[Effective JAVA] 33 "타입 안전 이종 컨테이너를 고려하라"

ITEM 33 "타입 안전 이종 컨테이너를 고려하라"

이 Item 을 확인하기 전에 꼭 아래 글을 보고 오는 것을 추천한다. 갑자기 타입 안전 이종 컨테이너 이야기가 나오는데, 왜 사용해야 되는지, 어떤 방식으로 구현되어 있는지 책에는 자세하게 나와있지 않아 직접 서치하고 정리했다.

 

[JAVA] 타입 토큰과 슈퍼 타입 토큰이란? :: 골드에그 (tistory.com)

[JAVA] 타입 토큰과 슈퍼 타입 토큰이란?

 

위 글에서는 자바 제네릭의 한계 때문에 런타임 시 타입을 확인하기 위해 타입 토큰을 사용하여 타입 안전 이종 컨테이너(THC Pattern(Typesafe Heterogenous Container Pattern)) 를 활용한다고 하지만, 책에서는 제네릭 확장 개념으로 설명하고 있다. Set<E>, Map<K, E> 처럼 제네릭은 매개변수를 한 개나 두 개 정도 밖에 사용을 못 하는데 더 확장하여 사용하고 싶지 않냐는 식이었다. 사실 취지가 마음에 와닿지는 않았다.

 

그래도 개념은 동일하다. 타입 안전 이종 컨테이너(THC Pattern(Typesafe Heterogenous Container Pattern))는 컨테이너 대신 키를 매개변수화한 다음, 컨테이너에 값을 꺼내거나 뺄 때 매개변수화한 키를 활용한다는 것이다.

 

// 선언부
public class SimpleTypeSafeMap {
	private Map<Class<?>, Object> map = new HashMap<>();
    public <T> void put(Class<T> k, T v) {
    	map.put(Objects.requireNonNull(k), v);
    }
    public <T> T get(Class<T> clazz) {
    	return clazz.cast(map.get(clazz));
    }
}

// 사용부
simpleTypeSafeMap.put(String.class, "테스트");
simpleTypeSafeMap.put(Integer.class, 1);

String string1 = simpleTypeSafeMap.get(String.class);
Integer integer1 = simpleTypeSafeMap.get(Integer.class);

 

위 글 예제와 같다. HashMap Key 에 타입 토큰을 지정하여 값을 로드하고 저장하면 된다.

 

여기서 중요한 점은 키가 Class<?> 이라서 비한정적 와일드 카드이기 때문에 Map 안에 아무것도 못 넣을 수 있다고 생각할 수 있지만(타입을 체크하지 못하므로), 컨테이너 입장에서는 중첩되어 있기 때문에 Key 만 와일드카드 타입이기 때문에 모든 키가 가능하다. 또 맵의 값 타입이 Object 이기 때문에 이 맵은 키와 값 사이의 타입 관계를 보증하지 않는다. 하지만 메서드들에서 타입을 가져와 동적 캐스팅해 로드하고 타입을 키로 지정해 저장하기 때문에 상관없다. Map 자체로는 안전하지 않지만, 메서드들에서 이를 보장한다.

 

안전해보이지만, 아직 두 가지 제약이 존재한다.

첫 번째 제약은 클라이언트가 아래와 같이 Generic 타입이 아닌 Raw 타입을 전달하면 타입 안전성이 깨지게 된다. HashSet 이나 HashMap 같은 일반 컬렉션에 Raw 타입을 사용하는 것처럼 말이다.

 

map.put((Class)Integer.class, "hello");
int testInteger = map.get(Integer.class);

// 닮은 꼴 예제
HashSet<Integer> set = new HashSet<>();
((HashSet)set).add("hello");

 

단순히 cast 메서드는 Class 객체가 알려주는 타입의 인스턴스인지를 검사한 다음, 맞다면 그대로 반환하고 아니면 ClassCastException 예외를 던지기 때문이다. get 메서드에서는 cast 메서드로 맞는 타입인지 점검하는 반면에 put 메서드에서는 점검하지 않으므로 생기는 문제이다. 컴파일 타임 때 모두 점검하기 위해서 아래와 같이 코드를 수정하자.

 

    public <T> void put(Class<T> k, T v) {
    	map.put(Objects.requireNonNull(k), type.cast(v));
    }

 

type.cast 로 명시한 타입과 같은지 체크한다. 그냥 동적 형변환을 사용하면 된다. java.util.Collections 의 checkedSet, checkedList, checkedMap 과 같은 메서드들이 위와 같은 구조를 사용한다고 한다.

 

두 번째 제약은 제네릭(실체화 불가 타입)은 사용할 수 없다. 위 글에서 소개한 것처럼 제네릭에 대한 타입 토큰이나 클래스 리터럴이 준비되어 있지 않기 때문이다. 예를 들어 List<String>와 List<Integer> 는 List.class 클래스 객체를 공유하므로 타입 안전성이 깨지게 된다. 위 글에서 소개한 것처럼 슈퍼 타입 토큰 방식으로 처리해야 한다.

 

현재는 어떤 Class 객체든 받아들이는데 간혹 메서드들이 허용하는 타입을 제한하고 싶을 때가 있다. 그 때 한정적 타입 매개변수나 한정적 와일드카드를 사용하면 된다. 특히 애너테이션 API 가 한정적 타입 토큰을 적극적으로 사용한다.

 

public <T extends Annotation> T getAnnotation(Class<T> annotationType);

 

이 getAnnotation 메서드는 대상 요소에 달려있는 애너테이션을 런타임 때 읽어오는 기능을 한다. 토큰으로 명시한 타입의 애너테이션이 대상 요소에 달려 있다면 그 애너테이션을 반환하고 없다면 null 을 반환한다. THC 컨테이너다. (annotationType 인수가 한정적 타입 토큰으로 선언되어 있는 것을 볼 수 있다.)

 

만약 Class<?> 타입의 객체가 있고, 이를 getAnnotation 처럼 한정적 타입 토큰을 받는 메서드에 넘기려면 어떻게 해야 할까? Class<? extends Annotation> 은 비검사 형변환이므로 컴파일 경고가 떠서 안 되고, asSubclass 메서드로 동적 형변환 해야한다. 인자로 받은 클래스 객체로 형변환해준다. 컴파일 시점에는 알 수 없으나 런타임 때 읽어낼 수 있는 메서드이다.

 

 

"일반적인 제네릭은 한 컨테이너가 다룰 수 있는 타입 매개변수의 수가 고정되어 있다.

하지만 컨테이너 자체가 아닌 키를 타입 매개변수로 바꾸면 이런 제약이 없는 THC 컨테이너를 만들 수 있다."