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item24. 멤버 클래스는 되도록 static으로 만들라

중첩 클래스(nested class)

  • 다른 클래스 안에 정의된 클래스
  • 자신을 감싼 바깥 클래스에서만 쓰여야 하며, 그 외 쓰임새가 존재하는 경우 톱레벨 클래스로 만들어야 한다.
  • 종류
    1. 정적 멤버 클래스
    2. (비정적) 멤버 클래스
    3. 익명 클래스
    4. 지역 클래스
  • 1을 제외한 나머지는 내부 클래스 inner class에 해당

멤버 클래스

  • 중첩 클래스를 메서드 밖에서도 사용해야 하거나, 메서드 안에 정의하기에 너무 길다면 멤버 클래스로 만든다.
  • 멤버 클래스의 인스턴스가 바깥 인스턴스를 참조한다면 비정적으로 만들고, 그렇지 않다면 정적으로 만든다.

정적 멤버 클래스

  • 다른 클래스 안에 선언되고, 바깥 클래스outer class의 private 멤버에도 접근할 수 있다는 점 외에는 일반 클래스와 같다.
  • 정적 멤버 클래스는 다른 정적 멤버와 똑같은 접근 규칙을 적용 받는다.
    • 예를 들어, private으로 선언하면, 바깥 클래스에서만 접근할 수 있다.
  • 바깥 클래스와 함께 쓰일 때 유용한 public 도우미 클래스로 쓰인다.

private 정적 멤버 클래스

  • 바깥 클래스가 표현하는 객체의 한 부분(구성요소)을 나타낼 때 쓴다.
    • 예를 들어, Map 구현체가 갖는 키-값 쌍을 표현하는 엔트리 객체들
    • 엔트리의 메서드들(getKey, getValue, setValue)이 직접 맵(바깥 클래스 인스턴스)을 사용하지 않는다.
      • 그러므로 이런 엔트리를 비정적 멤버 클래스로 표현하는 것은 낭비이며, private 정적 멤버 클래스가 가장 알맞다.

(비정적) 멤버 클래스

  • 비정적 멤버 클래스의 인스턴스는 바깥 클래스의 인스턴스와 암묵적으로 연결된다.
  • 비정적 멤버 클래스의 인스턴스 메서드에서 정규화된 this를 사용해 바깥 인스턴스의 메서드를 호출하거나 바깥 인스턴스의 참조를 가져올 수 있다.
    • 정규화된 this 란?
      • 클래스명.this 형태로 바깥 클래스의 이름을 명시하는 용법
  • 비정적 멤버 클래스의 인스턴스와 바깥 인스턴스 사이의 관계는 멤버 클래스가 인스턴스화될 때 확립되며, 더 이상 변경할 수 없다.
    • 보통 이 관계는 바깥 클래스의 인스턴스 메서드에서 비정적 멤버 클래스의 생성자를 호출할 때 자동으로 만들어진다.
    • 드물게는 직접 바깥 인스턴스의 클래스.new MemberClass(args) 와 같이 생성자를 호출해 수동으로 만들기도 한다.
    • 이러한 관계 정보는 비정적 멤버 클래스의 인스턴스 안에 만들어져 메모리 공간을 차지하며, 생성 시간도 더 걸린다.
  • 어댑터를 정의할 때 자주 활용된다.
    • 클래스의 인스턴스를 감싸 마치 다른 클래스의 인스턴스처럼 보이게 하는 뷰로 사용한다.
    • 예를 들어 Map 인터페이스의 구현체들은 보통 컬렉션 뷰(keySet, entrySet, values 메서드가 반환)를 구현할 때 비정적 멤버 클래스를 사용한다. 
      // 이하 HashMap 내부 구현 코드 중 일부
/**
* Returns a {@link Collection} view of the values contained in this map.
* The collection is backed by the map, so changes to the map are
* reflected in the collection, and vice-versa.  If the map is
* modified while an iteration over the collection is in progress
* (except through the iterator's own {@code remove} operation),
* the results of the iteration are undefined.  The collection
* supports element removal, which removes the corresponding
* mapping from the map, via the {@code Iterator.remove},
* {@code Collection.remove}, {@code removeAll},
* {@code retainAll} and {@code clear} operations.  It does not
* support the {@code add} or {@code addAll} operations.
*
* @return a view of the values contained in this map
*/
public Collection<V> values() {
    Collection<V> vs = values;
    if (vs == null) {
        vs = new Values();
        values = vs;
    }
    return vs;
}

final class Values extends AbstractCollection<V> {
    public final int size()                 { return size; }
    public final void clear()               { HashMap.this.clear(); }
    public final Iterator<V> iterator()     { return new ValueIterator(); }
    public final boolean contains(Object o) { return containsValue(o); }
    public final Spliterator<V> spliterator() {
        return new ValueSpliterator<>(HashMap.this, 0, -1, 0, 0);
    }

    public Object[] toArray() {
        return valuesToArray(new Object[size]);
    }

    public <T> T[] toArray(T[] a) {
        return valuesToArray(prepareArray(a));
    }

    public final void forEach(Consumer<? super V> action) {
        Node<K,V>[] tab;
        if (action == null)
            throw new NullPointerException();
        if (size > 0 && (tab = table) != null) {
            int mc = modCount;
            for (Node<K,V> e : tab) {
                for (; e != null; e = e.next)
                    action.accept(e.value);
            }
            if (modCount != mc)
                throw new ConcurrentModificationException();
        }
    }
}
    • Set 과 List 같은 다른 컬렉션 인터페이스 구현들도 자신의 반복자를 구현할 때, 비정적 멤버 클래스를 주로 사용한다. 
      // LinkedList 내부 반복자 클래스 구현 일부
private class ListItr implements ListIterator<E> {
    private Node<E> lastReturned;
    private Node<E> next;
    private int nextIndex;
    private int expectedModCount = modCount;

    ListItr(int index) {
        // assert isPositionIndex(index);
        next = (index == size) ? null : node(index);
        nextIndex = index;
    }
    //... 생략
}
  • 개념상 중첩 클래스의 인스턴스가 바깥 인스턴스와 독립적으로 존재할 수 있다면, 정적 멤버 클래스로 만들어야 한다.
    • 비정적 멤버 클래스는 바깥 인스턴스 없이는 생성할 수 없기 때문이다.

주의점

  • 멤버 클래스에서 바깥 인스턴스에 접근할 일이 없다면 무조건 static을 붙여서 정적 멤버 클래스로 만든다.
  • 바깥 인스턴스로의 숨은 외부 참조를 갖게 된다.
    • 참조를 저장하려면, 시간과 공간이 소비된다.
    • 더 심각한 문제로는 가비지 컬렉션이 바깥 클래스의 인스턴스를 수거하지 못하는 메모리 누수가 생길 수 있다는 점이다.(아이템 7)
    • 그리고 이러한 참조가 눈에 보이지 않으니 원인을 찾기 어렵게 된다.
  • 공개된 클래스의 public 이나 protected 멤버라면 정적이냐 아니냐는 두 배로 중요해진다.
    • 멤버 클래스 역시 공개 API가 되니, 향후 릴리스에서 static을 붙이면 하위 호환성이 깨진다.

그 외

  • 중첩 클래스가 한 메서드 안에서만 쓰이면서 그 인스턴스를 생성하는 지점이 단 한 곳이고 해당 타입으로 쓰기에 적합한 클래스나 인터페이스가 이미 있다면, 익명 클래스를 만들고 그렇지 않으면 지역 클래스로 만든다.

익명 클래스

  • 바깥 클래스의 멤버가 아니다.
    • 멤버와 달리, 쓰이는 시점에 선언가 동시에 인스턴스가 만들어진다. 즉 코드 어디서든 만들 수 있다.
  • 오직 비정적 문맥에서 사용될 때만 바깥 클래스의 인스턴스를 참조할 수 있다.
  • 정적 문맥에서도 상수 변수 이외의 정적 멤버는 가질 수 없다.
    • 즉, 상수 표현을 위해 초기화 된 final 기본 타입과 문자열 필드만 가질 수 있다.
  • 응용하는데 제약이 많다.
    • 선언한 지점에서만 인스턴스를 만들 수 있다.
    • instanceof 검사나 클래스의 이름이 필요한 작업은 수행할 수 없다.
    • 여러 인터페이스를 구현할 수도 없고, 인터페이스를 구현하는 동시에 다른 클래스를 상속할 수도 없다.
  • 익명 클래스를 사용하는 클라이언트는 그 익명 클래스가 상위 타입에서 상속한 멤버 외에는 호출할 수 없다.
  • 표현식 중간에 등장하므로, 10줄 이하로 짧게 작성해 가독성을 높이는 것을 권장한다.
  • 정적 팩터리 메서드를 구현할 때 익명 클래스를 활용한다.

람다

  • 즉석에서 작은 함수 객체나 처리 객체를 만드는 데 익명 클래스를 주로 사용했으나, 이제는 람다가 익명 클래스를 대체한다.

지역 클래스

  • 네 가지 중첩 클래스 중 가장 드물게 사용한다.
  • 지역 변수를 선언할 수 있는 곳이면 어디서든 선언할 수 있다.
  • 유효범위도 지역변수와 같다.

다른 중첩 클래스와의 공통점

  • 멤버 클래스
    • 이름이 있고, 반복 사용 가능하다.
  • 익명 클래스
    • 비정적 문맥에서 사용될 때만 바깥 인스턴스를 참조할 수 있다.
    • 정적 멤버는 가질 수 없으며 가독성을 위해 짧게 작성해야 한다.