[Java] 24. 중첩 클래스, 내부 클래스(2)

 

중첩 클래스, 내부 클래스(2)

#Java

정리

이전 시간에 배운 내용

• 정적 중첩 클래스: 바깥 클래스와 밀접한 관련이 있지만, 인스턴스 간에 데이터 공유가 필요 없을 때 사용한다.
• 내부 클래스: 바깥 클래스의 인스턴스와 연결되어 있고, 바깥 클래스의 인스턴스 상태에 의존하거나 강하게 연관된 작업을 수행할 때 사용한다.

지역 클래스

• 내부 클래스의 특징을 가진다.
• 지역 변수에 접근할 수 있다. 접근하는 지역 변수는 final이거나 사실상 final이어야 한다.
• 주로 특정 메서드 내에서만 간단히 사용할 목적으로 사용한다.
• 지역 변수처럼 접근 제어자를 사용할 수 없다.
• 바깥 클래스의 인스턴스 변수에 접근할 수 있고, 자신의 env에 속한 지역 변수와 매개변수에 접근할 수 있다.
• 내부 클래스를 포함한 중첩 클래스들도 일반 클래스처럼 인터페이스를 구현하거나, 부모 클래스를 상속할 수 있다

public void process(int paramVar) {
        int localVar = 1;

        class LocalPrinter implements Printer {
            int value = 0;

            @Override
            public void print() {
                System.out.println("value=" + value);
                System.out.println("localVar=" + localVar);
                System.out.println("paramVar=" + paramVar);
                System.out.println("outInstanceVar=" + outInstanceVar);
            }
        }

        Printer printer = new LocalPrinter();
        printer.print();
    }

지역 변수 캡처1

변수의 생명 주기

• 클래스 변수: 프로그램 종료까지, 가장 길다(메서드 영역)
  • 클래스 변수(static 변수)는 메서드 영역에 존재하고, 자바가 클래스 정보를 읽어 들이는 순간부터 프로그램 종료까지 존재한다.
• 인스턴스 변수: 인스턴스의 생존 기간(힙 영역)
  • 인스턴스 변수는 본인이 소속된 인스턴스가 GC 되기 전까지 존재한다. 생존 주기가 긴 편이다.
• 지역 변수: 메서드 호출이 끝나면 사라짐(스택 영역)
  • 지역 변수는 스택 영역의 스택 프레임 안에 존재한다. 따라서 메서드가 호출되면 생성되고, 메서드 호출이 종료되면 스택 프레임이 제거되면서 그 안에 있는 지역 변수도 모두 제거된다. 생존 주기가 아주 짧다. 참고로 매개변수도 지역 변수의 한 종류이다.

package nested.local;

public class LocalOuterV3 {
    private int outInstanceVar = 3;

    public Printer process(int paramVar) {
        int localVar = 1; //지역 변수는 스택 프레임이 종료되는 순간 함께 제거된다.

        class LocalPrinter implements Printer {
            int value = 0;

            @Override
            public void print() {
                System.out.println("value=" + value);
                //인스턴스는 지역 변수보다 더 오래 살아남는다.
                System.out.println("localVar=" + localVar);
                System.out.println("paramVar=" + paramVar);
                System.out.println("outInstanceVar=" + outInstanceVar);
            }
        }

        Printer printer = new LocalPrinter();
        //printer.print()를 여기서 실행하지 않고 Printer 인스턴스만 반환한다.
        return printer;
    }

    public static void main(String[] args) {
        LocalOuterV3 localOuter = new LocalOuterV3();
        Printer printer = localOuter.process(2);
        //printer.print()를 나중에 실행한다. process()의 스택 프레임이 사라진 이후에 실행
        printer.print();
    }
}

LocalPrinter 인스턴스 생성 직후 메모리 그림

 

 

 

process 메서드가 종료되면, 스택 영역에서 process의 레코드(프레임)가 사라진다. 그런데 printer를 통해서 다시 스택 영역의 지역 변수에 접근하는게 이상한데? 근데 코드는 또 정상적으로 돌아가네?

지역 변수 캡처
자바는 이런 문제를 해결하기 위해 지역 클래스의 인스턴스를 생성하는 시점에 필요한 지역 변수를 복사해서 생성한 인스턴스에 함께 넣어둔다. 이런 과정을 변수 캡처(Capture)라 한다. 물론 모든 지역 변수를 캡처하는 것이 아니라 접근이 필요한 지역 변수만 캡처한다.

 

 

실행 결과

필드 확인
//인스턴스 변수
field = int nested.local.LocalOuterV3$1LocalPrinter.value
//캡처 변수. 코드 상 눈에 보이지는 않음. 자바가 내부에서 만듬.
field = final int nested.local.LocalOuterV3$1LocalPrinter.val$localVar
field = final int nested.local.LocalOuterV3$1LocalPrinter.val$paramVar
//바깥 클래스 참조하기 위해 존재하는 필드. 코드 상 눈에 보이지는 않음. 자바가 내부에서 만듬.
field = final.nested.local.LocalOuterV3.nested.local.LocalOuterV3$1LocalPrinter.this$0

어? 그런데 지역 변수 값이 바뀌면 캡처는 어떻게 될까요?

지역 클래스 - 지역 변수 캡처3

지역 클래스가 접근하는 지역 변수는 절대로 중간에 값이 변하면 안 된다.
따라서 final로 선언하거나 또는 사실상 final이어야 한다(값을 바꾸면 안 된다). 이것은 자바 문법이고 규칙이다. 값을 바꾸면 컴파일 오류가 발생한다.

만약 값이 바뀌게 되면 스택 영역에 존재하는 지역 변수의 값과 인스턴스에 캡처한 캡처 변수의 값이 서로 달라지는 문제가 발생한다. 이것을 동기화 문제라 한다.

용어 - 사실상 final

영어로 effectively final이라 한다. 사실상 final 지역 변수는 지역 변수에 final 키워드를 사용하지는 않았지만, 값을 변경하지 않는 지역 변수를 뜻한다. final 키워드를 넣지 않았을 뿐이지, 실제로는 final 키워드를 넣은 것처럼 중간에 값을 변경하지 않은 지역 변수이다.

캡처 변수의 값을 변경하지 못하는 이유

• 지역 변수의 값을 변경하면 인스턴스에 캡처한 변수의 값도 변경해야 한다.
• 반대로 인스턴스에 있는 캡처 변수의 값을 변경하면 해당 지역 변수의 값도 다시 변경해야 한다.
• 개발자 입장에서 보면 예상하지 못한 곳에서 값이 변경될 수 있다. 이는 디버깅을 어렵게 한다.
• 지역 변수의 값과 인스턴스에 있는 캡처 변수의 값을 서로 동기화해야 하는데, 멀티쓰레드 상황에서 이런 동기화는 매우 어렵고, 성능에 나쁜 영향을 줄 수 있다. 이 부분은 멀티쓰레드를 학습하면 이해할 수 있다.

익명 클래스

• 익명 클래스:
  • 지역 클래스인데, 이름이 없다.
  • 상위 타입을 상속 또는 구현하면서 바로 생성된다. 선언과 동시에 생성한다.
  • 주로 특정 상위 타입을 간단히 구현해서 일회성으로 사용할 때 유용하다.
  • 익명 클래스는 부모 클래스를 상속 받거나, 또는 인터페이스를 구현해야 한다. 익명 클래스를 사용할 때는 상위 클래스나 인터페이스가 필요하다.
  • 이름을 가지지 않으므로, 생성자를 가질 수 없다. (기본 생성자만 사용됨)
  • 익명 클래스는 AnonymousOuter$1과 같이 자바 내부에서 바깥 클래스 이름 + $ + 숫자로 정의된다. 익명 클래스가 여러 개면 $1, $2, $3으로 숫자가 증가하면서 구분된다.

지역 클래스의 선언과 생성

//선언
class LocalPrinter implements Printer{
    //body
}

//생성
Printer printer = new LocalPrinter();

익명 클래스를 사용하면 클래스의 이름을 생략하고, 클래스의 선언과 생성을 한번에 처리할 수 있다.

익명 클래스 - 지역 클래스의 선언과 생성을 한번에

Printer printer = new Printer(){
    //body
}

new Printer() {body}
익명 클래스는 클래스의 본문(body)을 정의하면서 동시에 생성한다.
new 다음에 바로 상속 받으면서 구현할 부모 타입을 입력하면 된다.
이 코드는 마치 인터페이스 Printer를 생성하는 것처럼 보인다. 하지만 자바에서 인터페이스를 생성하는 것을 불가능하다. 이 코드는 인터페이스를 생성하는 것이 아니라, Printer라는 이름의 인터페이스를 구현한 익명 클래스를 생성하는 것이다. {body} 부분에 Printer 인터페이스를 구현한 코드를 작성하면 된다. 이 부분이 바로 익명 클래스의 본문이 된다.
쉽게 이야기해서 Printer를 상속(구현)하면서 바로 생성하는 것이다.

익명 클래스의 장점
익명 클래스를 사용하면 클래스를 별도로 정의하지 않고도 인터페이스나 추상 클래스를 즉석에서 구현할 수 있어 코드가 더 간결해진다. 하지만, 복잡하거나 재사용이 필요한 경우에는 별도의 클래스를 정의하는 것이 좋다. (익명 클래스는 단 한 번만 인스턴스를 생성할 수 있다. 따라서 여러 번 생성이 필요하다면 익명 클래스를 사용할 수 없다)

익명 클래스를 활용한 리팩토링

• 변하는 부분을 메서드(함수) 내부에서 가지고 있는 것이 아니라, 외부에서 전달 받도록 하자
• 문자열 같은 데이터가 아니라 코드 조각을 전달해야 하는 경우
  • 코드 조각은 보통 메서드(함수)에 정의하는데, 메서드를 전달할 수는 없다.(java 8 이전)
  • 대신 인스턴스를 전달하고 인스턴스에 있는 메서드를 호출하자.
    • 이를 위해 인터페이스를 구현한 익명 클래스를 이용해보자.

리팩토링 - 람다

자바 8에 들어서면서 큰 변화가 있었는데 바로 메서드(더 정확히는 함수)를 인수로 전달할 수 있게 되었다. 이것을 간단히 람다(Lambda)라 한다.

//람다 사용
public class Ex1RefMainV5 {
    public static void hello(Process process) {
        System.out.println("프로그램 시작");
        //코드 조각 시작
        process.run();
        //코드 조각 종료
        System.out.println("프로그램 종료");
    }

    public static void main(String[] args) {
        hello(() -> {
            int randomValue = new Random().nextInt(6) + 1;
            System.out.println("주사위 = " + randomValue);
        });

        hello(() -> {
            for (int i = 1; i <= 3; i++) {
                System.out.println("i = " + i);
            }
        });
    }
}

코드를 보면 클래스나 인스턴스를 정의하지 않고, 메서드(더 정확히는 함수)의 코드 블럭을 직접 전달하는 것을 확실할 수 있다.

Ref) 김영한의 실전 자바 - 중급 1편