도 다른 일을 할 수 없다는 것을 선언하고, 제공해주는 효과를 줄 수 있다.

하지만 추상 클래스는 단일 상속만 가능하기 때문에 기존 클래스에 덧씌울 수 없다. 두 부모를 가질 수 없어서 클래스 계층에서 믹스인이 들어갈 수 있는 합리적인 위치가 없다.

믹스인 인터페이스의 예 : Serializable, Cloneable, Comparable 등등

3) 인터페이스로는 계층 구조가 없는 타입 프레임워크를 만들 수 있다.

현실의 개념중 타입을 계층적으로 정의할 때 수많은 개념을 구조적으로 잘 표현할 수 있는 개념이 있다. 예를 들자면,

• 자동차
  - 버스
  • 화물차
  • 승용차
  • 스포츠카

하지만 이를 구조적으로 표현하기 어려운 개념들도 존재한다. 가수와 작곡가 그리고 싱어송 라이터를 예로 들어보자, 이처럼 계층 구조가 없는 개념들은 인터페이스로 만들기 편하다.

먼저 인터페이스로 살펴보자.

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

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

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

다음으로 추상클래스로 살펴보자.

public abstract class Singer {
    abstract AudioClip sing(Song s);
}

public abstract class SongWriter {
    abstract Song compose(int charPosition);
}

public abstract class SingerSongWriter {
    abstract AudioClip sing(Song s);
    abstract Song compose(int charPosition);
    abstract AudioClip strum();
    abstract void actSensitive();
}

추상 클래스로 만들면 다중상속이 불가하여 새로운 추상클래스를 만들어서 클래스 계층을 표현할 수 밖에 없다.

따라서 이 계층구조를 만들기 위해서는 많은 조합이 필요하게 된다. 흔히 조합 폭발이라 부르는 현상이 나타날 수 있다.

4) 래퍼 클래스 관용구와 함께 사용시, 기능 향상과 더불어 안전하고 강력한 수단이 된다.

타입을 추상 클래스로 정의해두면 그 타입에 기능을 추가하는 방법을 상속뿐이다. 상속은 래퍼 클래스보다 활용도가 떨어지고 깨지기는 더 쉽다.

자바 8부터는 디폴트 메서드를 제공한다. 따라서 구현 방법이 명확한 것이 있다면 이를 디폴트 메서드로 제공해 개발자들의 수고를 덜어줄 수 있다.

하지만 디폴트 메서드에도 제약은 존재한다. equals와 hashCode 같은 Object의 메서드는 디폴트 메서드로 제공해서는 안된다. 또한 인스턴스 필드를 가질 수 없고 public이 아닌 정적 멤버도 가질 수 없다. 마지막으로, 본인이 만들지 않은 인터페이스에는 디폴트 메서드를 추가할 수 없다.

한편, 추상 골격 구현 클래스를 함께 제공하면 인터페이스와 추상 클래스의 장점을 모두 취할 수 있다. 인터페이스로 타입을 정의하고 필요한 일부를 디폴트 메서드로 구현한다. 추상 골격 클래스에서는 나머지 메서드들 까지 구현한다. 이렇게 해두면 단순히 골격 구현을 확장하는 것만으로 이 인터페이스를 구현하는데 필요한 일이 대부분 완료된다. 바로 템플릿 메서드 패턴이다. 이러한 추상 골격 클래스의 좋은 예는 자바 컬렉션 프레임워크에서 AbstractList, AbstractSet, AbstractMap 등이 있다.

다음은 구체적인 추상 골격 클래스의 예시이다. 커피라는 인터페이스가 있고 이를 구현하는 아이스 아메리카노, 아이스 라떼라는 클래스가 있다.

public interface Coffee {
    void boilWater();
    void putEspresso();
    void putIce();
    void putExtra();
    void makeCoffee();
}

public class IceAmericano implements Coffee{
    @Override
    public void boilWater() {
        System.out.println("물을 끓인다.");
    }

    @Override
    public void putEspresso() {
        System.out.println("에스프레소를 넣는다.");
    }

    @Override
    public void putIce() {
        System.out.println("얼음을 넣는다.");
    }

    @Override
    public void putExtra() {
        System.out.println("시럽을 넣는다.");
    }
}


public class IceLatte implements Coffee{
    @Override
    public void boilWater() {
        System.out.println("물을 끓인다.");
    }

    @Override
    public void putEspresso() {
        System.out.println("에스프레소를 넣는다.");
    }

    @Override
    public void putIce() {
        System.out.println("얼음을 넣는다.");
    }

    @Override
    public void putExtra() {
        System.out.println("우유를 넣는다.");
    }
}

아메리카노와 라떼는 마지막에 무엇을 넣느냐에 따라 결정된다. 따라서 추상 골격 클래스를 활용해 위의 코드의 중복을 제거해보자.

public abstract class AbstractCoffee implements Coffee{
    @Override
    public void boilWater() {
        System.out.println("물을 끓인다.");
    }

    @Override
    public void putEspresso() {
        System.out.println("에스프레소를 넣는다.");
    }

    @Override
    public void putIce() {
        System.out.println("얼음을 넣는다.");
    }
}

public class IceAmericano extends AbstractCoffee implements Coffee {

    @Override
    public void putExtra() {
        System.out.println("시럽을 넣는다.");
    }
}


public class IceLatte extends AbstractCoffee implements Coffee {

    @Override
    public void putExtra() {
        System.out.println("우유를 넣는다.");
    }
}

추상 골격 클래스를 통해 중복을 제거하고 읽기 좋은 코드가 되었다. 하지만 이때 카푸치노 클래스를 추가하고 카푸치노 클래스는 MlikCream이라는 클래스를 상속받는다고 가정해보자. 자바는 단일 상속만을 지원하기 때문에 AbstractCoffee 클래스(추상 골격 클래스)를 상속받지 못하게 된다.

이럴 때는 private 내부 클래스를 정의하고 내부 클래스가 추상 골격 클래스를 상속하도록 하면 된다. 내부 클래스의 메서드를 인스턴스에서 호출하여 우회적으로 추상 골격 클래스를 사용할 수 있게 된다. 이를 시뮬레이트 한 다중 상속이라 한다.

public class MilkCream {
    public void putCream() {
        System.out.println("우유 크림을 넣는다.");
    }
}

public class IceCappuccino extends MilkCream implements Coffee{
    InnerAbstractCoffee innerAbstractCoffee = new InnerAbstractCoffee();

    @Override
    public void boilWater() {
        innerAbstractCoffee.boilWater();
    }

    @Override
    public void putEspresso() {
        innerAbstractCoffee.putEspresso();
    }

    @Override
    public void putIce() {
        innerAbstractCoffee.putIce();
    }

    @Override
    public void putExtra() {
        innerAbstractCoffee.putExtra();
        putCream();
    }

    @Override
    public void makeCoffee() {
        boilWater();
        putEspresso();
        putIce();
        putExtra();
    }

	// private 내부 클래스 - 추상 골격 클래스를 상속한다.
    private class InnerAbstractCoffee extends AbstractCoffee {

        @Override
        public void putExtra() {
            System.out.println("우유를 넣는다.");
        }
    }
}

단순 구현(simple implementation)

단순 구현이란 골격 구현의 작은 변종으로 골격 구현과 같이 상속을 위해 인터페이스를 구현한 것이지만, 추상 클래스가 아니란 점이 다르다. 쉽게 말해 동작하는 가장 단순한 구현이다.

대표적인 예로는 AbstractMap.SimpleEntry가 있다.

핵심 정리

• 일반적으로 다중 구현용 타입으로는 인터페이스가 적합하다.
• 복잡한 인터페이스라면 골격 구현을 함께 제공하는 방법을 고려하자.
• 골격 구현은 가능한 한 인터페이스의 디폴트 메서드로 제공하여 인터페이스를 구현한 모든 곳에서 활용하도록 하는 것이 좋다.