아이템 24 - 멤버 클래스는 되도록 static으로 만들라

중첩 클래스란 다른 클래스 안에 정의된 클래스를 말한다. 중첩 클래스는 자신을 감싼 바깥 클래스에서만 쓰여야 하며, 그 외의 쓰임새가 있다면 톱레벨 클래스로 만들어야 한다. 중첩 클래스의 종류는 정적 멤버 클래스, (비정적) 멤버 클래스, 익명 클래스, 지역 클래스 이렇게 네 가지다. 이 중 첫번째를 제외한 나머지는 내부 클래스(inner class)에 해당한다. 이번 아이템에서는 각각의 중첩 클래스를 언제 그리고 왜 사용해야 하는지를 이야기한다.

정적 멤버 클래스

다른 클래스 안에 선언되고, 바깥 클래스의 private 멤버에도 접근할 수 있다는 점만 제외하고는 일반 클래스와 똑같다. 정적 멤버 클래스는 다른 정적 멤버와 똑같은 접근 규칙을 적용받는다. 예컨대 private으로 선언하면 바깥 클래스에서만 접근할 수 있는 식이다.

정적 멤버 클래스는 흔히 바깥 클래스와 함께 쓰일 때만 유용한 public 도우미 클래스로 쓰인다. 계산기가 지원하는 연산 종류를 정의하는 열거 타입을 예로 생각해보자. Operation 열거 타입은 Calculator 클래스의 public 정적 멤버 클래스가 되어야 한다. 그러면 Calculator의 클라이언트에서 Calculator.Operation.PLUS나 Calculator.Operation.MINUS 같은 형태로 원하는 연산을 참조할 수 있다.

정적 멤버 클래스와 비정적 멤버 클래스의 구문상 차이는 단지 static이 붙어있고 없고 뿐이지만, 의미상 차이는 의외로 꽤 크다. 비정적 멤버 클래스의 인스턴스는 바깥 클래스의 인스턴스와 암묵적으로 연결된다. 그래서 비정적 멤버 클래스의 인스턴스 메서드에서 정규화된 this를 사용해 바깥 인스턴스의 메서드를 호출하거나 바깥 인스턴스의 참조를 가져올 수 있다. 정규화된 this란 클래스명.this 형태로 바깥 클래스의 이름을 명시하는 용법을 말한다. 따라서 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.

비정적 멤버 클래스의 인스턴스와 바깥 인스턴스 사이의 관계는 멤버 클래스가 인스턴스화될 때 확립되며, 더 이상 변경할 수 없다. 이 관계는 바깥 클래스의 인스턴스 메서드에서 비정적 멤버 클래스의 생성자를 호출할 때 자동으로 만들어지는게 보통이지만, 드물게는 직접 바깥 인스턴스의 클래스.new Member Class(args) 를 호출해 수동으로 만들기도 한다. 예상할 수 있듯이 이 관계 정보는 비정적 멤버 클래스의 인스턴스 안에 만들어져 메모리 공간을 차지하며, 생성 시간도 더 걸린다.

비정적 멤버 클래스

비정적 멤버 클래스는 어댑터를 정의할 때 자주 쓰인다. 즉, 어떤 클래스의 인스턴스를 감싸 마치 다른 클래스의 인스턴스처럼 보이게하는 뷰로 사용되는 것이다. 예컨대 Map 인터페이스의 구현체들은 보통 (keySey, entrySet, values 메서드가 반환하는) 자신의 컬렉션 뷰를 구현할 때 비정적 멤버 클래스를 사용한다. 비슷하게, Set과 List 같은 다른 컬렉션 인터페이스 구현들도 자신의 반복자를 구현할 때 비정적 멤버 클래스를 주로 사용한다.

public class MyClass<E> extends Abstract<E> {
    ... // 생략

    @Override
    public Iterator<E> iterator() {
        return new MyIterator();
    }

    private class MyIterator implements Iterator<E> {
        ....
    }
}

멤버 클래스에서 바깥 인스턴스에 접근할 일이 없다면 무조건 static을 붙여서 정적 멤버 클래스로 만들자. static을 생략하면 바깥 인스턴스로의 숨은 외부 참조를 갖게된다. 앞서 얘기했듯이 이 참조를 저장하려면 시간과 공간이 소비된다. 더 심각한 문제는 가비지 컬렉션(GC)이 바깥 클래스의 인스턴스를 수거하지 못하는 메모리 누수가 생길 수 있다는 점이다. 참조가 눈에 보이지 않으니 문제의 원인을 찾기 어려워 때때로 심각한 상황을 초래하기도 한다.

private 정적 멤버 클래스는 흔히 바깥 클래스가 표현하는 객체의 한 부분을 타나낼 때 쓴다. 키와 값을 매핑시키는 Map 인스턴스를 생각해보자. 많은 Map 구현체는 각각의 키-값 쌍을 표현하는 엔트리(Entry) 객체들을 가지고 있다. 모든 엔트리가 맵과 연관되어 있지만 엔트리의 메서드들(getKey, getValue, setValue)은 맵을 직접 사용하지는 않는다. 따라서 엔트리를 비정적 멤버 클래스로 표현하는 것은 낭비고, private 정적 멤버 클래스가 가장 알맞다. 엔트리를 선언할 때 실수로 static을 빠드려도 맵은 여전히 동작하겠지만, 모든 엔트리가 바깥 맵으로의 참조를 갖게 되어 공간과 시간을 낭비할 것이다.

멤버 클래스가 공개된 클래스의 public이나 protected 멤버라면 정적이냐 아니냐는 두 배로 중요해진다. 멤버 클래스 역시 공개 API가 되니, 혹시라도 향후 릴리스에서 static을 붙이면 하위 호환성이 깨진다.

익명 클래스

익명 클래스는 당연히 이름이 없다. 또한 익명 클래스는 바깥 클래스의 멤버도 아니다. 멤버와 달리, 쓰이는 시점에 선언과 동시에 인스턴스가 만들어진다. 코드의 어디서든 만들 수 있다. 그리고 오직 비정적인 문맥에서 사용될 때만 바깥 클래스의 인스턴스를 참조할 수 있다. 정적 문맥에서라도 상수 변수 이외의 정적 멤버는 가질 수 없다. 즉, 상수 표현을 위해 초기화된 final 기본 타입과 문자열 필드만 가질 수 있다.

익명 클래스는 응용하는데 제약이 많은 편이다. 선언한 지점에서만 인스턴스를 만들 수 있고, instanceof 검사나 클래스의 이름이 필요한 작업은 수행할 수 없다. 여러 인터페이스를 구현할 수 없고, 인터페이스를 구현하는 동시에 다른 클래스를 상속할 수도 없다. 익명 클래스를 사용하는 클라이언트는 그 익명 클래스가 상위 타입에서 상속한 멤버 외에는 호출할 수 없다. 익명 클래스는 표현식 중간에 등장하므로 짧지 않으면 가독성이 떨어진다.

자바는 람다를 지원하기 전에는 즉석에서 작은 함수 객체나 처리 객체(process object)를 만드는데 익명 클래스를 주로 사용했다. 물론 이제는 람다에게 그 자리를 물려줬다. 익명 클래스의 또 다른 주 쓰임은 정적 팩토리 메서드를 구현할 때다.

지역 클래스

지역 클래스는 네 가지 중첩 클래스 중 가장 드물게 사용된다. 지역 클래스는 지역변수를 선언할 수 있는 곳이면 실질적으로 어디서든 선언할 수 있고, 유효 범위도 지역변수와 같다. 다른 세 중첩 클래스와의 공통점도 하나씩 가지고 있다. 멤버 클래스처럼 이름이 있고 반복해서 사용할 수도 있다. 익명 클래스처럼 비정적 문맥에서 사용될 때만 바깥 인스턴스를 참조할 수 있으며, 정적멤버는 가질 수 없으며, 가독성을 위해 짧게 작성해야 한다.