[이팩티브자바] 아이템 04. 인스턴스화를 막으려면 private 생성자를 사용하라

💬 이팩티브자바 아이템 4을 읽고 정리한 글입니다.

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✔️ 유틸리티 클래스

인스턴스 메서드와 변수가 없이, 정적 메서드와 정적 변수만 제공하는 클래스를 의미한다. 

개인적인 의견이지만, 유틸리티 클래스는 객체지향적 관점에서 봤을 때 좋다고는 보기 힘들 것 같다.

 

자바에서 제공하는 유틸리티 클래스 중에 대표적인 것들을 몇 가지 살펴보자.

public class Arrays {
    private Arrays() {}
    ...
}

위 코드는 java.util에 존재하는 Arrays 클래스이다. 이 클래스는 배열을 조작하기 위해 정렬이나 검색 등을 할 수 있는 다양한 정적 메서드들을 제공한다. (대부분의 메서드는 오버로딩되어 있어서 실제로 하는 역할은 검색, 복사, 채우기, 정렬... 등등이 있다)

 

유틸리티 클래스로 사용되는 만큼, 인스턴스화를 막기 위해서 생성자를 private로 막은 것을 볼 수 있다.

왜냐하면, 자바는 기본적으로 기본 생성자를 만들어 주기 때문에 public으로 열어두면 의도치 않게 인스턴스화가 될 수 있기 때문이다.

또한, 내부에서 제공되는 메서드들은 모두 static 키워드가 붙어있는 정적 메서드이다!

 

public final class Math {

    private Math() {}
    ...
}

또한, 유명한 클래스 중에서 java.lang에 존재하는 Math 클래스도 볼 수 있다. 이 클래스는 숫자에 대한 연산을 조작하며, 마찬가지로 정적 클래스로 사용되기 때문에 인스턴스화를 막기 위해서 기본 생성자를 private로 막아두었다.

마찬가지로 내부에서 제공하는 메서드들에는 다 static 키워드가 붙어있는 정적 메서드이다.

 

자바 api에서 하는 것처럼 private로 생성자를 막는 방법이 아닌, 추상 클래스를 활용해서도 인스턴스화를 막을 수 있지 않을까?

public abstract class Sample {
    abstract void test();
}

위와 같은 추상 클래스가 있다고 생각해보자.

추상 클래스의 경우 추상 메서드가 정의되어 있기 때문에 인스턴스를 생성할 수 없다.

조금 더 정확하게 말하자면, 추상 클래스는 추상 메서드가 할 행위를 구현하지 않았기 때문에 불완전한 클래스이다. 그렇기 때문에 인스턴스화를 시킬 수 없으며, 인스턴스화를 위해서는 해당 추상 클래스를 상속받은 서브 클래스에서 구현체를 선언해야 한다.

public static void main(String[] args) {
    Sample sample = new Sample();
}

그래서 위와 같이 코드를 작성하려고 나면 컴파일 오류가 발생한다.

오류 메서드 역시 상당히 친절하다. abstract이기 때문에 인스턴스화를 시킬 수 없다고 나온다.

 

💡 한 가지 궁금한 점이 있다. 추상 클래스에 추상 메서드가 아예 없어도 인스턴스화가 되지 않을까?

public abstract class Sample {
}

실제로 이렇게 만든 다음에 인스턴스화를 시켰는데, 위랑 똑같은 오류가 발생한다.

애초에 추상 클래스로 선언이 되어 있는 이상, 서브 클래스에서 추상 클래스를 상속받아서 추가적인 기능을 덧붙이도록 만드는 게 목표이기 때문에 인스턴스화를 시키는 게 의미론적으로 맞지 않는 것이다. (서브를 통해서 구현이 되어서 인스턴스화가 되는 게 추상 클래스의 목적이라서)

public static void main(String[] args) {
    Sample sample = new Sample() {};
}

자바를 잘 모른다면 이것도 인스턴스화 한 거 아니야? 라고 생각할 수도 있다.

이 코드는 인스턴스화를 한 게 아니라, 익명 클래스를 활용하여 Sample 클래스를 상속받은 클래스의 인스턴스를 생성하는 것이다.

익명 클래스는 클래스를 상속하거나, 인터페이스를 구현하는 클래스를 생성할 수 있는 이름이 없는 클래스이다.

 

아무튼, 결과적으로 추상 클래스를 사용하면 인스턴스화를 막을 수 있다고 생각할 수 있다.

하지만, 위와 같이 추상 클래스를 상속받는 익명 클래스를 정의하거나, 별도의 서브 클래스를 정의하게 되면 하위 클래스에 대한 인스턴스화가 가능하게 된다.

// 서브 클래스를 활용한 예시
public class SubSample extends Sample{
}

Sample sample = new SubSample();

SubSample 클래스의 인스턴스를 생성하고, 해당 객체를 Sample 클래스의 참조 변수인 sample에게 대입하였다.

이러면 'sample'이라는 변수는 'Sample' 클래스를 참조하면서 SubSample 클래스의 인스턴스를 가리키게 된다.

 

결국 다른 개발자는 이를 보고 우리가 유틸리티 클래스로 정의했음에도 불구하고, 상속을 통해서 인스턴스화를 시킬 수도 있는 것이다! 

 

그래서 결과적으로 따져보았을 때, private 생성자를 생성하는 것이 가장 현명하다.

추가적으로 throw를 통해 예외를 던져서 클래스 내부에서도 인스턴스 생성을 막는 것이 가장 베스트이다.

public class Sample {
    private Sample() {
        throw new AssertionError();
    }
}

또한, 기본 생성자를 막았기 때문에 상속 역시 불가능하게 된다. 

public class SubSample extends Sample {
}

다음과 같이 오류가 발생하는 걸 볼 수 있다.

 

💡 여기서, 기본 생성자를 막았기 때문에 상속이 불가능한 것은 아니다. 

정확하게 말하면, 자바에서 상속을 하기 위해서는 '하위 클래스에서 상위 클래스의 생성자를 호출'할 수 있어야 한다.

보통 기본 생성자가 열려 있을 경우, 하위 클래스는 명시적으로 상위 클래스의 생성자를 호출할 필요가 없다. 컴파일러가 알아서 상위 클래스의 기본 생성자를 호출하는 코드를 생성해주기 때문이다.

이렇게 바이트코드를 보면 InvokeSpecial을 통해 Sample의 기본 생성자를 호출해주는 것을 볼 수 있다 ㅎㅎ

 

public class Sample {
    private Sample() {
        throw new AssertionError();
    }

    public Sample(int num) {
    }
}

아무튼, 다음과 같이 기본 생성자가 아닌 다른 시그니처를 가진 생성자가 있다면!

public class SubSample extends Sample {
    public SubSample(final int num) {
        super(num);
    }
}

이런 식으로 super를 통해 상위 클래스의 생성자를 호출할 수 있기 때문에 상속이 가능해진다.

 

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이번 장은 내용이 간결해서 금방 볼 수 있었다! 😎