이펙티브 자바 스터디를 9월부터 하고 있는 중인데 저번주 주제 중에 상속을 아무때나 사용하지 말고 주의해서 사용하라라는 주제가 나왔었다.. 근데 주의점이 너무 많아서 그러면 상속을 안쓰면 되는 거 아닌가요? 하는 말이 나왔었음 스터디원이 정리한 것 중에 아래와 같은 글도 있었다.

💬 Java의 창시자인 제임스 고슬링(James Arthur Gosling)이 한 인터뷰에서 "내가 자바를 만들면서 가장 후회하는 일은 상속을 만든 점이다"라고 말했다.

조슈야 블로크의 Effective Java에서는 상속을 위한 설계와 문서를 갖추거나, 그럴 수 없다면 상속을 금지하라는 조언을 한다.
따라서 추상화가 필요하면 인터페이스로 implements 하거나 객체 지향 설계를 할땐 합성(composition)을 이용하는 것이 추세이다.

하지만 우리가 기초를 배울 때는 항상 상속을 많이 배우기도 하고 해서 궁금해졌다! 그리고 코틀린이 자바에서의 불편한 점을 거의 많이 개선한 프로그래밍 언어인데 이러한 점도 개선되었는지 알아보고자 함

좀 더 딥하게 상속을 쓰게 되면,

• 무엇이 문제인지
• 왜 문제인지
• 그렇다면 정확히 언제 사용해야 하는 건지 알아보자..
• 이펙티브 자바와 함께 그리고 코틀린에서 상속이 없는가도 알아보자

회사 코드가 정답은 아니지만 회사 코드 또한 살펴보았다! 일단 상속이 무엇인지와 이펙티브 자바에서 대안을 알아보자

1. 상속(Inheritance)

일반적인 구체 클래스를 패키지 경계를 넘어, 즉 다른 패키지의 구체 클래스를 상속하는 일은 위험하다. 상기하자면, 이 책에서의 ‘상속’은 클래스가 다른 클래스를 확장하는 구현 상속을 말한다. 이번 아이템 에서 논하는 문제는 클래스가 인터페이스를 구현하거나 인터페이스가 다른 인터페이스를 확장하는 인터 페이스 상속과는 무관하다.

1) 상속이란

상속은 객체 지향 4가지 특징중 하나로서 클래스 기반의 프로그래밍에서 배우는 개념이다.

클래스 상속을 통해 자식 클래스는 부모 클래스의 자원을 물려 받게 되며, 부모 클래스와 다른 부분만 추가하거나 재정의함으로써 기존 코드를 쉽게 확장할 수 있다.
그래서 상속 관계를 is-a 관계라도 표현하기도 한다.

is-a는 일종의 ~이다라는 의미이다.

출처 : https://itwiki.kr/w/%EB%8D%B0%EC%9D%B4%ED%84%B0%EB%B2%A0%EC%9D%B4%EC%8A%A4_ISA_%EA%B4%80%EA%B3%84

class Mobile {
	// ...
}

class Apple extends Mobile {
	// ...
}

🔎 서브 클래싱과 서브 타이핑

상속의 방법에 대해 객체지향의 사실과 오해에서 다음과 같이 설명한다고 함.

💬 상속은 서브타이핑(subtyping)과 서브클래싱(subclassing)의 두 가지 용도로 사용될 수 있다.

서브클래스가 슈퍼클래스를 대체할 수 있는 경우 이를 서브타이핑이라고 한다. 서브클래스가 슈퍼클래스를 대체할 수 없는 경우에는 서브클래싱이라고 한다. 서브타이핑은 설계의 유연성이 목표인 반면 서브클래싱은 코드의 중복 제거와 재사용이 목적이다.

엄밀히 말하면 상속은 그저 코드 재사용을 위한 기법이 아니다?

[상속을 통한 코드 재사용]
코드의 재사용이란 무엇일까? 애초에 우리가 함수(function)을 만들어 쓰는 이유가 공통적으로 사용되는 코드를 묶어 재사용을 통해 코드 중복을 줄이기 위해서이다. 객체 지향 프로그래밍에서 공통적으로 사용되는 코드가 있다면, 부모 클래스에 메소드 하나 만들어놓고 상속을 통해 부모의 것을 가져와 사용한다는 기법으로 코드의 재사용이라고 말하는 것이다.

다만, 엄밀히 말하면 상속은 그저 코드 재사용을 위한 기법이 아니라고 한다.

일반적인 클래스가 이미 구현이 되어 있는 상태에서 그보다 좀 더 구체적인 클래스를 구현하기 위해 사용되는 기법이며, 그로 인해 상위 클래스의 코드를 하위 클래스가 재사용 할 수 있을 뿐이다.

이처럼 '사람' 이라는 객체 주제는 같지만, 중학생, 고등학생 처럼 서로 다른 속성이나 기능들을 가지고 있을때, 이러한 구조를 상속 관계를 통해 논리적으로 개념적으로 연관 시키는 것을 상속이라 한다.

클래스 폭발 🔥 문제

상속 관계는 컴파일 타임에 결정되고 고정되기 때문에 코드를 실행하는 도중에 변경할 수 없다. 따라서 여러 기능을 조합해야 하는 설계에 상속을 이용하게 된다면 모든 조합별로 클래스를 하나하나 추가해주어야 한다.
이것을 클래스 폭발 문제라 한다.

더군다나 Java8부터는 인터페이스의 디폴트 메소드 기능이 나오면서 인터페이스내에서 로직 구현이 가능하여 상속의 장점이 약화되었다고 할 수 있다.

2) 상속의 다사다난 문제점

자바의 객체 지향 프로그래밍을 처음 배울때 클래스와 상속에 대해 배우기 때문에, 마치 상속이 코드 중복을 제거하고 클래스를 묶는 다형성도 이용할 수 있고 단점보다는 장점을 강조하다 보니 무분별하게 사용하는 경우가 많다.

하지만 현업, 이펙티브 자바 등에서 extends를 지양하는 편이며 클래스 상속을 해야할때는 정말 개념적으로 연관 관계가 있을 때만 하는 상당히 제한적으로 선택적으로 다뤄진다.

🔑 문제점 1 : 불필요한 기능 상속

서브 클래싱이란 관점에서 본 상속의 문제점으로 서브클래싱이란 코드 재사용 목적의 상속

다음은 이미 안정적으로 구현된 CircularBuffer 클래스를 상속하여 CircularQueue와 CircularStack을 구현하고자 하는 예시이다. 이 코드에서 상속을 통해 코드를 재사용할 수 있다.

다음은 Stack과 Queue 클래스가 List 클래스를 상속받을 때 발생할 수 있는 리스코프 치환 원칙(Liskov Substitution Principle, LSP) 위반 문제를 다룬 예시를 정리한 내용입니다.

List 클래스 정의

우리는 List 클래스를 사용하여 데이터를 배열처럼 저장하고, 왼쪽이나 오른쪽에 값을 추가하거나 제거할 수 있는 메서드들을 제공한다.

public class List {
    private int[] elements;

    // 맨 처음에 요소 추가
    public void pushLeft(int value) {
        // 구현 생략
    }

    // 맨 끝에 요소 추가
    public void push(int value) {
        // 구현 생략
    }

    // 첫 번째 요소 제거 후 반환
    public int popLeft() {
        // 구현 생략
        return 0; // 임시 반환값
    }

    // 마지막 요소 제거 후 반환
    public int pop() {
        // 구현 생략
        return 0; // 임시 반환값
    }
}

이 List 클래스는 이미 안정적으로 구현된 상태로, 이제 이 클래스를 상속받아 스택과 큐 자료구조를 구현하려고 한다.

Stack과 Queue 클래스 상속

Stack과 Queue 클래스는 List 클래스를 상속받아 각각 스택과 큐 자료구조로 동작하도록 구현

public class Stack extends List {}

public class Queue extends List {}

이렇게 하면 Stack과 Queue는 List의 모든 메서드를 상속받아 재사용할 수 있다.

Stack 사용 예시

스택은 후입선출(FILO) 특성을 가져야 한다. 이를 위해 push와 pop 메서드만을 사용하면 된다.

Stack stack = new Stack();
stack.push(1);  // [1]
stack.push(2);  // [1, 2]
stack.push(3);  // [1, 2, 3]
stack.pop();    // [1, 2] => 3 반환
stack.push(4);  // [1, 2, 4]
stack.pop();    // [1, 2] => 4 반환

Queue 사용 예시

큐는 선입선출(FIFO) 특성을 가져야 한다. 이를 위해 push와 popLeft 메서드만을 사용하면 된다.

Queue queue = new Queue();
queue.push(1);    // [1]
queue.push(2);    // [1, 2]
queue.push(3);    // [1, 2, 3]
queue.popLeft();  // [2, 3] => 1 반환
queue.push(4);    // [2, 3, 4]
queue.popLeft();  // [3, 4] => 2 반환

🚨 문제점: 상위 클래스(부모 클래스)를 상속받은 하위 클래스(자식 클래스)는 상위 클래스에서 기대하는 동작을 그대로 유지해야 한다는 원칙인 리스코프 치환 원칙 위배

Stack과 Queue는 List처럼 사용되더라도 문제가 없어야 한다. Stack과 Queue가 List를 상속받았으므로, 각 클래스는 문법적으로 List 타입으로 다뤄질 수 있다.

List stack = new Stack();
List queue = new Queue();

그러나 List의 모든 메서드를 상속받은 Stack과 Queue는 본래 제공하지 않아야 할 메서드들 즉, 불필요한 메서드들(pushLeft, popLeft 등)도 사용할 수 있게 된다. 이것은 각각의 자료구조의 기본 특성을 깨뜨릴 수 있다.

스택 객체에서 pushLeft나 popLeft를 사용할 경우, 후입선출(FILO) 특성이 깨진다.

List stack = new Stack();
stack.push(1);    // [1]
stack.push(2);    // [1, 2]
stack.push(3);    // [1, 2, 3]
stack.pushLeft(4);  // [4, 1, 2, 3] - 순서가 깨짐
stack.pop();        // [4, 1, 2] => 3 반환
stack.popLeft();    // [1, 2] => 4 반환

큐 객체에서도 pushLeft나 pop을 사용할 경우, 선입선출(FIFO) 특성이 깨진다.

List queue = new Queue();
queue.push(1);    // [1]
queue.push(2);    // [1, 2]
queue.push(3);    // [1, 2, 3]
queue.pushLeft(4);  // [4, 1, 2, 3] - 순서가 깨짐
queue.pop();        // [4, 1, 2] => 3 반환
queue.popLeft();    // [1, 2] => 4 반환

• Stack은 후입선출(LIFO) 구조를 따르며, 마지막에 추가된 요소를 제거해야 한다.
• Queue는 선입선출(FIFO) 구조를 따르며, 먼저 추가된 요소를 먼저 제거해야 합한다.

이는 리스코프 치환 원칙을 위배하는 사례로, 코드의 유지보수성과 가독성에 문제가 발생할 수 있다.

📢 즉, 서브 클래싱 관점의 상속은 타입들 사이의 관계에 대한 고려 없이 오로지 코드 재사용만을 목적으로 상속을 사용할 경우 발생할 수 있는 문제이다.

상속으로 인해 Stack과 Queue에 호출되어서는 안되는 메서드들이 불필요하게 생겨났기 때문에, 정확히 말하면 Stack과 Queue 타입에 불필요한 퍼블릭 인터페이스들이 과하게 상속되었기 때문에 발생한 문제이다

이처럼 코드를 상속받아 Stack과 Queue를 구현하는 것은 잘못된 설계이다. Stack과 Queue의 동작은 다르기 때문에 상속보다는 각각의 동작을 구현한 별도의 클래스를 만들어야 한다.

🔑 서브타이핑

리스코프 치환원칙이란 간단히 말해 "상속을 할 때 서브클래싱은 나쁘고 서브타이핑을 해야 한다"라는 원칙

서브타이핑에 대해 조영호(2019)는 오브젝트에서 다음과 같이 설명한다.

💬 "상속을 사용하는 일차적인 목표는 코드 재사용이 아니라 타입 계층을 구현하는 것이어야 한다... 동일한 메시지에 대해 서로 다르게 행동할 수 있는 다형적인 객체를 구현하기 위해서는 객체의 행동을 기반으로 타입 계층을 구성해야 한다. 상속의 가치는 이러한 타입 계층을 구현할 수 있는 쉽고 편안한 방법을 제공한다는 데 있다."

즉, 서브 클래싱 관점으로 상속하면 문제가 생긴다는 점을 서브타이핑에서는 말하고 있는 것이다.

🌱 문제점 2 : 캡슐화 위반, 메서드 오버라이딩 오작동

상위 클래스가 어떻게 구현되느냐에 따라 하위 클래스의 동작에 이상이 생길 수 있다.

여기서 캡슐화란, 단순히 private 변수로 Getter / Setter 를 얘기하는 것이 아니다. 캡슐화(정보 은닉)은 객체가 내부적으로 기능을 어떻게 구현하는지를 감추는 것을 말한다. 그래서 우리는 클래스 자료형을 이용할때 내부 동작을 알필요없이 단순히 메소드만 갖다 쓰면 된다. 단, 내부 동작을 알 필요가 없다는 말은 신뢰성이 보장되어야 한다는 말이기도 하다. 캡슐화가 깨진건 이러한 신뢰성이 깨진것이라고 보면 된다.

잘못된 상속의 예

public class InstrumentedHashSet<E> extends HashSet<E> {
    private int addCount = 0;

    public InstrumentedHashSet() { }

    @Override
    public boolean add(E e) {
        addCount++;
        return super.add(e);
    }

    @Override
    public boolean addAll(Collection<? extends E> c) {
        addCount += c.size();
        return super.addAll(c);
    }

    public int getAddCount() {
        return addCount;
    }
}

InstrumentedHashSet<String> s = new InstrumentedHashSet<>();
s.addAll(Arrays.asList("틱", "탁탁", "펑"));

System.out.println(s.getAddCount()); // 예상: 3, 실제: 6

일반적으로 위 코드 실행 후 addCount가 3이 될 것이라 예상할 것이다. 하지만 실제로는 6이다. 이유는 부모 클래스인 HashSet의 addAll 메서드 안에서 add메서드를 호출하기 때문이다.

public boolean addAll(@NotNull Collection<? extends E> c) {
    boolean modified = false;
    for (E e : c) {
        if (add(e)) { // 내부에서 자체적으로 add()를 계속 호출한거임
            modified = true;
        }
    }
    return modified;
}

addAll을 호출하면 내부에서 add를 호출하는데 add가 상위 클래스의 add를 호출할줄 알았지만 InstrumentedHashSet의 add를 호출했다.

위에서의 문제는 메서드 재정의 시 당장은 해결할 수 있으나, HashSet의 addAll이 add 메서드를 이용해 구현했음을 가정한 해법이라는 한계를 지닌다. 이처럼 자신의 다른 부분을 사용하는 자기사용(self-use) 여부는 해당 클래스의 내부 구현 방식 에 해당하며, 자바 플랫폼 전반적인 정책인지, 그래서 다음 릴리스에서도 유지될지는 알 수 없다. 따라서 이런 가정에 기댄 InstrumentedHashSet도 깨지기 쉽다.

addAll 메서드를 다른 식으로 재정의할 수도 있다. 주어진 컬렉션을 순회하며 원소 하나당 add 메서드를 하나만 호출하는 것이다. 조금 나은 방법이지만 상위 클래스의 메서드 동작을 다시 구현하는 것은 어렵고, 비용이 든다. 또한 하위 클래스에서 접근할 수 없는 private 필드를 써야 한다면 이 방식으로는 구현 자체가 불가능하다.

• 상위 클래스의 구현에 의존: HashSet의 내부 구현이 addAll()에서 add()를 호출한다는 사실에 의존하고 있다.
• 메서드 오버라이딩의 위험성: 상위 클래스의 메서드를 재정의하면, 상위 클래스의 내부 구현이 변경될 때 하위 클래스의 동작이 예기치 않게 변할 수 있다.

그렇다면 위에서의 문제는 다 메서드 재정의 시니까 새로운 메서드를 추가한다면?

이 방식이 훨씬 안전한 것은 맞지만, 위험이 전혀 없는 것은 아니다. 다음 릴리스에서 상위 클래스에 새 메서드가 추가됐는데, 하필 하위 클래스에 추가한 메서드와 시그니처가 같고 반환 타입은 다르다면 여러분의 클래스는 컴파일조차 되지 않을 수 있다.

🌱 문제점 3 : 강한 결합도

상속은 코드를 재사용하는 강력한 수단이지만, 항상 최선은 아니다

부모 클래스의 내부 변경이 자식 클래스에 영향을 줄 수 있어 유연성이 저하된다. 상속을 하게 되면 부모 클래스와 자식 클래스의 관계가 컴파일 시점에 관계가 결정되어 결합도가 당연히 높아질수 밖에 없다.

예를 들어 클래스 B가 클래스 A를 상속(extends) 한다고 하면, 코드 실행(런타임) 중간에 클래스 C를 상속하도록 바꿀수 없다. 처음 실행되기 전에 미리 그렇게 결정되었기 때문이다.

• 캡슐화 위반 : 자식 클래스가 부모 클래스의 구현 세부 사항에 의존하게되면, 캡슐화가 약화된다.
• 재사용성 저하 : 특정 구현에 강하게 결합된 상속 구조는 새로운 상황에 재사용하기 어렵다.

🌱 문제점 4 : 자식은 부모의 거울, 안 좋은 점까지? 그리고 동시 수정

마치 자식은 부모의 거울이라는 말처럼 부모의 안 좋은 점을 자식클래스들이 다 닮게 된다.

[결함 상속]
부모 클래스에 결함이 있을 때 자식 클래스도 그 결함을 그대로 상속받게 되는 상황입니다.

class Vehicle {
    private int speed;

    public Vehicle(int speed) {
        this.speed = speed;
    }

    // 결함이 있는 메서드: 속도가 음수일 때도 허용
    public void accelerate(int increment) {
        speed += increment;
    }

    public int getSpeed() {
        return speed;
    }
}

class Car extends Vehicle {
    public Car(int speed) {
        super(speed);
    }

    // Car는 별도의 결함이 없으나 부모 클래스의 accelerate 메서드 결함을 그대로 상속
}

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        Car car = new Car(50);
        car.accelerate(-100);  // 속도가 음수가 될 수 있는 문제 발생
        System.out.println("Car speed: " + car.getSpeed());  // 출력 결과가 음수
    }
}

위 코드에서 Vehicle 클래스의 accelerate 메서드에 결함이 있어 음수 속도가 허용되지만, 이 결함이 자식 클래스 Car에도 그대로 영향을 미친다.

[부모 클래스와 자식 클래스의 동시 수정 문제]
부모 클래스가 변경될 때 자식 클래스와 호출부도 모두 수정해야 해야 함

🌱 문제점 6 : 클래스 폭발(class explosion)

상속을 남용할 경우 클래스 폭발(class explosion) 문제가 발생할 수 있다.

즉, 기능을 추가하기 위해 상속을 계속하다 보면 클래스가 급격히 늘어나고, 서로 복잡하게 얽히게 되어 관리가 어려워진다. 이를 조합의 폭발(combinational explosion)이라고도 부른다.

상속은 컴파일 타임에 결정되므로, 실행 중에 변경할 수 없다. 기능을 추가하거나 수정할 때마다 새로운 클래스를 상속받아 추가해야 한다.
이러한 문제를 피하기 위해서는 상속 대신 합성(Composition)을 사용하는 것이 좋습니다. 합성은 기존 객체를 포함하고, 그 객체에 기능을 추가하는 방식으로 상속의 문제를 피할 수 있습니다.

🌱 문제점 7 : 단일 상속의 한계

자바는 다중 상속을 지원하지 않기 때문에 하나의 클래스는 오직 하나의 부모 클래스만 상속받을 수 있다.

다중 상속이 불가능하기 때문에 상속 계층을 복잡하게 나눠야 하는 상황이 발생할 수 있다.

이로 인해 클래스 폭발 문제가 더욱 심화될 수 있다. 따라서, 자바에서는 이런 단일 상속의 문제를 해결하기 위해 인터페이스를 사용하여 다중 구현을 지원하고 있다.

2. 상속의 대안 컴포지션(composition)

하나의 클래스가 다른 클래스의 인스턴스를 포함하여, 그 인스턴스의 메서드를 활용하는 방식

1) 합성이란?

합성은 객체 간의 관계가 수직관계가 아닌 수평 관계가 된다.

합성은 기존 클래스를 상속을 통한 확장하는 대신에, 필드로 클래스의 인스턴스를 참조하게 만드는 설계이다. 예를 들어 서로 관련없는 이질적인 클래스의 관계에서, 한 클래스가 다른 클래스의 기능을 사용하여 구현해야 한다면 합성의 방식을 사용한다고 보면 된다.

2) 합성 예시

컴퓨터(Computer)와 모니터(Monitor)의 관계를 예로 들어보겠다. 컴퓨터는 모니터가 필요하지만, 모니터를 상속받을 필요는 없다. 대신 모니터를 합성하여 사용하는 것이 더 적합하다.

// Computer 클래스
class Computer {
    Monitor monitor; // 필드로 Monitor 클래스 변수를 갖는다 (Has-A 관계)

    Computer(Monitor monitor) {
        this.monitor = monitor; // 생성자 초기화 시 Monitor 인스턴스를 받음
    }

    void display() {
        System.out.printf("%s 모니터로 화면 출력 중...\n", monitor.getMonitorType());
    }

    void turnOff() {
        System.out.printf("%s 모니터를 끕니다...\n", monitor.getMonitorType());
    }
}

// Monitor 클래스
class Monitor {
    String monitorType; // 모니터 종류 (예: LCD, LED)

    Monitor(String type) {
        this.monitorType = type;
    }

    String getMonitorType() {
        return this.monitorType;
    }
}

// Main 클래스
public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        // LCD 모니터가 연결된 컴퓨터
        Computer lcdComputer = new Computer(new Monitor("LCD"));
        lcdComputer.display(); // LCD 모니터로 화면 출력 중...

        // LED 모니터가 연결된 컴퓨터
        Computer ledComputer = new Computer(new Monitor("LED"));
        ledComputer.display(); // LED 모니터로 화면 출력 중...
        
        lcdComputer.turnOff(); // LCD 모니터를 끕니다...
        ledComputer.turnOff(); // LED 모니터를 끕니다...
    }
}

• Computer 클래스는 Monitor 클래스를 필드로 가진다. 이것이 바로 합성의 예로 컴퓨터는 모니터를 필요로 하지만, 모니터를 상속하지 않고 인스턴스로 참조하여 기능을 사용한다.
• Computer 클래스의 생성자는 Monitor 객체를 받아서, 그 객체의 monitorType을 통해 모니터 종류에 따른 동작을 수행한다.
• Monitor 클래스는 모니터의 종류(monitorType)를 나타내는 필드를 가지고 있으며, 이를 Computer 클래스가 호출하여 사용한다.

위의 초기화 코드에서 볼수 있듯이, 기존 클래스를 확장하는 대신, 새로운 클래스를 만들고 private 필드로 기존 클래스의 인스턴스를 참조하게 한 것이다.

상속의 문제의 대안법인 합성은 기능이 필요하다고 해서 무조건 상속하지말고, 따로 클래스 인스턴스 변수에 저장하여 가져다 쓴다는 원리이다.

새 클래스의 인스턴스 메서드들은 (private 필드로 참조하는) 기존 클래스의 대응하는 메서드를 호출 해 그 결과를 반환한다. 이 방식을 전달(forwarding)이라 하며, 새 클래스의 메서드들을 전달 메서드(forwarding method)라 부른다.

그 결과 새로운 클래스는 기존 클래스의 내부 구현 방식의 영향에서 벗어나며, 심지어 기존 클래스에 새로운 메서드가 추가되더라도 전혀 영향받지 않는다.

3) 컴포지션 사용하기

상속 대신 컴포지션(Composition)을 사용하여 기존 Set 인스턴스를 감싸는 래퍼 클래스(Wrapper Class)를 만들어가자.

public class InstrumentedSet<E> implements Set<E> {
    private final Set<E> set;
    private int addCount = 0;

    public InstrumentedSet(Set<E> set) {
        this.set = set;
    }

    @Override
    public boolean add(E e) {
        addCount++;
        return set.add(e);
    }

    @Override
    public boolean addAll(Collection<? extends E> c) {
        addCount += c.size();
        return set.addAll(c);
    }

    public int getAddCount() {
        return addCount;
    }

    // 나머지 Set 인터페이스 메서드들은 set 인스턴스에 위임
    @Override
    public int size() {
        return set.size();
    }

    @Override
    public boolean isEmpty() {
        return set.isEmpty();
    }

    // ... 기타 메서드들도 동일하게 위임
}

설명:

• InstrumentedSet은 Set 인터페이스를 구현하고, 내부에 실제 작업을 수행할 Set 인스턴스를 가진다.
• 모든 메서드는 내부 set 객체에 작업을 위임한다.
• add()와 addAll() 메서드에서 addCount를 정확하게 증가시킬 수 있다.
• 상속이 아닌 컴포지션을 사용함으로써 상위 클래스의 내부 구현에 의존하지 않는다.

사용 예시:

Set<String> s = new InstrumentedSet<>(new HashSet<>());
s.addAll(Arrays.asList("틱", "탁탁", "펑"));

System.out.println(((InstrumentedSet<String>) s).getAddCount()); // 출력: 3

• 안전성: 상위 클래스의 내부 구현 변화에 영향을 받지 않는다.
• 유연성: 기존 클래스의 기능을 확장하거나 변경할 때 더 안전하게 구현할 수 있다.
• 재사용성: 다양한 클래스와 함께 사용할 수 있으며, 기능을 추가하거나 변경하기 쉽다.

위임 메서드를 일일이 작성하는 대신, 재사용 가능한 포워딩 클래스를 만들어서 중복 코드를 줄일 수 있다.

public class ForwardingSet<E> implements Set<E> {
    protected final Set<E> s;

    public ForwardingSet(Set<E> s) {
        this.s = s;
    }

    @Override
    public boolean add(E e) { return s.add(e); }

    @Override
    public boolean addAll(Collection<? extends E> c) { return s.addAll(c); }

    // 나머지 메서드들도 동일하게 s에 위임
    @Override
    public int size() { return s.size(); }

    @Override
    public boolean isEmpty() { return s.isEmpty(); }

    // ... 기타 메서드들도 동일하게 위임
}

이제 InstrumentedSet은 ForwardingSet을 상속받아 필요한 기능만 추가하면 됨

public class InstrumentedSet<E> extends ForwardingSet<E> {
    private int addCount = 0;

    public InstrumentedSet(Set<E> s) {
        super(s);
    }

    @Override
    public boolean add(E e) {
        addCount++;
        return super.add(e);
    }

    @Override
    public boolean addAll(Collection<? extends E> c) {
        addCount += c.size();
        return super.addAll(c);
    }

    public int getAddCount() {
        return addCount;
    }
}

InstrumentedSet은 HashSet의 모든 기능을 정의한 Set 인터페이스를 활용해 설계되어 견고하고 아주 유연하다. 구체적으로는 Set 인터페이스를 구현했고, Set의 인스턴스를 인수로 받는 생성자를 하나 제공한다. 임의의 Set에 계측 기능을 덧씌어 새로운 Set으로 만드는 것이 이 클래스의 핵심이다. 이 컴포지션 방식은 한 번만 구현해두면 어떠한 Set 구현체라도 계측할 수 있으며, 기존 생성자들도 함께 사용할 수 있다.

Set<Instant> times = new InstrumentedSet<>(new TreeSet<>(cmp));
Set<E> s = new InstrumentedSet<>(new HashSet<>(INIT_CAPACITY));

다른 Set 인스턴스를 감싸고 있다는 뜻에서 InstrumentedSet 같은 클래스를 래퍼 클래스라 하며, 다른 Set에 계측 기능을 덧씌운다는 뜻에서 데코레이터 패턴이라고 한다. 컴포지션과 전달의 조합은 넓은 의미로 위임(delegation)이라고 부른다.

상속은 반드시 하위 클래스가 상위 클래스의 '진짜' 하위 타입인 상황에서만 쓰여야 한다. 다르게 말하면, 클래스 B가 클래스 A와 is-a 관계일 때만 클래스 A를 상속해야 한다.

컴포지션을 써야 할 상황에서 상속을 사용하는 건 내부 구현을 불필요하게 노출하는 꼴이다. 그 결과 API가 내부 구현에 묶이고 그 클래스의 성능도 영원히 제한된다. 더 심각한 문제는 클라이언트가 노출된 내부에 직접 접근할 수 있다는 점이다.

래퍼 클래스는 단점이 거의 없다. 한 가지, 래퍼 클래스가 콜백(callback) 프레임워크와는 어울리지 않는다는 점만 주의하면 된다.

콜백 프레임워크에서 는 자기 자신의 참조를 다른 객체에 넘겨서 다음 호출(콜백) 때 사용하도록 한다. 내부 객체는 자신을 감싸고 있는 래퍼의 존재를 모르니 대신 자신(this)의 참조를 넘기고, 콜백 때는 래퍼가 아닌 내부 객체를 호출하게 된다. 이를 SELF 문제라고 한다.

전달 메서드가 성능에 주는 영향이나 래퍼 객체가 메모리 사용량에 주는 영향을 걱정하는 사람도 있지만, 실전에서는 둘 다 별다른 영향이 없다고 밝혀졌다. 전달 메서드들을 작성하는 게 재사용할 수 있는 전달 클래스를 인터 페이스당 하나씩만 만들어두 면 원하는 기능을 덧씌우는 전달 클래스들을 아주 손쉽게 구현할 수 있다.

4) 컴포지션의 장점

합성(Composition)을 사용하는 이유는 유연성과 재사용성을 높이기 위해서입니다. 상속에 비해 합성은 다음과 같은 이점이 있다.

1. 유연한 객체 관계 관리

   상속에서는 객체 간의 관계가 고정되지만, 합성에서는 더 유연하게 객체를 구성할 수 있다.

❌ 상속 예시 (상속으로 고정된 관계)

// 부모 클래스: Animal
class Animal {
    public void eat() {
        System.out.println("This animal is eating.");
    }
}

// 자식 클래스: Dog
class Dog extends Animal {
    public void bark() {
        System.out.println("The dog is barking.");
    }
}

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        Dog dog = new Dog();
        dog.eat();  // 상속된 메서드: Dog가 Animal의 eat 메서드를 사용
        dog.bark(); // Dog 클래스의 메서드
    }
}

위 코드는 Dog 클래스가 Animal 클래스를 상속하므로, Dog 객체는 Animal의 모든 메서드를 자동으로 상속받는다. 하지만 관계가 고정되어 변경하기 어렵다.

⭕합성 예시 (유연한 관계)

// 독립적인 기능 클래스: SoundMaker
class SoundMaker {
    public void makeSound(String sound) {
        System.out.println(sound);
    }
}

// 합성을 이용한 Dog 클래스
class Dog {
    private SoundMaker soundMaker;  // Dog 클래스는 SoundMaker를 사용 (has-a 관계)

    public Dog() {
        this.soundMaker = new SoundMaker();
    }

    public void bark() {
        soundMaker.makeSound("The dog is barking.");
    }

    public void eat() {
        System.out.println("The dog is eating.");
    }
}

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        Dog dog = new Dog();
        dog.bark();  // 합성을 이용하여 소리를 만듦
        dog.eat();   // 독립적인 Dog의 메서드
    }
}

여기서는 Dog 클래스가 SoundMaker 객체를 조립(합성)하여 더 유연하게 동작을 정의

2. 다중 상속 문제 해결

   자바는 다중 상속을 지원하지 않지만, 합성을 사용하면 여러 객체를 합성하여 다중 상속과 유사한 효과를 얻을 수 있다.

⭕ 합성 예시 (다중 상속 대체)

// 독립적인 기능 클래스: Engine
class Engine {
    public void start() {
        System.out.println("Engine is starting...");
    }
}

// 독립적인 기능 클래스: GPS
class GPS {
    public void activate() {
        System.out.println("GPS is activated.");
    }
}

// Car 클래스가 Engine과 GPS를 합성
class Car {
    private Engine engine; // Car는 Engine을 가짐 (has-a)
    private GPS gps;       // Car는 GPS를 가짐 (has-a)

    public Car() {
        this.engine = new Engine();
        this.gps = new GPS();
    }

    public void drive() {
        engine.start();
        gps.activate();
        System.out.println("Car is driving.");
    }
}

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        Car car = new Car();
        car.drive();  // Car는 Engine과 GPS 기능을 모두 사용할 수 있음
    }
}

위 코드에서는 Car가 Engine과 GPS 두 객체를 합성하여 다중 상속 없이 두 객체의 기능을 모두 사용할 수 있습니다.

3. 상속의 문제 해결

   상속은 부모 클래스의 세부 구현에 의존하지만, 합성은 객체의 행동을 위임함으로써 더 독립적인 관계를 제공한다.

❌상속의 문제 예시

// 부모 클래스: Beverage (음료)
class Beverage {
    public void drink() {
        System.out.println("Drinking a beverage.");
    }
}

// 자식 클래스: Juice
class Juice extends Beverage {
    public void addIce() {
        System.out.println("Adding ice to the juice.");
    }
}

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        Juice juice = new Juice();
        juice.drink();  // 상속된 메서드: Juice가 Beverage의 drink 메서드를 사용
        juice.addIce();
    }
}

이 코드에서 만약 Beverage 클래스에 변경이 생기면 Juice 클래스에도 영향을 미칩니다. 이는 부모 클래스에 의존하는 문제를 야기할 수 있다.

⭕ 합성으로 해결

// 독립적인 기능 클래스: IceMaker
class IceMaker {
    public void addIce() {
        System.out.println("Ice is added.");
    }
}

// Juice 클래스가 IceMaker를 합성하여 사용
class Juice {
    private IceMaker iceMaker;  // Juice는 IceMaker를 합성 (has-a)

    public Juice() {
        this.iceMaker = new IceMaker();
    }

    public void drink() {
        System.out.println("Drinking juice.");
    }

    public void addIce() {
        iceMaker.addIce();  // IceMaker 객체에 기능을 위임
    }
}

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        Juice juice = new Juice();
        juice.drink();
        juice.addIce();  // Juice는 IceMaker 객체의 메서드를 호출함
    }
}

이 방식은 Juice가 IceMaker의 내부 동작에 의존하지 않기 때문에 더 독립적이고 유연하게 설계할 수 있다.

4. 캡슐화 보장

   상속은 부모 클래스의 모든 public 메서드를 자식 클래스에 공개하는 반면, 합성은 필요한 메서드만 노출할 수 있다.

❌ 상속에서의 문제

class Vector {
    public void addElement(String element) {
        System.out.println("Element added to vector: " + element);
    }
}

class Stack extends Vector {
    public void push(String element) {
        addElement(element);
    }

    public void pop() {
        System.out.println("Element removed from stack.");
    }
}

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        Stack stack = new Stack();
        stack.push("item");
        stack.addElement("another item");  // 불필요한 부모 클래스 메서드가 노출됨
        stack.pop();
    }
}

이 코드에서는 Stack 클래스에서 불필요한 addElement 메서드가 노출되어 잘못된 사용을 허용하게 된다.

⭕ 합성으로 캡슐화

// Vector와 동일한 기능을 가진 클래스: ListManager
class ListManager {
    public void addElement(String element) {
        System.out.println("Element added to list: " + element);
    }
}

// Stack은 ListManager를 합성하여 필요한 메서드만 노출
class Stack {
    private ListManager listManager;  // Stack은 ListManager를 합성 (has-a)

    public Stack() {
        this.listManager = new ListManager();
    }

    public void push(String element) {
        listManager.addElement(element);  // 필요한 기능만 사용
    }

    public void pop() {
        System.out.println("Element removed from stack.");
    }
}

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        Stack stack = new Stack();
        stack.push("item");
        stack.pop();
        // stack.addElement()는 호출할 수 없음
    }
}

여기서 Stack은 ListManager의 내부 동작 중 필요한 메서드만 노출하여 사용하며, 불필요한 세부 사항을 숨긴다.

• 합성을 사용하면 각 객체는 독립적으로 관리되며, 변경에 더 강한 설계를 할 수 있다.

5) 엄밀히 보면 합성이랑 컴포지션도 다르다?

혼용해서 쓰는 경우가 대부분이라고 함.. 합성이라고 하면 컴포지션이라고 생각해도 무방할 듯 하다.

컴포지션(Composition)과 합성(Aggregation)은 객체지향 프로그래밍에서 객체 간의 관계를 나타낼 때 사용하는 중요한 개념들이다. 두 개념은 서로 유사하지만 중요한 차이점이 있으며, 각각의 경우에 맞는 적절한 사용 방법이 있다.

컴포지션(Composition)

• 의미: 컴포지션은 강한 관계를 뜻한다. 한 객체가 다른 객체를 포함하고, 포함된 객체는 독립적으로 존재할 수 없는 관계이다.
• 예시: 자동차(전체)는 엔진(부분)을 포함한다. 엔진은 자동차의 일부로, 자동차가 없으면 엔진은 의미가 없다. 즉, 컴포지션에서는 전체 객체가 소멸하면 부분 객체도 함께 소멸된다.

예시 코드:

class Car {
    private Engine engine;

    Car() {
        this.engine = new Engine(); // 엔진을 직접 초기화
    }

    void start() {
        engine.run();
    }
}

class Engine {
    void run() {
        System.out.println("Engine is running...");
    }
}

• Car는 Engine을 포함하고 있으며, Car가 없어지면 Engine도 의미를 잃습니다. 이는 컴포지션의 전형적인 예

합성(Aggregation)

• 의미: 합성은 약한 관계를 나타낸다. 하나의 객체가 다른 객체를 포함하고 있지만, 그 포함된 객체는 독립적으로 존재할 수 있다. 즉, 전체 객체가 없어져도 부분 객체는 여전히 존재할 수 있는 관계이다.
• 예시: 학교(전체)는 학생(부분)을 포함한다. 하지만 학교가 없어져도 학생은 여전히 존재할 수 있다.

예시 코드:

class School {
    private Student student;

    School(Student student) {
        this.student = student; // 외부에서 객체를 주입받음
    }

    void educate() {
        student.study();
    }
}

class Student {
    void study() {
        System.out.println("Student is studying...");
    }
}

• School은 Student를 참조하고 있지만, Student 객체는 School이 없어져도 독립적으로 존재할 수 있습니다. 이는 합성의 전형적인 예

컴포지션과 합성의 차이점 요약

항목	컴포지션(Composition)	합성(Aggregation)
관계	강한 관계 (전체와 부분이 강하게 결합됨)	약한 관계 (전체와 부분이 독립적)
생명 주기	전체가 없어지면 부분도 없어짐	전체가 없어져도 부분은 존재할 수 있음
객체 생성 방식	포함하는 객체가 직접 부분 객체를 생성함	포함하는 객체가 외부에서 부분 객체를 받아옴
의존성	전체 객체에 강하게 의존 (독립적으로 존재 불가)	약한 의존성 (부분 객체는 독립적으로 존재 가능)
예시	자동차와 엔진	학교와 학생

합성은 객체지향 설계에서 상속에 비해 더 유연하고, 유지보수가 용이한 방법이다. 특히 객체 간의 관계를 더 자유롭게 설계하고, 변경이 용이하며, 불필요한 의존성을 줄일 수 있다.

3. 정리해보면,

1) 현업에서는 보통 상속을 어떻게 쓰냐..

보통 보니까 예를 들어 WebController - WebBaseController처럼 클래스 이름부터 is-a 관계인 애들만 상속에서 쓰더라

2) 정리 🐾

• 상속은 is-a 관계일 때만 사용해야 한다. 클래스 간의 계층 구조를 형성할 때 말이다. 즉, 하위 클래스가 상위 클래스의 진짜 하위 타입인 경우에만 상속을 사용해야 한다. 내부 구현에 의존하거나 강한 결합이 발생할 수 있으므로 주의해야 한다.
• 컴포지션은 Has-a 관계를 나타내며, 클래스의 기능을 유연하게 확장하고 재사용할 수 있다. 컴포지션과 위임을 사용하면 상속의 단점을 피하면서 유연하고 안전하게 기능을 확장할 수 있다. 하지만결합도가 낮아 유지보수가 용이하지만, 다형성 활용이 제한적일 수 있다.
• 래퍼 클래스를 사용하면 기존 클래스의 내부 구현에 의존하지 않고도 기능을 추가하거나 변경할 수 있다.
• 특히, 상위 클래스에 새로운 메서드가 추가되더라도 하위 클래스의 동작에 영향을 주지 않는다.

상속을 지양하고 합성을 지향하라는 말은, 상속은 반드시 어떠한 특정한 관계 일 때만 사용하라고 엄격하게 제한하라는 말이며, 그 관계가 IS-A 관계 인 것이다.

3) 상속과 합성 비교

항목	상속 (Inheritance)	합성 (Composition)
의존성 해결	부모 클래스와 자식 클래스 사이의 의존성은 컴파일 타임에 해결됨	두 객체 사이의 의존성은 런타임에 해결됨
관계 유형	"is-a" 관계를 나타냄	"has-a" 관계를 나타냄
결합도	부모 클래스와 자식 클래스 간의 결합도가 높음	포함된 객체 또는 인터페이스에 의존하므로 결합도가 낮음
코드 재사용	자식 클래스가 부모 클래스의 구현을 재사용함	포함된 객체나 인터페이스에 작업을 위임하여 재사용함
유연성	클래스 간의 결합이 강해 유연성이 떨어짐	객체 간 결합이 약하고 유연성이 높음
수정 시 영향	부모 클래스의 수정이 자식 클래스에 영향을 줄 수 있음	내부적으로 수정하기 용이하며, 종속성도 적음

합성은 보통 더 유연하고 모듈화가 잘 되어 있으며, 상속은 잘못 사용하면 결합도가 높아져 예기치 않은 문제가 발생할 수 있다.

✔️ OOP적 관점에서 봤을 때도 상속보다는 컴포지션이 객체의 자율성을 인정하면서도 안정적이고, 캡슐화를 더 좋게 이용할 수 있는 것 같다.

4. 코틀린에서는 상속을 어떤식으로 해결해줬을까?

🍀 코틀린이란

JetBrains에서 개발한 프로그래밍 언어로, 주로 자바를 대체하거나 함께 사용할 수 있도록 설계되었다. 코틀린은 JVM(자바 가상 머신)에서 실행되며, 자바와 100% 호환되기 때문에 기존 자바 프로젝트에서 무리 없이 사용이 가능하다. 코틀린은 자바에서 불편한 점이나 한계점을 해결하는 데 중점을 두었으며, 자바보다 더 간결하고 안전한 코드를 작성할 수 있게 해준다.

코틀린의 널 안전성, 간결한 문법, 함수형 프로그래밍 지원, 스마트 캐스트, 위임, 코루틴 등의 기능은 자바보다 더 안전하고 효율적인 코드를 작성하는 데 큰 도움을 준다.

그렇기에 자바에서 상속 문제를 어느 정도 해결해줄 거라 생각해서 찾아보게 됨

🍀 코틀린의 자바에서 상속 문제 해결 방법

코틀린(Kotlin)에서도 자바와 마찬가지로 상속을 지원하지만, 상속에 따른 문제를 줄이기 위해 몇 가지 언어적 특성을 제공한다. 특히, 상속과 관련된 문제를 예방하거나 완화하기 위한 코틀린의 설계 철학은 자바보다 엄격하고 더 안전한 방향으로 나아가 있다. 이런 특징들이 자바에서 발생할 수 있는 상속 문제들을 일부 해결해준다.

1) 기본적으로 클래스가 final

• 코틀린에서는 모든 클래스가 기본적으로 final로 선언된다. 즉, 명시적으로 open 키워드를 사용하지 않는 한 클래스는 상속이 불가능하다.

  자바 예시:

  class Animal {
      public void makeSound() {
          System.out.println("Animal makes a sound");
      }
  }
  
  class Dog extends Animal {
      @Override
      public void makeSound() {
          System.out.println("Dog barks");
      }
  }

  코틀린 예시:

  open class Animal {
      open fun makeSound() {
          println("Animal makes a sound")
      }
  }
  
  class Dog : Animal() {
      override fun makeSound() {
          println("Dog barks")
      }
  }

  코틀린에서는 상속을 사용하고 싶으면 open 키워드를 명시적으로 선언해야 한다. 이는 상속의 남용을 줄이고, 불필요한 상속을 통한 문제를 방지하는 데 도움을 준다.

2) sealed 클래스

• 코틀린의 sealed 클래스는 상속을 제한하는 또 다른 방법이다. sealed 클래스는 같은 파일 내에서만 하위 클래스를 정의할 수 있게 제한하므로, 계층 구조를 명확히 정의하고 외부에서 임의로 확장하지 못하게 막는다.

  코틀린 예시:

  sealed class Animal {
      class Dog : Animal()
      class Cat : Animal()
  }

  이 방식은 클래스 계층이 제한적이고, 의도된 사용에 따라만 하위 클래스를 만들 수 있도록 설계되어 상속 문제를 방지하는 데 도움을 준다. 이를 통해 클래스 계층의 예측 가능성을 높이고, 의도하지 않은 확장을 막을 수 있다.

3) data 클래스

• data 클래스는 불변 객체를 쉽게 만들 수 있는 기능을 제공한다. 이는 상속보다 조합(Composition)을 사용하는 방향을 장려하며, 불필요한 상속 없이도 객체의 기능을 쉽게 관리할 수 있게 해준다.

  코틀린 예시:

  data class Person(val name: String, val age: Int)

data 클래스를 통해 불변 객체를 만들고, 상속 대신 조합을 사용해 객체 간의 관계를 설계하도록 유도할 수 있다. 이는 상속으로 인한 리스코프 치환 원칙(LSP) 위반 문제를 방지할 수 있는 좋은 대안이다.

4) 인터페이스와 default 메서드 문제 해결

• 코틀린은 자바 8 이후 등장한 인터페이스의 default 메서드와 유사한 기능을 제공한다. 하지만 코틀린에서는 인터페이스의 메서드 충돌 문제가 더 명확하게 처리되며, 메서드 구현이 명시적이므로 상속 구조에서 발생할 수 있는 혼란을 줄인다.

5) 코틀린의 by 키워드로 위임(Delegation)

• 코틀린에서는 상속을 사용하지 않고 위임(Delegation)을 통해 코드 재사용성을 높이는 기능을 제공한다. 이를 통해 상속 대신 객체의 기능을 다른 객체에 위임하는 방식으로 구조를 설계할 수 있다. 이 방식은 상속의 문제점인 리스코프 치환 원칙 위반을 피하는 데 도움을 준다.

  코틀린 예시:

  interface Sound {
      fun makeSound()
  }
  
  class Dog : Sound {
      override fun makeSound() {
          println("Dog barks")
      }
  }
  
  class Cat : Sound {
      override fun makeSound() {
          println("Cat meows")
      }
  }
  
  class Animal(sound: Sound) : Sound by sound

이래서 다들.. 코틀린 코틀린 하는 건가 싶음...

📎 참고 글

• 상속을 자제하고 합성을 이용하자
• 상속 대신 조합
• 이펙티브 자바