아이템 20 - 추상 클래스보다는 인터페이스를 우선하라

자바가 제공하는 다중 구현 메커니즘은 인터페이스와 추상 클래스, 이렇게 두 가지다. 자바 8부터 인터페이스도 디폴트 메서드(default method)를 제공할 수 있게 되어, 이제는 두 메커니즘 모두 인스턴스 메서드를 구현 형태로 제공할 수 있다. 둘의 가장 큰 차이점은 추상 클래스가 정의한 타입을 구현하는 클래스는 반드시 추상 클래스의 하위 클래스가 되어야 한다는 점이다. 자바는 단일 상속만 지원하기 때문에, 추상 클래스 방식은 새로운 타입을 정의하는 데 커다란 제약을 안게되는 셈이다. 반면 인터페이스가 선언한 메서드를 모두 정의하고 그 일반 규약을 잘 지킨 클래스라면 다른 어떤 클래스를 상속했든 같은 타입으로 취급된다.

기존 클래스에도 손쉽게 새로운 인터페이스를 구현해넣을 수 있다. 인터페이스가 요구하는 메서드를 추가하고, 클래스 선언에 implements 구문만 추가하면 끝이다. 자바 플랫폼에서도 Comparable, Iterable, AutoCloseable 인터페이스가 새로 추가됐을 때 표준 라이브러리의 수많은 기존 클래스가 이 인터페이스들을 구현한 채 릴리스됐다. 반면 기존 클래스 위에 새로운 추상 클래스를 끼워넣기는 어려운게 일반적이다. 두 클래스가 같은 추상 클래스를 확장하길 원한다면, 그 추상 클래스는 계층구조상 두 클래스의 공통 조상이어야 한다. 안타깝게도 이 방식은 클래스 계층구조에 커다란 혼돈을 일으킨다. 새로 추가된 추상 클래스의 모든 자손이 이를 상속하게 되는 것이다(그렇게 하는 것이 적절하지 않은 경우에도 말이다).

인터페이스는 믹스인(mixin) 정의에 안성맞춤이다. 믹스인이란 클래스가 구현할 수 있는 타입으로, 믹스인을 구현한 클래스에 원래의 '주된 타입' 외에도 특정 선택적 행위를 제공한다고 선언하는 효과를 준다. 예컨대 Comparable은 자신을 구현한 클래스의 인스턴스들끼리는 순서를 정할 수 있다고 선언하는 믹스인 인터페이스다. 이처럼 대상 타입의 주된 기능에 선택적 기능을 '혼합(mixed in)'한다고 해서 믹스인이라 부른다. 추상 클래스로는 믹스인을 정의할 수 없다. 이유는 앞서와 같이, 기존 클래스에 덧씌울 수 없기 때문이다. 클래스는 두 부모를 섬길 수 없고, 클래스 계층구조에는 믹스인을 삽입하기에 합리적인 위치가 없기 때문이다.

인터페이스로는 계층구조가 없는 타입 프레임워크를 만들 수 있다. 타입을 계층적으로 정의하면 수많은 개념을 잘 표현할 수 있지만, 현실에는 계층을 엄격히 구분하기 어려운 개념도 있다.

예를 들어, Singer와 Songwriter 인터페이스가 있을 때, 작곡도 하는 가수인 SingerSongWriter는 두 인터페이스를 모두 구현해야 한다. 또는 Singer와 Songwriter를 모두를 확장하고 새로운 메서드까지 추가한 제3의 인터페이스를 정의할 수도 있다.

이 정도의 유연성이 항상 필요하지는 않지만, 이렇게 만들어둔 인터페이스가 결정적인 도움을 줄 수도 있다. 같은 구조를 클래스로 만들려면 가능한 조합 전부를 각각의 클래스로 정의한 고도비만 계층구조가 만들어질 것이다. 속성이 n개라면 지원해야 할 조합의 수는 2^n개나 된다. 흔히 조합 폭발(combinatorial explosion)이라 부르는 현상이다. 거대한 클래스 계층구조에는 공통 기능을 정의해놓은 타입이 없으니, 자칫 매개변수 타입만 다른 메서드들을 수없이 많이 가진 거대한 클래스를 낳을 수 있다.

래퍼 클래스 관용구와 함께 사용하면 인터페이스는 기능을 향상시키는 안전하고 강력한 수단이 된다. 타입을 추상 클래스로 정의해두면 그 타입에 기능을 추가하는 방법은 상속뿐이다. 상속해서 만든 클래스는 래퍼 클래스보다 활용도가 떨어지고 깨지기는 더 쉽다.

인터페이스의 메서드 중 구현 방법이 명백한 것이 있다면, 그 구현을 디폴트 메서드로 제공해 프로그래머들의 일감을 덜ㅇ어줄 수 있다. 이 기법의 예는 removeIf 메서드를 보면 된다. 디폴트 메서드를 제공할 때는 상속하려는 사람을 위한 @implSpec 자바독 태그를 붙여 문서화해야 한다.

디폴트 메서드에도 제약은 있다. 많은 인터페이스가 equals와 hashCode 같은 Object의 메서드를 정의하고 있지만, 이들은 디폴트 메서드로 제공해서는 안 된다. 또한 인터페이스는 인스턴스 필드를 가질 수 없고, public이 아닌 정적 멤버도 가질 수 없다(단, private 정적 메서드는 예외다). 마지막으로 우리가 멤버로 만들지 않은 ㅇ인터페이스에는 디폴트 메서드를 추가할 수 없다.

한편, 인터페이스와 추상 골격 구현(skeletal implementation) 클래스를 함께 제공하는 식으로 인터페이스와 추상 클래스의 장점을 모두 취하는 방법도 있다. 인터페이스로는 타입을 정의하고, 필요하면 디폴트 메서드 몇 개도 함께 제공한다. 그리고 골격 구현 클래스는 나머지 메서드들까지 구현한다. 이렇게 해두면 단순히 골격 구현을 확장하는 것만으로 이 인터페이스를 구현하는 데 필요한 일이 대부분 완료된다. 바로 템플릿 메서드 패턴이다.

관례상 인터페이스 이름이 Interface라면 그 골격 구현 클래스의 이름은 AbstractInterface로 짓는다. 좋은 예로, 컬렉션 프레임워크의 AbstractCollection, AbstractList, AbstractMap 각각이 바로 핵심 컬렉션 인터페이스의 골격 구현이다. 어쩌면 SkeletalCollection, SkeletalSet, SkeletalList, SkeletalMap 형태가 더 적절했을지도 모르지만, 이미 Abstract를 접두어로 쓰는 형태가 확고히 자리잡았다. 제대로 설계했다면 골격 구현은 그 인터페이스로 나름의 구현을 만들려는 프로그래머의 일을 상당히 덜어준다.

골격 구현 클래스의 아름다움은 추상 클래스처럼 구현을 도와주는 동시에, 추상 클래스로 타입을 정의할 때 따라오는 심각한 제약에서는 자유롭다는 점에 있다. 골격 구현을 확장하는 것으로 인터페이스 구현이 거의 끝나지만, 꼭 이렇게 해야 하는 것은 아니다. 구조상 골격 구현을 확장하지 못하는 처지라면 인터페이스를 직접 구현해야 한다. 이런 경우라도 인터페이스가 직접 제공하는 디폴트 메서드의 이점을 여전히 누릴 수 있다. 또한, 골격 구현 클래스를 우회적으로 이용할 수도 있다. 인터페이스를 구현한 클래스에서 해당 골격 구현을 확장한 private 내부 클래스를 정의하고, 각 메서드 호출을 내부 클래스의 인스턴스에 전달하는 것이다. 아이템 18에서 다룬 래퍼 클래스와 비슷한 이 방식을 시뮬레이트한 다중 상속(simulated multiple inheritance)이라 하며, 다중 상속의 많은 장점을 제공하는 동시에 단점은 피하게 해준다.

골격 구현 작성은 상대적으로 쉽다. 가장 먼저, 인터페이스를 잘 살펴 다른 메서드들의 구현에 사용되는 기반 메서드들을 선정한다. 이 기반 메서드들을 사용해 직접 구현할 수 있는 메서드를 모두 디폴트 메서드로 제공한다. 단, equlas와 hashCode 같은 Object 메서드는 디폴트 메서드로 제공하면 안 된다. 만약 인터페이스의 메서드 모두가 기반메서드와 디폴트 메서드가 된다면 골격 구현 클래스를 별도로 만들 이유는 없다. 기반 메서드나 디폴트 메서드로 만들지 못한 메서드가 남아 있다면, 이 인터페이스를 구현하는 골격 구현 클래스를 하나 만들어 남은 메서드들을 작성해 넣는다. 골격 구현 클래스에는 필요하면 public이 아닌 필드와 메서드를 추가해도 된다.

간단한 예로 Map.Entry 인터페이스를 살펴보자. getKey, getValue는 확실히 기반 메서드이며, 선택적으로 setValue도 포함할 수 있다. 이 인터페이스는 equals와 hashCode의 동작 방식도 정의해놨다. Object 메서드들은 디폴트 메서드로 제공해서는 안 되므로, 해당 메서드들은 모두 골격 구현 클래스에 구현한다. toString도 기반 메서드를 사용해 구현해놨다.

public abstract class AbstractMapEntry<K,V> implements Map.Entry<K,V> {

    // 변경 가능한 엔트리는 이 메서드를 반드시 재정의해야 한다. 
    @Override
    public V setValue(V value) {
        throw new UnsupportedOperationException();
    }

    // Map.Entry.equals의 일반 규약을 구현한다. 
    @Override
    public boolean equals(Object o) {
        if (o == this)
            return true;
        if (!(o instanceof Map.Entry))
            return false;
        Map.Entry<?,?> e = (Map.Entry) o;
        return Object.equals(e.getKey(), getKey())
            && Objects.equals(e.getValue(), getValue());
    }

    //Map.Entry.hashCode의 일반 규약을 구현한다. 
    @Override
    public int hashCode() {
        return Objects.hashCode(getKey())
            ^ Objects.hashCode(getValue());
    }

    @Override
    public String toString() {
        return getKey() + "=" + getValue();
    }
}

Map.Entry 인터페이스나 그 하위 인터페이스로는 이 골격 구현을 제공할 수 없다. 디폴트 메서드는 equals, hashCode, toString 같은 Object 메서드를 재정의 할 수 없기 떄문이다.

골격 구현은 기본적으로 상속해서 사용하는 걸 가정하므로 아이템 19에서 이야기한 설계 및 문서화 지침을 모두 따라야 한다. 인터페이스에 정의한 디폴트 메서드든 별도의 추상 클래스든, 골격 구현은 반드시 그 동작 방식을 잘 정리해 문서로 남겨야 한다.

단순 구현(simple implementation)은 골격 구현의 작은 변종으로, Abstract Map.SimpleEntry가 좋은 예다. 단순 구현도 골격 구현과 같이 상속을 위해 인터페이스를 구현한 것이지만, 추상 클래스가 아니란 점이 다르다. 쉽게 말해 동작하는 가장 단순한 구현이다. 이러한 단순 구현은 그대로 써도 되고 필요에 맞게 확장해도 된다.