item17: 변경 가능성을 최소화하라

핵심 정리

불변 클래스란 그 인스턴스 내부 값을 수정할 수 없는 클래스

생성~파괴까지 절대 달라지지 않음

String, 기본 타입의 박싱 클래스, BigInteger, BigDecimal 불변 클래스이다. 불변 클래스의 장점은 클래스보다 설계하고 구현 및 사용이 쉬움. 오류 가능성도 ⬇

 

클래스 불변을 만들기 위한 다섯가지 규칙

1. 객체 상태 변경하는 메서드 제공 ❌

2. 클래스 확장 할 수 없도록 함. -> 하위 클래스에서 나쁜의도로 객체 상태 변하게 만드는 사태 방지

3. 모든 필드를 final 선언 -> 스레드에도 안전함

4. 모든 필드를 private 선언 -> 가변 객체를 클라이언트가 직접 수정하는 일을 막아줌

️️5. 자신 외에는 내부의 가변 컴포넌트에 접근할 수 없도록 한다. => 가변 객체를 참조하는 필드가 하나라도 있다면 클라이언트에서 그 객체의 참조를 얻을 수 없도록 해야함. 참조 값을 가리키면 바꿀 수 있기 때문에 대참사

위에 경우 생성자, 접근자, readObject 메서드에서 방어적 복사를 수행하자

 

public final Class Complex{
    private final double re;
    private final double im;
    
    public Complex(double re, double im) {
        this.re = re;
        this.im = im;
    }
    
    public double realPart() { return re; }
    public double imaginaryPart() { return im; }

    public Complex plus(Complex c) {
        return new Complex(re + c.re, im + c.im);
    }
    
    public Complex minus(Complex c) {
        return new Complex(re - c.re, im - c.im);
    }
    
    public Complex time(Complex c) {
        return new Complex(re * c.re + im * c.im, re * c.im + im * c.re);
    }
    
    public Complex dividedBy(Complex c) {
        double tmp = c.re * c.re + c.im * c.im;
        return new Complex((re * c.re + im * c.im) / tmp, (im * c.re - re * c.im) / tmp);
    }
    
    @Override
    public boolean equals(Object o) {
        if(o == this) return true;
        if(!(o instanceof Complex)) return false;
        Complex c = (Complex) o;
        
        return Double.compare(c.re, re) == 0 && Double.compare(c.im, im) == 0;
    }
    
    @Override
    public int hashCode() {
        return 31 * Double.hashCode(re) + Double.hashCode(im);
    }
    
    @Override
    public String tostring() {
        return "(" + re + " + " + im + "i)";
    }
    
}

사칙연산 메서드(plus, minus, times, dividedBy) 정의
위에 처럼 인스턴스 자신 수정 x 새로운 Complex 인스턴스 만들어 반환
피연산자에 함수를 적용해 결과 반환, 피연산자 자체는 그대로인 프로그래밍 패턴을 함수형 프로그래밍
절차적 혹은 명령형 프로그래밍에서는 피연산자인 자신을 수정해 자신의 상태가 변하게 된다.

 

불변 객체는 근본적으로 스레드 안전하여 따로 동기화할 필요 없다

여러 스레드가 동시에 사용해도 절대 훼손되지 않는다.
이러한 점 덕분에 불변 객체는 안심하고 공유할 수 있다.

 

public static final Complex ZERO = new Complex(0,0);
public static final Complex ONE = new Complex(1, 0);
public static final Complex I = new Complex(0, 1);

불변 객체는 자주 사용되는 인스턴스를 캐싱하여 같은 인스턴스가 중복 생성하지 않게 정적 팩터리를 제공 할 수 있음.
위에 처럼 사용하면 메모리 사용량과 가비지 컬렉션 비용이 줄어든다.
불변 객체는 자유롭게 공유 할 수 있음은 물론, 불변 객체끼리는 내부 데이터를 공유할 수 있다.

 

객체를 만들 때 다른 불변 객체들을 구성요소로 사용하면 이점이 많다.

값이 바뀌지 않는 구성요소들로 이뤄진 객체라면 그 구조가 아무리 복잡하더라도 불변식을 유지하기 훨씬 수월
validation check 로직등 메소드로 따로 분리해서 사용할 수 있기 때문이라는 느낌 정확하지는 않음.

 

불변 객체는 그자체로 실패 원자성을 제공

절대로 변하지 않으니 잠깐이라도 불일치 상태에 빠질 가능성이 없다.

 

불변 클래스에도 단점은 있다. 값이 다르면 반드시 독립된 객체로 만들어야함 메모리를 많이 차지함. => BigInteger에서 비트하나만 바꿔도 백만 비트짜리 인스턴스를 생성해야 한다.

다단계연산들을 에측하여 기본기능으로 제공하는 방법 => 더 이상 각 단계마다 객체 새로 생성 할 필요 없음. BigInteger 모듈러 지수 같은 다단계 연산 속도를 높여주는 가변 동반 클래스 package-private

 

상속을 못하게 하는 가장 좋은 방법 생성자를 private

public class Complex {
    private final double re;
    private final double im;
    
    private Complex(double re, double im) {
        this.re = re;
        this.im = im;
    }
    
    public static Complex valueOf(double re, double im) {
        return new Complex(re, im);
    }
}

패키지 밖에서 본 위 클래스는 불변 객체 사실상 final

무조건 setter 사용 x 클래스는 꼭 필요한 경우가 아니라면 불변이어야함.

 

모든 클래스는 불변으로 만들 수 없지만 변경 할 수 있는 부분을 최대한 줄여서 코딩

 

합당한 이유가 없다면 모든 필드는 private final이어야 함.

생성자는 불변식 설정이 모두 완료된, 초기화가 완벽히 끝난 상태의 객체를 생성해야 한다.