Variable Capture

dongbin_Shin·2022년 2월 16일

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Lambda Capturing

람다(Lambda)의 바디에서는 파라미터가 아닌 바디 외부에 있는 변수를 참조할 수 있다.
유사하게 로컬 클래스, 익명 클래스에서도 참조가 가능하다.

public class VariableCapture {
	private void run() {
    	// 로컬 클래스, 익명 클래스, 람다에서 이 변수를 참조하면 effective final로 변경
        int baseNumber = 10;
        
        // 람다
        IntConsumer lambda = (i) -> System.out.println(i + baseNumber); // i + 10
        
        // 로컬 클래스
        class LocalClass {
            void printBaseNumber() {
                System.out.println(baseNumber); // 10
            }
        }
        
        // 익명 클래스
        IntConsumer intConsumer = new IntConsumer() {
            @Override
            public void accept(int i) {
                System.out.println(i + baseNumber); // i + 10 
            }
        };
    }
}

람다 시그니처의 파라미터로 넘겨진 변수가 아닌 외부에서 정의된 변수를 자유 변수라고 한다.
또 람다 바디에서 자유 변수를 참조하는 것을 람다 캡쳐링(Lambda Capturing)이라고 한다.

Lambda Capturing의 제약 조건

지역 변수를 람다 캡쳐링 할 때 캡쳐링 당하는 자유 변수는 두 가지 제약 조건이 존제한다.

자유 변수는 final로 선언되어 있어야 한다. (java 8 이전)
final로 선언되지 않은 자유 변수는 final처럼 동작해야 한다. (effectively final)

위 코드에서 확인해보자.
람다에서 변수를 참조하는데 baseNumber에 final선언을 하지 않았기 때문에 baseNumber는 effectively final이다. 그렇기 때문에 baseNumber에 수정을 가하면 오류가 발생한다.

왜 final 또는 effectively final이어야 할까?

먼저 JVM의 메모리 구조를 살펴보자.
지역 변수는 JVM 영역 중 stack 영역에 생성된다. 그리고 쓰레드별로 이 stack영역이 별도로 생성된다. 즉, 지역 변수는 쓰레드끼리 공유가 안된다. 반면 인스턴스 변수는 힙 영역에 생성된다. 따라서 인스턴스 변수는 쓰레드끼리 공유가 가능하다.

람다는 별도의 쓰레드에서 실행이 가능하다. 따라서 지역 변수(자유 변수)가 있는 쓰레드가 사라졌을 때, 람다가 이 변수를 참조하고 있다면 오류가 날 것이다. 하지만 위에서 본 코드처럼 람다에서 자유 변수 참조가 가능하다.
어떻게 이럴 수 있을까?

variable capture

이는 람다 (또는 로컬 클래스, 익명 클래스)가 자유 변수를 참조할 때 직접 그 변수를 참조하는 것이 아니라 자유 변수를 자신의 stack에 복사하여 참조하기 때문이다. 이를 variable capture (또는 lambda capturing)라고 한다.

때문에 variable capture가 될 자유 변수는 수정이 불가하도록 final이거나 final처럼 동작해야 한다. 자바 8 이전에는 이런 이유로 final이 아닌 변수는 익명/로컬 클래스, 람다에서 참조를 하지 못했는데 자바 8 이후로 final을 붙이지 않아도 effectively final로 선언이 된다.