[Effective-Java] Item 15. 클래스와 멤버의 접근 권한을 최소화하라

잘 설계된 컴포넌트는 모든 내부 구현을 완벽히 숨겨 구현과 API를 깔끔히 분리한다.

오직 API를 통해서만 다른 컴포넌트와 소통하며, 서로의 내부 동작방식에 전혀 개의치 않는다.

즉, 정보 은닉(캡슐화)이 잘 되있다는 것이다.

 

정보은닉의 장점

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1. 여러 컴포넌트를 병렬로 개발할 수 있기 때문에 시스템 개발 속도를 높인다.
2. 각 컴포넌트를 더 빨리 파악해 디버깅할 수 있고, 다른 컴포넌트로 교체 부담도 적기 때문에 시스템 관리 비용을 낮춘다.
3. 완성된 시스템을 프로파일링해 최적화할 컴포넌트를 정한 다음 다른 컴포넌트에 영향을 주지 않고 해당 컴포넌트만 최적화할 수 있기 때문에 정보 은닉 자체가 성능을 높여주진 않지만 성능 최적화에 도움을 준다.
4. 외부에 거의 의존치 않고 독자적으로 동작할 수 있는 컴포넌트라면 그 컴포넌트와 함께 개발되지 않은 낯선 환경에서도 유용하게 쓰일 가능성이 크기 때문에 소프트웨어 재사용성을 높인다.
5. 시스템 전체가 아직 완성되지 않은 상태에서도 개별 컴포넌트의 동작을 검증할 수 있기에 큰 시스템을 제작하는 난이도를 낮춰준다.

대부분은 시스템 구성 컴포넌트들을 서로 독립시켜 개발, 테스트, 최적화, 적용, 분석, 수정을 개별적으로 할 수 있게 해주는 것과 연관된다.

 

접근제한자

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정보은닉의 핵심은 접근 제한자(private,protected...)를 제대로 활용하는 것이다.

정보은닉의 기본 원칙은 모든 클래스와 멤버의 접근성을 가능한 한 좁혀야 한다는 것이다.

 

톱레벨 클래스와 인터페이스의 접근 제한자 

• package-private: 해당 패키지 내에서만 클래스 접근가능
• public: 공개 API

패키지 외부에서 쓸 이유가 없다면 package-private으로 선언하자.  API가 아닌 내부 구현이니 클라이언트에 아무런 피해 없이 다음 릴리즈에서 수정, 교체, 제거될 수 있다. public은 하위 호환을 위해 영원히 관리해야한다.

 

그리고 한 클래스에서만 사용하는 Package-private 톱레벨 클래스나, 인터페이스는 이 클래스 안에 private static으로 중첩시키자

이렇게 중첩시켰을 경우 바깥 클래스 하나에서만 접근할 수 있다. (아이템 24 참조)

 

멤버(필드, 메소드, 중첩 클래스, 중첩 인터페이스)의 접근 제한자

• private: 멤버를 선언한 톱레벨 클래스에서만 접근 가능
• package-private: 멤버가 소속된 패키지 안의 모든 클래스에서 접근 가능, 접근 제한자를 명시하지 않을 때 적용되는 기본 접근 수준(단, 인터페이스의 멤버는 기본 public)
• protected: package-private의 접근 범위를 포함해 이 멤버를 선언한 클래스의 하위 클래스에서도 접근할 수 있다(제약 따름)
• public: 모든 곳에서 접근할 수 있다.

멤버 관리

1. 공개 API를 설계 후, public 클래스로 지정하고 외의 모든 멤버는 private으로 만들자
2. 같은 패키지의 다른 클래스가 접근해야 하는 멤버에 한해 package-private으로 풀어주자.
3. 권한을 풀어주는 일을 자주 하게 된다면 시스템에서 컴포넌트를 더 분해야할 수도 있다.
4. Serializable을 구현한 클래스에서는 그 필드들도 의도치 않게 공개 API가 될 수도 있다.
5. protected 멤버의 수는 적을수록 좋다. public 클래스에서 멤버 접근 수준을 protected로 두면 공개 API이므로 영원히 지원돼야 하고 내부 동작 방식을 API 문서에 적어 사용자에게 공개해야할 수도 있다.

멤버 접근성 방해 제약

상위 클래스의 메소드를 재정의 할 땐 그 접근 수준을 상위 클래스에서보다 좁게 설정할 수 없다.

상위 클래스의 인스턴스는 하위 클래스의 인스턴스로 대체해 사용할 수 있어야 한다는 리스코프 치환 원칙을 지키기 위해 필요하다.

클래스가 인터페이스를 구현하는 건 이 규칙의 특별한 예고, 이 때 클래스는 인터페이스가 정의한 모든 메소드를 public으로 선언해야한다.

테스트의 접근제한자

테스트만을 위해 클래스, 인터페이스, 멤버를 공개 API로 만들어선 안되고, 이렇게 해야할 이유도 없다.

어차피 테스트 코드는 테스트 대상과 같은 패키지에 두면 package-private 요소에 접근할 수 있기 때문이다.

 

 

public 클래스의 인스턴스 필드를 public으로 두지 말자

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다음과 같은 단점이있다. 

 

1. 불변식을 보장할 수 없다.

- public 필드를 두면 이 필드와 관련된 모든 것은 불변식을 보장할 수 없게 된다.

2. 일반적으로 스레드 안전하지 않다.

- 필드가 수정될 때(Lock 획득같은) 다른 작업을 할 수 없기 때문이다. 언제 어디서든 직접접근이 가능하기때문이다.

3. public 필드를 없애는 방식으로 리팩토링할 수 없다.

- final이면서 불변 객체를 참조하더라도 내부 구현을 바꿀 수 없다.

 

이러한 문제는 정적 필드에서도 마찬가지나 예외가 하나 있다.

해당 클래스가 표현하는 추상개념을 완성하는데 꼭 필요한 구성요소로써의 상수라면 public static final 필드로 공개해도 좋다.

가변 객체를 참조한다면 final이 아닌 필드에 적용되는 모든 불이익이 그대로 적용된다.

다른 객체를 참조하지 못하지만 참조한 객체 자체는 수정될 수 있기 때문이다.

 

추상개념을 완성하는데 꼭 필요한 구성요소로써의 상수를 이해하기 위해

실제 자바 라이브러리에서 사용되는 public static final 필드를 봤을 때 다음과 같았다.

 

// Boolean Class -> TYPE을 호출하면 Boolean 클래스가 Primitive type으로 boolean을 사용하고 있다고 반환한다.
public static final Boolean TRUE = new Boolean(true);
public static final Boolean FALSE = new Boolean(false);
public static final Class<Boolean> TYPE = (Class<Boolean>) Class.getPrimitiveClass("boolean");

// Math Class
public static final double E = 2.7182818284590452354;
public static final double PI = 3.14159265358979323846;

// Integer Class
public static final int   MIN_VALUE = 0x80000000;
public static final int   MAX_VALUE = 0x7fffffff;
public static final Class<Integer>  TYPE = (Class<Integer>) Class.getPrimitiveClass("int");

//Thread Class
public static final int MIN_PRIORITY = 1;
public static final int NORM_PRIORITY = 5;
public static final int MAX_PRIORITY = 10;

 

Integer 클래스를 사용하면서 최대 최소값을 지정해야한다거나, javadoc을 보면서 할 수도 있지만

Integer.(MIN or MAX)_VALUE를 사용하면 클라이언트의 입장에서는 따로 상수를 걸 필요도 없고
Integer 클래스 자신의 상태를 표현하는, 자신의 추상적인 개념을 표현하기 위해 필요한 구성요소라고 봤다.

 

Math 클래스를 사용할 땐 다양한 공식들을 사용할거고, 내부의 E와 PI는 이 객체가 수학적인 것을 활용하는 클래스라는 것을
더 확실하게 명시가 가능하고 따로 선언할 필요 없이, 상수로써 사용할 수 있어 클래스의 취지와 맞아 보였다.

 

쓰레드 클래스에서는 사용자가 사용할 때 우선순위에 대해서 설정을 할 때 벗어나지 않게 가이드 역할을 해주는 것으로 봤다.

 

물론 private static final을 사용하여 메소드로 가져올 수도 있겠지만, 상수로 나타내는 것이 더 직관적이게 가져올 수 있고
API에 명백하게 드러나며 간결한 방법이라고 생각한다. 이는 아이템 3에서 public static final 필드 방식의 싱글톤의 장점이었고,
싱글톤을 이러한 방식으로 쓰지않게 변화한건 리플렉션 방어, 나아가 멀티쓰레드에서의 위험에서 벗어나기위해 계속 수정된 예시이다.

 

책에 나와있듯 불변 객체나 기본타입의 경우에는 이러한 단점도 없고 오히려 더 직관적으로 클래스의 추상개념을 완성한다.

즉, 클래스 본인의 역할에 대해서 코드레벨에서 알려줄 수 있다는 점이 추상적인 개념을 완성하는데 꼭 필요한 요소라고 생각되었다.

 

 

길이가 0이 아닌 배열은 모두 변경 가능하니 주의하자

클래스에서 public static final 배열 필드를 두거나 이 필드를 반환하는 접근자 메소드를 제공해선 안된다.

이런 필드나 접근자를 제공하면 클라이언트에서 배열의 내용을 수정할 수 있다.

 

// 보안 허점 존재
public static final Thing[] VALUES = { ... };

// 해결책 1 - 배열을 private으로 만들고 public 불변 리스트를 추가
private static final Thing[] PRIVATE_VALUES = { ... };
public static final List<Thing> VALUES = 
			Collections.unmodifiableList(Arrays.asList(PRIVATE_VALUES));
    
// 해결책 2 - 배열을 private으로 만들고 복사본을 반환하는 public 메소드를 추가(방어적 복사)
private static final Thing[] PRIVATE_VALUES = { ... };
public static final Thing[] values(){
	return PRIVATE_VALUES.clone();
}

 

 

모듈 시스템(자바9)

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패키지가 클래스들의 묶음이듯, 모듈은 패키지들의 묶음이다.

모듈은 자신에 속하는 패키지 중 공개(export)할 것들을 (관례상 module-info.java 파일에) 선언한다.

protected or public 멤버라도 해당 패키지를 공개하지 않았다면 모듈 외부에서는 접근할 수 없다.

물론 모듈 안에서는 export로 선언했는지 여부에 아무런 영향도 받지 않는다.

 

모듈 시스템을 활용하면 클래스를 외부에 공개하지 않으면서 같은 모듈을 이루는 패키지 사이에서 자유롭게 공유 가능하다.

모듈 시스템은 두 가지 암묵적 접근수준을 갖는데, 각각 public, protected 수준과 같으나 그 효과가 모듈 내부로 한정되는 변종인 것이다.

이런 형태로 공유하는 상황은 흔치 않고, 그런 상황이 있어도 패키지들 사이에서 클래스 재배치로 대부분 해결된다.

 

모듈의 JAR 파일을 자신의 모듈 경로가 아닌 애플리케이션의 classpath에 두면 모듈 안의 모든 패키지는 모듈이 없는 것처럼 행동한다.

모듈 공개 여부와 상관없이, public 클래스가 선언한 모든 public 혹은 protected 멤버를 모듈 밖에서도 접근할 수 있게된다.

JDK가 대표적 예로, 자바 라이브러리에서 공개하지 않은 패키지들은 해당 모듈 밖에서 절대 접근할 수 없다.

 

접근 보호방식 추가 외에도, 모듈의 장점을 제대로 사용하기 위해서는 패키지들을 모듈 단위로 묶고 모듈 선언에 패키지들의 모든 의존성을 명시해야 하며, 소스 트리 재배치, 모듈 안으로부터 일반 패키지로의 모든 접근에 특별 조치를 취해야한다.

 

 

 

* 위 글은 EffectiveJava 3/E 책 내용을 정리한 글로, 저작권 관련 문제가 있다면 댓글로 남겨주시면 즉각 삭제조치 하겠습니다.