[Effective Java] Item 33. 타입 안전 이종 컨테이너를 고려하라

 제네릭은 Set<E>, Map<K, V> 등의 컬렉션과 ThreadLocal<T>, AtomicReference<T> 등의 단일원소 컨테이너에도 흔히 쓰입니다. 이런 모든 쓰임에서 매개변수화되는 대상은 (원소가 아닌) 컨테이너 자신입니다. 따라서 하나의 컨테이너에서 매개변수화할 수 있는 타입의 수가 제한됩니다.

 

 이보다 유연한 수단이 필요하다면 타입 안전 이종 컨테이너를 이용하면 됩니다.

 

타입 안전 이종 컨테이너 패턴 (type safe heterogeneous container pattern)

 컨테이너에 값을 넣거나 뺄 때 매개변수화한 키를 함께 제공합니다. 즉, 각 타입의 Class 객체를 매개변수화한 키 역할로 사용하는 것입니다. class 리터럴의 타입은 Class가 아닌 Class<T>입니다. 예를 들어, String.class의 타입은 Class<String>이고 Integer.class의 타입은 Class<Integer>입니다.

 

 컴파일타임 타입 정보와 런타임 타입 정보를 알아내기 위해 메서드들이 주고받는 class 리터럴을 타입 토큰(type token)이라 합니다.

 

import java.util.HashMap;
import java.util.Map;
import java.util.Objects;

public class Favorites {
    private Map<Class<?>, Object> favorites = new HashMap<>();

    public <T> void putFavorite(Class<T> type, T instance) {
        favorites.put(Objects.requireNonNull(type), instance);
    }

    public <T> T getFavorite(Class<T> type) {
        return type.cast(favorites.get(type));
    }
}

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        Favorites f = new Favorites();

        f.putFavorite(String.class, "Java");
        f.putFavorite(Integer.class, 0xcafebabe);
        f.putFavorite(Class.class, Favorites.class);

        String favoriteString = f.getFavorite(String.class);
        int favoriteInteger = f.getFavorite(Integer.class);
        Class<?> favoriteClass = f.getFavorite(Class.class);

        System.out.printf("%s %x %s%n", favoriteString,
                favoriteInteger, favoriteClass.getName());
    }
}

 Favorites 인스턴스는 타입 안전합니다. String을 요청했는데 Integer를 반환하는 일은 절대 없습니다. 또한 모든 키의 타입이 제각각이라, 일반적인 맵과 달리 여러 가지 타입의 원소를 담을 수 있습니다.

 

 favorites의 타입은 Map<Class<?>, Object>로, 키가 와일드카드 타입입니다. 이는 모든 키가 서로 다른 매개변수화 타입일 수 있다는 뜻 입니다. 값의 타입은 Object이기 때문에 Class의 cast() 메서드를 사용해 해당 객체 참조를 Class 객체가 가리키는 타입으로 동적 형변환을 해야합니다.

 

  cast() 메서드의 시그니처를 보면 Class 클래스가 제네릭이라는 점을 활용하고 있습니다. 이를 통해 T로 비검사 형변환하는 손실 없이도 Favorites를 타입 안전하게 만들 수 있습니다.

public class Class<T> {
    T cast(Object obj);
}

 

타입 안전 이종 컨테이너의 제약

1. 악의적인 클라이언트가 Class 객체를 (제네릭이 아닌) 로 타입으로 넘기면 Favorites 인스턴스의 타입 안전성이 쉽게 깨집니다.

f.putFavorite((Class)Integer.class, "Integer의 인스턴스가 아닙니다");
int favoriteInteger = f.getFavorite(Integer.class);

 하지만 이렇게 짜여진 클라이언트 코드에서는 컴파일할 때 비검사 경고가 뜰 것입니다.

 

 HashSet과 HashMap 등의 일반 컬렉션 구현체에도 로타입을 사용하면 HashSet<Integer>에 String을 넣을 수 있다는 문제가 있습니다.

HashSet<Integer> set = new HashSet<>();
((HashSet)set).add("문자열입니다.");

 

 앞서 보았던 Favorites 객체가 타입 불변식을 어기는 일이 없도록 보장하려면 putFavorite() 메서드에서 인수루 주어진 instance의 타입이 type으로 명시한 타입과 같은지 확인하면 됩니다. 다음 코드와 같이 동적 형변환을 사용하면 됩니다.

    public <T> void putFavorite(Class<T> type, T instance) {
        favorites.put(Objects.requireNonNull(type), type.cast(instance));
    }

 

2. 타입 안전 이종 컨테이너는 실체화 불가 타입에는 사용할 수 없습니다. 즉, String이나 String[]은 사용할 수 있지만 List<String>은 실체화 불가 타입이므로 사용할 수 없습니다.

 

 List<String>과 List<Integer>는 List.class라는 같은 Class 객체를 공유합니다.

 

한정적 타입 토큰

 Favorites가 사용하는 타입 토큰은 비한정적입니다. 때로는 이 메서드들이 허용하는 타입을 제한하고 싶을 수도 있는데, 한정적 타입 토큰을 활용하면 됩니다.

 

 한정적 타입 토큰이란 단순히 한정적 타입 매개변수나 한정적 와일드카드를 사용하여 표현 가능한 타입을 제한하는 타입 토큰입니다.

 

 애너테이션 API는 한정적 타입 토큰을 적극적으로 사용합니다. 예를 들어 다음은 AnnotatedElement 인터페이스에 선언된 메서드로, 대상 요소에 달려 있는 애너테이션을 런타임에 읽어 오는 기능을 합니다. 이 메서드는 리플렉션의 대상이 되는 타입들, 즉 클래스(java.lang.Class<T>), 메서드(java.lang.reflect.Method), 필드(java.lang.reflect.Field) 같이 프로그램 요소를 표현하는 타입들에서 구현합니다.

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

 annotationType 인수는 애너테이션 타입을 뜻하는 한정적 타입 토큰입니다. 위 메서드는 토큰으로 명시한 타입의 애너테이션이 대상 요소에 달려 있다면 그 애너테이션을 반환하고, 없다면 null을 반환합니다. 즉, 애너테이션된 요소는 그 키가 애너테이션 타입인, 타입 안전 이종 컨테이너인 것입니다.

 

import java.lang.annotation.*;

@Retention(RetentionPolicy.RUNTIME)
@Target(ElementType.FIELD)
public @interface FooAnnotation {
    String test();
}

public class Foo {

    @FooAnnotation(test = "StringTest")
    private String value;

    public Foo(String value) {
        this.value = value;
    }

}

import java.lang.annotation.Annotation;
import java.lang.reflect.Field;

public class AnnotationExam {
    public static void main(String[] args) throws NoSuchFieldException {
        Field field = Foo.class.getDeclaredField("value");

        Class<?> annotationType = null;
        try {
            annotationType = Class.forName("effective_java.item_33.FooAnnotation");
        } catch (ClassNotFoundException e) {
            throw new IllegalArgumentException();
        }

        Annotation annotation = field.getAnnotation(
                annotationType.asSubclass(Annotation.class));
        System.out.println(annotation.toString());
    }
}

 Class<?> 타입의 객체가 있고, 이를 한정적 타입 토큰을 받는 메서드에 넘기기 위해서는 객체를 Class<? extends Annotation>으로 형변환할 수도 있지만, 이 형변환은 비검사이므로 컴파일 경고가 발생할 것입니다.

 

 Class 클래스는 이런 형변환을 안전하게 (그리고 동적으로) 수행해주는 인스턴스 메서드를 제공합니다. 바로 asSubclass() 메서드로, 호출된 인스턴스 자신의 Class 객체를 인수가 명시한 클래스로 형변환합니다. 형변환된다는 것은 이 클래스가 인수로 명시한 클래스의 하위 클래스라는 뜻입니다. 형변환에 성공하면 인수로 받은 클래스 객체를 반환하고, 실패하면 ClassCastException을 던집니다.

 

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참고자료

www.kyobobook.co.kr/product/detailViewKor.laf?ejkGb=KOR&mallGb=KOR&barcode=9788966262281&orderClick=LEa&Kc=

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