Immutable Object란
객체가 생성된 이후 객체 내의 데이터들이 변할 수 없는 객체를 의미합니다.
- 재할당은 가능하지만, 한 번 할당하면 내부 데이터를 변경할 수 없습니다.
- 자바에서는 대표적인 예로 String, Integer가 있습니다.
- 반대개념으로는 Mutable Object(가변 객체)로, 생성 후에도 데이터를 변경할 수 있습니다.
배경
대부분의 객체지향 언어에서 객체는 참조 형태로 전달하고 받습니다. 객체가 참조를 통해 공유된다면 어떤 장소에서 상태를 변경했을 때 모든 장소에서 영향을 받게됩니다. 이것이 의도한 동작이 아니라면 참조를 가지고 있는 다른 장소에 변경 사실을 통지하고 대처하는 추가 대응이 필요합니다.
mutable 객체를 immutable 객체로 사용하는 방법
모든 필드를 private, final 키워드로 선언하면 불변 객체를 생성할 수 있습니다.
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public class MutableObject {
private int value;
public MutableObject(int value) {
this.value = value;
}
public void setValue(int newValue) {
this.value = newValue;
}
public void getValue() {
return value;
}
}
위의 경우 setValue로 value값을 변경할 수 있기 때문에 가변 객체입니다.
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public class ImmutableObject {
private final int value;
public ImmutableObject(int value) {
this.value = value;
}
public void getValue() {
return value;
}
}
필드에 final 키워드를 사용했으므로 변수의 값을 변경하려고 하면 컴파일 에러가 발생합니다. 이렇듯 필드가 원시타입(Primitive Type)일 경우 private, final 키워드로 선언하면 값을 변경할 수 없기 때문에 불변 객체가 됩니다.
하지만 객체 내의 필드가 참조타입인 경우에는 추가적인 작업이 필요합니다.
참조타입인 경우
- 모든 클래스 변수를
private,final키워드로 선언한다.- 클래스를
final로 선언한다. (하위 클래스에서 overriding 하지 않기 위해)- 객체를 생성하기 위한 생성자 혹은 정적 팩토리를 추가한다. (정적 팩토리 : 객체 생성을 담당하는 클래스 메서드)
- 참조에 의해 변경가능성이 있는 경우 방어적 복사를 이용하여 전달한다.
위와 같은 4가지 규칙을 따를 경우 불변 객체를 만들 수 있습니다.
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public final class MutableObject {
private final int age;
private final String name;
private final List<String> list;
public MutableObject(int age, String name) {
this.age = age;
this.name = name;
this.list = new ArrayList<>();
}
public int getAge() {
return age;
}
public String getName() {
return name;
}
public List<String> getList() {
return list;
}
}
위에서 내부 생성자를 만드는 대신 객체의 생성을 위해 정적 팩토리 메소드를 제공하고 있습니다.
하지만 모든 클래스 변수를 private, final로 선언하여도 참조타입의 변수는 아래와 같이 수정 가능성이 있습니다.
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MutableObject mo = new MutableObject(26, "SoYeon");
mo.getList.add("mintChoco");
System.out.println(mo.getList().size()); // 1
이처럼 클래스 변수에 참조 타입이 있는 경우는
- 객체
- Array
- List
등이 있습니다.
1. 클래스 변수가 객체인 경우
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public class Person {
private final Age age;
public Person(final Age age) {
this.age = age;
}
public getAge() {
return age;
}
}
public class Age {
private int value;
public Age(final int value) {
this.value = value;
}
public setValue(final int value) {
this.value = value;
}
public getValue() {
return value;
}
}
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Age age = new Age(26);
Person person = new Person(age);
person.getAge().setValue(20);
이처럼 클래스 변수가 가변 객체일 경우 값을 변경할 수 있습니다.
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public class Person {
private final Age age;
public Person(final Age age) {
this.age = age;
}
public getAge() {
return age;
}
}
public class Age {
private final int value;
public Age(final int value) {
this.value = value;
}
public getValue() {
return value;
}
}
이처럼 클래스 변수를 불변 객체로 만들어 해결할 수 있습니다.
- 모든 클래스 변수 private, final 키워드로 선언
- setter를 구현하지 않는다.
2. 클래스 변수가 Array인 경우
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public class ArrayObject {
private final int[] array;
public ArrayObject(final int[] array) {
this.array = array;
}
public getArray() {
return array;
}
}
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ArrayObject ao = new ArrayObject(new int[]{1, 2, 3});
ao.getArray()[0] = 10; // [10, 2, 3]
배열을 그대로 참조하거나, 그대로 반환할 경우 이와 같이 외부에서 내부값을 변경시킬 수 있습니다.
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public class ArrayObject {
private final int[] array;
public ArrayObject(final int[] array) {
this.array = Arrays.copyOf(array, array.length);
}
public getArray() {
return (array == null) ? null : array.clone();
}
}
생성자에서 배열을 받아 copy해서 저장하도록 하고, getter에서는 clone하여 반환하도록 하면 외부에서 값을 변경시킬 수 없습니다.
만약 int 처럼 원시타입이 아닌 객체라면 해당 객체는 불변객체이어야 합니다.
3. 클래스 변수가 List인 경우
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public class ListObject {
private final List<Animal> animals;
public ListObject(final List<Animal> animals) {
this.animals = animals;
}
public List<Animal> getAnimals() {
return animals;
}
}
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List<Animal> animalList = new ArrayList<>();
animalList.add("토끼");
animalList.add("판다");
ListObject lo = new ListObject(animalList);
lo.getAnimals().set(0, "사자");
List를 그대로 참조하거나, 그대로 반환할 경우 이와 같이 외부에서 내부값을 변경시킬 수 있습니다.
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public class ListObject {
private final List<Animal> animals;
public ListObject(final List<Animal> animals) {
this.animals = new ArrayList<>(animals);
}
public List<Animal> getAnimals() {
return Collections.unmodifiableList(animals);
}
}
생성자에서는 새로운 list를 만들고 값을 복사해서 저장하도록 하고 getter에서는 Collection의 unmodifiableList() 를 사용합니다.
이 외에도 여러 라이브러리의 메소드들을 통해 immutable 객체를 만드는 방법이 있다.
Immutable Object의 장단점
장점
- 객체에 대해 보안성, 신뢰성이 높아집니다. 값을 함부로 못바꾸기 때문에 믿고 사용할 수 있습니다.
- 객체 전체를 방어적 복사(defensive copy)하는 등 추가적인 대응이 필요가 없어집니다.
- Thread safe합니다.
- 다른 스레드에 의해서 특정 스레드의 데이터가 변경될 우려 없이 데이터에 접근할 수 있습니다. 병렬 프로그래밍에 유용하고, 동기화를 고려하지 않아도 됩니다.
- GC 성능을 높여줍니다.
- 클래스가 살아있는 동안 final로 선언된 변수는 GC 스캔 대상에서 제외됩니다. 그렇기 때문에 GC의 스캔 범위 및 스캔 빈도수가 줄어들어서 GC의 성능을 높이는 결과를 가져옵니다. (만약 final로 선언하지 않아 가변 객체인 변수였을 경우 객체를 새로 세팅할 때마다 GC 스캔대상이 되므로 성능이 떨어지게 됩니다.)
단점
- 객체를 변경할 때마다 새로운 메모리를 할당해야히므로 메모리 누수가 발생하고, 이 때 추가적인 작업을 처리해야해서 성능 저하가 발생합니다.
결론
이처럼 불변 객체는 데이터에 대한 신뢰를 높일 수 있지만, 객체가 변경 가능한 데이터가 많은 경우에는 오히려 부적절한 경우가 있습니다. 이를 고려해서 가변과 불변 중 적절하게 선택해야합니다.