Generic Type

Mar 7, 2024

이왕이면 제네릭 타입으로 만들라

클라이언트에서 직접 형변환해야하는 것보단 형변한 없이 사용할 수 있도록 하는 것이 좋다.
이렇게 구현하기 위해선 제네릭 타입으로 만들어야 하는 경우가 많기 때문에 새로운 타입을 설계할 땐 제네릭 타입을 고려해보는 것이 좋다.

예제 코드

제네릭 타입 적용 전 코드

class Stack {
    private static final int DEFAULT_INITIAL_CAPACITY = 16;
    private Object[] elements;
    private int size = 0;

    public Stack() {
        elements = new Object[DEFAULT_INITIAL_CAPACITY];
    }

    public void push(Object e) {
        ensureCapacity();
        elements[size++] = e;
    }

    public Object pop() {
        if (size == 0) {
            throw new EmptyStackException();
        }
        Object result = elements[--size];
        elements[size] = null;
        return result;
    }

    public boolean isEmpty() {
        return size == 0;
    }

    private void ensureCapacity() {
        if (elements.length == size) {
            elements = Arrays.copyOf(elements, 2 * size + 1);
        }
    }
}

class Main {

    public static void main(String[] args) {
        Stack stack = new Stack();

        stack.push("Hello");
        stack.push("Ogu");

        while (!stack.isEmpty()) {
            System.out.println(stack.pop());
        }
    }
}

위와 같은 Stack 클래스가 있는 경우 제네릭을 적용하는 것이 좋다.
위처럼 제네릭 코드를 적용하더라도 기존에 사용하던 클라이언트 코드도 변경할 필요가 없다.(경고가 발생하지만 Raw Type으로 사용할 수는 있어 에러는 발생하지 않음)

제네릭 타입 적용 코드

class Stack<E> {
    private E[] elements;
    private int size = 0;
    private static final int DEFAULT_INITIAL_CAPACITY = 16;

    public Stack() {
        elements = (E[]) new Object[DEFAULT_INITIAL_CAPACITY]; // 경고 발생, Unchecked cast: 'java.lang.Object[]' to 'E[]'
    }

    public void push(E e) {
        ensureCapacity();
        elements[size++] = e;
    }

    public E pop() {
        if (size == 0) {
            throw new EmptyStackException();
        }
        E result = elements[--size];
        elements[size] = null;
        return result;
    }

    public boolean isEmpty() {
        return size == 0;
    }

    private void ensureCapacity() {
        if (elements.length == size) {
            elements = Arrays.copyOf(elements, 2 * size + 1);
        }
    }
}


class Main {

    public static void main(String[] args) {
        // 경고 발생, Raw use of parameterized class 'Stack'
        Stack stack = new Stack();

        stack.push("Hello");
        stack.push("Ogu");

        while (!stack.isEmpty()) {
            System.out.println(stack.pop());
        }
    }
}

클라이언트(Main) 코드의 경고도 발생하지만, 생성자에서 발생하는 비검사 경고를 제거하기 위해 @SuppressWarnings("unchecked") 어노테이션을 추가할 수 있다.

`@SuppressWarnings("unchecked")` 어노테이션 추가

생성자에 @SuppressWarnings("unchecked") 어노테이션 추가하는 방법과 필드의 elements를 Object 배열로 선언하는 방법이 있다.
두 방법에 정답이 있는 것은 아니며 장/단점이 있기 때문에 상황에 맞게 사용하면 된다.

생성자에 @SuppressWarnings("unchecked") 어노테이션 추가

class Stack<E> {

    // ...

    // 메서드에 적용
    @SuppressWarnings("unchecked")
    public Stack() {
        elements = (E[]) new Object[DEFAULT_INITIAL_CAPACITY];
    }

    // ...
}

컴파일러에선 타입 안전한지 증명할 수 없지만, 개발자는 타입 안전하다고 확신할 수 있을 때 사용하는 방법이다.
위 코드에서는 아래의 조건을 만족하기 때문에 타입 안전하다고 확신할 수 있다.

elements가 private 필드에 저장됨: 클라이언트에서 직접 접근 불가
클라이언트나 다른 메서드에 전달되는 일이 없음: elements 배열을 반환하지 않아 클라이언트가 데이터 구조에 접근할 수 없음
push 메서드에서 elements 배열에 저장되는 타입을 E로 지정: elements 배열에 데이터를 추가하는 유일한 메서드이며, elements 배열에 저장되는 원소의 타입이 E로 한정되어 있음

이 방법은 가독성이 더 좋으며, elements 배열 생성 시 한 번만 형변환을 하기 때문에 간편하다.
하지만 배열의 런타임 타입이 컴파일타임 타입과 달라지기 때문에(Generic Type Erasure) 힙 오염이 발생할 수 있다.(위 코드에선 발생하지 않음)

** 힙 오염(Heap Pollution): JVM 힙 메모리 영역에 오염이 된 상태, 제네릭에서의 힙 오염은 적용된 제네릭 타입과 다른 타입의 객체를 저장할 때 발생하는 것을 의미

필드의 elements를 Object 배열로 선언

class Stack<E> {
    private Object[] elements; // E -> Object 변경
    private int size = 0;
    private static final int DEFAULT_INITIAL_CAPACITY = 16;

    public Stack() {
        elements = new Object[DEFAULT_INITIAL_CAPACITY];
    }

    public void push(E e) {
        ensureCapacity();
        elements[size++] = e;
    }

    public E pop() {
        if (size == 0) {
            throw new EmptyStackException();
        }
        @SuppressWarnings("unchecked")      // 타입 안전성이 보장되지 않음을 알려주기 위해 추가
        E result = (E) elements[--size];    // Object 배열이기 때문에 형변환 추가
        elements[size] = null;
        return result;
    }

    public boolean isEmpty() {
        return size == 0;
    }

    private void ensureCapacity() {
        if (elements.length == size) {
            elements = Arrays.copyOf(elements, 2 * size + 1);
        }
    }
}

Object 타입으로 변환했기 때문에 pop()에서 형 변환이 필요한데, 이때도 @SuppressWarnings("unchecked") 어노테이션을 추가하여 경고를 숨길 수 있다.
이 경우에도 안전한 이유는 위와 동일하다.

이 방법은 형변환을 하는 부분이 많아 질 수 있어 가독성이 떨어지고, elements 배열 생성 시 매번 형변환을 해야하기 때문에 번거롭다.
하지만 그만큼 형 변환의 범위가 최소화되고 힙 오염의 위치도 최소화되기 때문에 힙 오염에 대해 더 안전하다.

제한이 필요한 제네릭

제네릭타입은 기본적으로 타입 매개변수에 아무런 제약을 두지 않기 때문에 모든 타입을 수용할 수 있다.
하지만 필요에 따라 특정 타입만 수용하도록 상황에는 제한을 두는 것이 좋다.

// Delayed 클래스의 하위 클래스만 수용하도록 제한을 두어 타입 안전성을 보장
public class DelayQueue<E extends Delayed> extends AbstractQueue<E>
        implements BlockingQueue<E> {
    // ...
}

Java