자바 제네릭

2021-02-23whiteship-live-study

whiteship/live-study 14주차 정리

목표
- 자바의 제네릭에 대해 학습하세요.
학습할 것 (필수)
- 제네릭 사용법
- 제네릭 주요 개념 (바운디드 타입, 와일드 카드)
- 제네릭 메소드 만들기
- Erasure

1. 제네릭 사용법

제네릭 기본 이해
- 제네릭은 자바 5 에서 추가된 기능으로, 클래스나 메소드에서 사용할 데이터 타입을 컴파일시에 미리 지정하는 방법이다.
- 제네릭을 사용하면 코드의 품질이나 가독성이 높아진다. 아래의 두 코드를 비교해 보면 제네릭을 사용하면 특별히 주석에 명시하지 않아도 데이터가 String 을 포함한다는 것을 바로 알 수 있지만 그다음 줄의 List 객체는 제네릭을 사용하지 않았기 때문에 선언만으로는 확인이 불가능하고 소스 코드 전체를 확인해 봐야 사용하는 데이터 유형을 알 수 있다.
```
List<String> nameList = new ArrayList<>();
List nameList = new ArrayList();
```
제네릭을 사용하면 얻을 수 있는 장점
- 사용하고자 하는 데이터 타입을 명확히 선언할 수 있다.
- 정확한 데이터를 사용했는지 여부를 컴파일하는 시점에 확인할 수 있다.
- 클래스 캐스트가 필요 없기 때문에 불필요한 소스 코드를 줄일 수 있다.
- 객체 선언 시 명확한 데이터를 지정할 수 있기 때문에 소스 코드의 가독성을 높일 수 있다.
제네릭 사용법
- 제네릭 타입은 <> 구문 안에 원하는 개수만큼 ’,’ 로 구분해서 기술하면 되는데 만일 클래스가 상속 관계에 있다면 상속 클래스에도 제네릭으로 선언할 수 있다.터
- ClassName 다음에 있는 ’<>’ 부분은 자바 언어 스펙에서의 공식 용어는 타입 파라미터(Type Parameter) 이다.
```
class ClassName<Type1, Type2, Type3 ... TypeN> { }
```
```
class ClassName<Type1, Type2, Type3 ... TypeN> extends SuperClass<Type1, Type2 ... TypeN> { }
```
제네릭 타입 파라미터 규칙
- 자바의 파일면은 제네릭을 제외하고 만든다. 예를 들어 코드가 MyList<A> 라면 파일명은 MyList.java 이다.
- 같은 패키지안에 클래스명은 같고 제네릭명은 다르게 선언할 수 없다. 즉, 제네릭은 어디까지나 보조적인 정보이지 클래스명을 결정하는 구성 요소는 아니다.
- 제네릭 표현식 안의 문자는 자바의 변수 선언과 동일하다. 숫자여서는 안되고 숫자로 시작해서도 안되며, 특수 문자 중 ’_‘를 제외하고 처음 시작 문자로 사용할 수 없고 유니코드 문자를 지원한다.
- 통상적으로 대문자 영문 한 글자를 쓰는 게 관례이다.
- 객체의 생성과 선언 시 타입 파라미터는 동일해야 한다. 예를 들어 MyList myList = new MyList(); 같은 형태의 선언은 컴파일 에러가 발생한다.
제네릭과 관련 타입 파라미터명에 대한 관습적인 정의
- E: Elements 를 뜻한다. 주로 컬렉션 프레임워크 같은 목록성 데이터를 관리하는 클래스의 제네릭 타입을 정의할 때 사용한다.
- K: Key 를 뜻한다. 이름과 값으루 구성된 데이터(예: HashTable, HashMap 등)를 관리하는 클래스에서 사용한다.
- V: Value 를 뜻한다. K 와 함께 조합해서 이름과 값으로 구성된 데이터를 관리하는 클래스에 사용한다. 주로 <K, V> 와 같은 형태로 정의한다.
- T: 타입을 뜻한다. 주로 VO 나 엔티티형 클래스에서 원하는 데이터 타입을 제네릭 형태로 선언하고 싶을 때 사용한다.
- N: Number 를 뜻한다.
- R: Return 을 뜻한다. 메서드의 리턴 타입을 지정하고 싶을 때 사용한다.

2. 제네릭 클래스/메소드 만들기

제네릭 클래스와 로우 타입
- 아래의 제네릭 적용전 코드에서 List list = new ArrayList() 라고 선언하였는데, List 인터페이스와 ArrayList 클래스는 제네릭으로 설계된 컬렉션 프레임워크의 핵심 기능중 하나이지만 제네릭 타입으로 선언하지 않았다. 이렇게 제네릭으로 설계된 클래스임에도 불구하고 제네릭을 사용하지 않고 선언한 객체를 로우 타입(Raw Type)이라고 한다.
- 로우 타입은 제네릭이 도입 되기 이전 코드와의 호환성을 위해 제공될 뿐이며, 런타임에 예외가 발생할 수 있기 때문에 사용하면 안된다.
- 제네릭 적용 전
```
public class CustomList {
  private final List list = new ArrayList();

  public void add(Object element) {
      list.add(element);
  }

  public Object get(int index) {
      return list.get(index);
  }
}
```
- 제네릭 적용
```
public class GenericCustomList<E> {

  private final List<E> list = new ArrayList<E>();

  public void add(E element) {
      list.add(element);
  }

  public E get(int index) {
      return list.get(index);
  }
}
```

멀티 타입 파라미터 클래스

public class GenericCustomMap<K, V> {

  private final Map<K, V> map = new HashMap<K, V>();

  public void put(K key, V value) {
      map.put(key, value);
  }

  public V get(K key) {
      return map.get(key);
  }
}

제네릭 메소드
- 제네렉 메소드 설계 시 고려해야 할점
  - 제네릭 메서드에서 선언한 타입의 범위는 메서드 내부로 제한된다.
  - 일반 메서드뿐만 아니라 정적 메서드에서도 제네릭을 사용할 수 있다.
  - 정적 메서드를 정의할 때 리턴 값을 기술하기 전에 반드시 제네릭 타입 파라미터를 먼저 선언해야 한다. 왜냐하면 제네릭에서 K 와 V 값은 객체를 생성하면서 결정하는데 정적 메서드는 객체화하지 않고 호출하는 메서드이기 때문이다.
  - 제네릭 메서드도 제네릭 클래스와 마찬가지로 호출할 때 제네릭 타입을 생략할 수 있다.
- 제네릭 메서드 만들기
```
public void put(K key, V value) {
  map.put(key, value);
}

public V get(K key) {
  return map.get(key);
}
```
- 스태틱 제네릭 메서드 만들기
```
public class GenericUtil {
  public static <K, V> Map<K, V> sorting(Map<K, V> map) {
      return map;
  }
}
```
```
Map<String, String> prop = new HashMap<String, String>();
// 스태틱 제네릭 메소드 호출 예제(호출할 때 타입은 생략 가능)
Map<String, String> sortedProp = GenericUtil.<String, String>sorting(prop);
```

3. Erasure

제네릭 타입을 사용한 자바 클래스

public class GenericErasureExample {

public static void main(String[] args) {
    List<String> myList = new ArrayList<String>();
    myList.add("Hello");
    myList.add("World");

    String hello = myList.get(0);
    String world = myList.get(1);

    System.out.println(hello + " " + world);
}
}

디컴파일 결과

public class GenericErasureExample {
public GenericErasureExample() {
}

public static void main(String[] args) {
    List<String> myList = new ArrayList();
    myList.add("Hello");
    myList.add("World");
    String hello = (String)myList.get(0);
    String world = (String)myList.get(1);
    System.out.println(hello + " " + world);
}
}

원래 작성한 자바 파일과 디컴파일한 코드를 잘 비교해 보면 제네릭 타입 선언 등의 내용이 삭제되고 변환된 것을 볼 수 있다. 이를 제네릭 삭제(Generic Erasure) 라고 한다.
자바 5에서 제네릭 삭제 개념이 적용된 것은 하위 버전 호환성 때문이다.

위의 코드의 다른 부분을 보면 다음과 같다.

List<String> myList = new ArrayList<String>(); // 코딩 내용
ArrayList myList = new ArrayList(); // 디컴파일 결과

변수명은 동일하지만 제네릭 타입 파라미터는 제거되었다. 타입 파라미터는 컴파일러에 의해 해석되는 부분이고 자바 가상 머신에서는 해석이 되지 않기 때문이다. 그래서 제네릭은 런타임에 체크하는 것이 아니라 컴파일 시에 정합성을 체크하게 된다.
위의 비교로 알 수 있는 제네릭 관련 원칙
- 제네릭은 컴파일 시에 해석되고 바이트 코드로 변환될 때는 제거된다. 즉, 자바 가상 머신은 제네릭을 고려하지 않고 실행되며 제네릭이 제거된 기본 클래스형으로만 처리한다.
- 클래스 선언 시 사용된 제네렉 타입은 제거되며 메서드에서 리턴 받을 때는 컴파일러에 의해 형 변환된 코드가 자동 추가 된다.
자바 가상 머신상에서 제네릭 코드를 제거하는 이유는 제네릭을 해석하기 위한 추가적인 자원 소모를 없애고 자바 가상 머신이 빠르게, 그리고 명확하게 동작하도록 하기 위해서다.

4. 제네릭 주요 개념 (바운디드 타입, 와일드 카드)

와일드 카드(Wildcard)
- 와일드카드란 카드 게임에서 유래된 용어로 카드 플레이어가 자기 맘대로 사용할 수 있는 만능 카드를 의미한다. 컴퓨터 용어에서는 이보다 좀 더 확장된 개념으로 사용하는데 주로 패턴을 정의할 때 많이 사용하며 ‘전체’ 의 의미로 쓰이거나 특정 문자에 따라 조건이 지정된다는 뜻으로 쓰인다.
- 주로 잘 알려진 와일드카드는 ’?’ 와 ’*’ 인데 제네릭에서는 ’?’ 만 와일드카드로 사용할 수 있다.
와일드카드에서 특정 타입으로 제한하는 것을 바운드 타입 파라미터라고 하며 두 가지 접근 방법을 선택 할 수 있다.
- 다음과 같이 엔티티 클래스의 상속 관계를 설계 했다고 하였을 때 각각 extends 와 super 를 이용하여 바운드 타입 파라미터를 지정 할 수있다.
- extends 를 이용한 제한
```
public class GenericBoundExample<T extends Vehicle> {
  private T vehicleType;

  public void setVehicleType(T vehicleType) {
      this.vehicleType = vehicleType;
  }

  public T getVehicleType() {
      return vehicleType;
  }
}
```
- super 를 이용한 제한
  - 지정한 클래스나 인터페이스의 상위 클래스 혹은 인터페이스를 허용하겠다는 것이다.
  - 위의 엔티티 클래스들의 상속 관계에서 타입을 Truck 으로 지정하였다면 사용할 수 있는 타입은 Truck, Vehicle 그리고 Object 클래스이다.
extends VS super
- 소프트웨어에 대한 요구 사항이나 환경, 개발자의 성향에 따라 달라질 수 있지만 일반적인 선택 기준은 다음과 같다.
  - 제네릭 메서드에서 입력 파라미터의 경우 extends 와일드카드를 이용하는 것이 좋다.
  - 제네릭 메서드에서 출력 파라미터의 경우 super 와일드카드를 이용하는 것이 좋다.
  - 입력은 데이터를 생성하는 주체이고 출력은 데이터를 소비하는 주체이다. 그래서 생성과 관련된 것은 extends, 소비와 관련된 것은 super 를 사용한다고 정의하기도 한다. —이펙티브 자바. 아이템 31- 한정적 와일드카드를 사용해 API 유연성을 높이라.—

5. 제네릭 제약 조건

제네릭의 타입은 자바의 기본형을 사용할 수 없다.
제네릭 코딩은 컴파일 시에만 사용된다.
제네릭 타입으로 정의한 배열은 생성할 수 없다.
- 변수 선언은 가능하지만 생성은 불가능하며 컴파일 에러가 발생한다.
제네릭의 타입 변수로 객체를 생성할 수 없다.
- 타입 변수로 많이 사용하는 T, K, V, E 등으로 클래스 내부에서 객체를 생성할 수 없다.
제네릭 타입 변수는 정적 필드 혹은 메서드에서 사용할 수 없다.
- 정적 필드의 경우 클래스가 로딩되면서 생성되고, 싱글턴 형태로 계속 메모리에 남아서 재사용되는데 이를 제네릭 타입으로 특정할 수 없기 때문이다.
제네릭 클래스를 catch 하거나 throw 할 수 없다. catch 절에서는 타입 변수가 아닌 예외 클래스를 직접 명시해야만 한다.

6. 다이아몬드 연산자

자바 7 부터 도입 되었으며, 객체 선언부에 <> 를 기술하면 변수 선언 시에 사용한 제네릭 타입이 그대로 적용된다.
```
Map<String, List<String>> myMap = new HashMap<>();
```
다이아몬드 연산자는 오직 객체를 생성하는 부분에서만 사용할 수 있다.
```
Map<> myMap = new HashMap<String, List<String>>(); // 컴파일 에러 발생
```
위의 코드에서 컴파일 에러가 발생하는 이유는 컴파일러가 제네릭의 타입을 추정할 때 변수에 선언해 놓은 파라미터를 바탕으로 추정하기 때문이다.
자바 10 부터는 변수를 선언 할 때 특정한 클래스를 지정하지 않고 타입 추론이 가능하도록 var 를 사용할 수 있으며, 다음과 같이 코드의 양을 줄일 수 있다.
```
var myMap = new HashMap<String, List<String>>();
```

참조

Practical 모던 자바 -인사이트-