1장 - 코틀린이란 무엇이며, 왜 필요한가?

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코틀린(Kotlin)은 무엇인가? 코틀린은 자바 플랫폼에서도 돌아가는 새로운 프로그래밍 언어다.
코틀린은 간결하고 실용적이며, 자바 코드와의 상호운용성을 중시한다. 현재 자바를 사용 중인 곳이라면 거의 대부분 코틀린을 활용할 수 있다.
코틀린을 사용하는 대표적인 분야는 서버 개발, 안드로이드 앱 개발 등의 분야에서 사용한다.
코틀린은 기존 자바 라이브러리나 프레임워크와 함께 잘 작동하며, 성능도 자바와 같은 수준이다.

코틀린 맛보기

data class Person(val name: String, val age: Int? = null) // 데이터 클래스, 널이 될 수 있는 타입(Int?)과 파라미터 디폴트 값 

fun main(args: Array<String>) {
    val persons = listOf(Person("영화"), Person("철수", age = 29)) // 이름 붙인 파라미터 
    val oldest = persons.maxBy { it.age ?: 0 } // 람다 식과 엘비스 연산자 
    println("나이가 가장 많은 사람: $oldest") // 문자열 템플릿 
}

// 결과: 나이가 가장 많은 사람: Person(name=철수, age=29)

영희의 나이는 지정하지 않았기 때문에 null이 대신 쓰인다. 리스트에서 가장 나이가 많은 사람을 찾기 위해 maxBy 함수에 전달한 람다 식은 파라미터를 하나 받는다. it이라는 이름을 사용하면 (별도의 파라미터 이름을 정의하지 않아도) 람다 식의 유일한 인자를 사용할 수 있다. 엘비스 연산자(Elvis operator)라고 부르는 ?:는 age가 null인 경우 0을 반환하고 그렇지 않은 경우 age의 값을 반환한다. (오해를 살 수 있을 것 같은데, 위의 코드가 그렇다는 것이다) 영희의 나이를 지정하지 않았지만 엘비스 연산자가 null을 0으로 변환해주기 때문에 철수가 가장 나이가 많은 사람으로 선정될 수 있다.

코틀린의 주요 특성

코틀린을 통해 어떤 종류의 애플리케이션을 만들 수 있는지 살펴보자.

대상 플랫폼: 서버, 안드로이드 등 자바가 실행되는 모든 곳

코틀린의 주목적은 현재 자바가 사용되고 있는 모든 용도에 적합하면서도 더 간결하고 생산적이며 안전한 대체 언어를 제공하는 것이다. 자바는 아주 유명하며, 스마트카드(자바 카드 기술)로부터 구글, 트위터, 링크드인 등 세계적인 규모의 인터넷 기업이 활용 중인 큰 데이터 센터에 이르기까지 다양한 환경에서 사용되고 있다. 그런 환경 중 대다수는 코틀린을 도입하면 더 적은 코드로 더 편하게 프로그래머의 목표를 달성할 수 있을 것이다.

코틀린을 활용할 수 있는 가장 일반적인 영역은 다음과 같다.

서버상의 코드(특히 웹 애플리케이션의 백엔드)
안드로이드 디바이스에서 실행되는 모바일 애플리케이션

하지만 코틀린은 다른 환경에서도 잘 작동한다. 예를 들어 인텔의 멀티OS 엔진(Multi-OS Engine)을 사용하면 코틀린을 iOS 디바이스에서 실행할 수 있다. 데스크탑 애플리케이션을 작성하고 싶다면 코틀린과 토네이도FX, 자바FX 등을 함께 사용할 수 있다.
자바뿐 아니라 자바스크립트로도 코틀린을 컴파일할 수 있다. 따라서 코틀린 코드를 브라우저나 노드에서 실행할 수 있다. 젯브레인스(JetBrains)는 코틀린 네이티브 백엔드를 개발 중이다.

정적 타입 지정 언어

자바와 마찬가지로 코틀린도 정적 타입(statically typed) 지정 언어다. 정적 타입 지정이라는 말은 모든 프로그램 구성 요소의 타입을 컴파일 시점에 알 수 있고 프로그램 안에서 객체의 필드나 메소드를 사용할 때마다 컴파일러가 타입을 검증해준다는 뜻이다.

이런 점은 다른 동적 타입(dynamically typed) 지정 언어와는 다르다. JVM에서는 그루브(Groovy)나 JRuby가 대표적인 동적 타입 지정 언어다. 동적 타입 지정 언어에서는 타입과 관계없이 모든 값을 변수에 넣을 수 있고, 메소드나 필드 접근에 대한 검증이 실행 시점에 일어나며, 그에 따라 코드가 더 짧아지고 데이터 구조를 더 유연하게 생성하고 사용할 수 있다. 하지만 반대로 이름을 잘못 입력하는 등의 실수도 컴파일 시 걸러내지 못하고 실행 시점에 오류가 발생한다.

한편 자바와 달리 코틀린에서는 모든 변수의 타입을 프로그래머가 직접 명시할 필요가 없다. (자바도 11버전부터는 val와 같이 타입 추론을 할 수 있다)
대부분의 경우 코틀린 컴파일러가 문맥으로부터 변수 타입을 자동으로 유추할 수 있기 때문에 프로그래머는 타입 선언을 생략해도 된다. 가장 간단한 예는 아래와 같다.

var x = 1

여기서는 변수를 정의하면서 정수 값으로 초기화한다. 코틀린은 이 변수의 타입이 Int임을 자동으로 알아낸다. 컴파일러가 문맥을 고려해 변수 타입을 결정하는 이런 기능을 타입 추론(type inference)이라고 부른다.

정적 타입 지정의 장점은 다음과 같다.

성능 : 실행 시점에 어떤 메소드를 호출할지 알아내는 과정이 필요 없으므로 메소드 호출이 더 빠르다.
신뢰성 : 컴파일러가 프로그램의 정확성을 검증하기 때문에 실행 시 프로그램이 오류로 중단될 가능성이 더 적어진다.
유지 보수성 : 코드에서 다루는 객체가 어떤 타입에 속하는지 알 수 있기 때문에 처음 보는 코드를 다룰 때도 더 쉽다.
도구 지원 : 정적 타입 지정을 활용하면 더 안전하게 리팩토링할 수 있고, 도구는 더 정확한 코드 완성 기능을 제공할 수 있으며, IDE의 다른 지원 기능도 더 잘 만들 수 있다.

코틀린은 타입 추론을 지원하므로 정적 타입 지정 언어에서 프로그래머가 직접 타입을 선언해야 함에 따라 생기는 불편함이 대부분 사라진다.
코틀린의 타입 시스템을 더 자세히 살펴보면 우리가(=자바 개발자) 이미 잘 알고 있는 내용을 많이 발견할 수 있다.
클래스, 인터페이스, 제네릭은 모두 자바와 비슷하게 작동한다. 따라서 우리는 자바에 대해 아는 내용을 코틀린에서도 쉽게 적용할 수 있다.

하지만 몇 가지 새로운 점이 있다.

그중 가장 중요한 특징은 코틀린이 널이 될 수 있는 타입(nullable)을 지원한다는 점이다. 널이 될 수 있는 타입을 지원함에 따라 컴파일 시점에 NullPointerException가 발생할 수 있는지 여부를 검사할 수 있어서 좀 더 프로그램의 신뢰성을 높일 수 있다. 널이 될 수 있는 타입에 대해서는 뒤에서 간략히 살펴본다.

코트린의 타입 시스템에 있는 다른 새로운 내용으로는 함수 타입(function type)에 대한 지원을 들 수 있다. 함수 타입이 무엇인가 알아보기 위해 함수형 프로그래밍(Functional Programming)이 어떤 개념인지와 코틀린이 함수형 프로그래밍을 어떻게 지원하는지에 대해 먼저 알아보자.

함수형 프로그래밍과 객체지향 프로그래밍

자바 개발자라면 객체지향 프로그래밍의 핵심 개념을 잘 이해하고 있을 것이다. 하지만 그런 개발자에게도 함수형 프로그래밍은 새로운 개념일 수 있다.

일급 시민인(first-class)함수 : 함수(프로그램의 행동을 나타내는 코드 조각)를 일반 값처럼 다룰 수 있다. 함수를 변수에 저장할 수 있고, 함수를 인자로 다른 함수에 전달할 수 있으며, 함수에서 새로운 함수를 만들어서 반환할 수 있다.
불변성(immutability) : 함수형 프로그래밍에서는 일단 만들어지고 나면 내부 상태가 절대로 바뀌지 않는 불변 객체를 사용해 프로그램을 작성한다.
부수 효과(side effect) 없음 : 함수형 프로그래밍에서는 입력이 같으면 항상 같은 출력을 내놓고 다른 객체의 상태를 변경하지 않으며, 함수 외부나 다른 바깥 환경과 상호작용하지 않는 순수 함수(pure function)를 사용한다.

함수형 스타일로 프로그램을 작성하면 어떤 장점이 있을까?
먼저 1.간결성을 들 수 있다. 함수형 코드는 그에 상응하는 명령형 코드에 비해 더 간결하며 우아하다. 함수를 값처럼 활용할 수 있으며 더 강력한 추상화(abstraction)를 할 수 있고 강력한 추상화를 사용해 코드 중복을 막을 수 있다.

예를들어 비슷한 작업을 수행하는 아주 비슷한 두 개의 코드 조각이 있지만 그 두 코드 조각은 일부 세부 사항에서 차이가 난다. 이 로직에서 공통부분을 따로 함수로 뽑아내고 서로 다른 세부 사항을 인자로 전달할 수 있다. 이런 인자는 그 자체가 함수이다. 하지만 람다 식(lambda expression)이라 불리는 무명 함수(anonymous function) 구문을 사용하면 간결하게 그런 함수를 표현할 수 있다.

fun findAlice() = findPerson { it.name == "Alice" } // findPerson에는 사람을 찾는 일반 로직이 들어가 있다. 
fun findBob() = findPerson { it.name == "Bob" } // 중괄호 { } 사이에 있는 코드 블록은 찾으려는 사람을 식별한다.

2.다중 스레드를 사용해도 안전하다는 사실이다. 다중 스레드(멀티 스레드라는 표현을 많이 쓰는걸로 알고있다) 프로그램에서는 적절한 동기화 없이 같은 데이터를 여러 스레드가 변경하는 경우 가장 많은 문제가 생긴다. 불변 데이터 구조를 사용하고 순수 함수를 그 데이터 구조에 적용한다면 다중 스레드 환경에서 같은 데이터를 여러 스레드가 변경할 수 없다. 따라서 복잡한 동기화를 적용하지 않아도 된다.

함수형 프로그램은 테스트하기 쉽다. 부수 효과가 있는 함수는 그 함수를 실행할 때 필요한 전체 환경을 구성하는 준비 코드가 따로 필요하지만, 순수 함수는 그런 준비 코드 없이 독립적으로 테스트할 수 있다.

일반적으로 말하자면 언어와 관계없이 함수형 스타일을 활용할 수 있다. 물론 자바에서도 함수형 프로그래밍이 가능하다. 그리고 함수형 프로그래밍 스타일을 이루는 여러 요소는 좋은 프로그래밍 스타일이며, 장려할 만하다. 하지만 모든 언어가 함수형 프로그래밍을 편하게 사용하기에 충분한 라이브러리와 문법 지원을 제공하지는 않는다. 예를 들어 자바 8 이전의 자바에서는 함수형 프로그래밍을 지원할 수 있는 기능이 거의 없었다. 코틀린은 처음부터 함수형 프로그래밍을 풍부하게 지원해 왔다.

코틀린에서 제공하는 (함수형 프로그래밍을 위한) 지원은 아래와 같다.

함수 타입을 지원함에 따라 어떤 함수가 다른 함수를 파라미터로 받거나 새로운 함수를 반환할 수 있다.
람다 식을 지원함에 따라 번거로운 준비 코드를 작성하지 않아도 코드 블록을 쉽게 정의하고 여기저기 전달할 수 있다.
데이터 클래스는 불변적인 값 객체(Value Object)를 간편하게 만들 수 있는 구문을 제공한다.
코틀린 표준 라이브러리는 객체와 컬렉션을 함수형 스타일로 다룰 수 있는 API를 제공한다.

코틀린은 함수형 스타일로 프로그램을 짤 수 있게 지원하지만 함수형 프로그래밍 스타일을 강제하지는 않는다. 명령형 방식이 더 적합한 경우라면 함수형 프로그래밍으로 번거롭게 코드를 작성할 필요 없이 직접 변경 가능한 데이터와 부수 효과를 활용하는 함수를 사용해도 된다. 당연히 인터페이스와 클래스 계층 구조를 바탕으로 하는 프레임워크도 자바를 사용할 때와 마찬가지로 쉽게 쓸 수 있다. 코틀린으로 코드를 작성할 때는 객체지향과 함수형 접근 방법을 함께 조합해서 문제에 가장 적합한 도구를 사용하면 된다.

무료 오픈소스

코틀린 언어와 컴파일러, 라이브러리 및 코틀린과 관련된 모든 도구는 모두 오픈소스며, 어떤 목적에든 무료로 사용할 수 있다. 코틀린은 아파치(Apache) 2 라이선스하에 제공된다.

개발은 깃허브를 통해 이뤄지고 있으며, 코틀린 프로그래밍 커뮤니티의 기여에 대해 열려있다. 코틀린 애플리케이션을 개발하고 싶은 경우 인텔리J 아이디어 커뮤니티 에디션, 안드로이드 스튜디오, 이클립스 같은 오픈소스 IDE를 활용할 수 있다. (물론 나는 IntelliJ Ultimit 쓸 거지만...)

코틀린 응용

앞에서도 언급했지만, 코틀린은 주로 서버와 안드로이드 개발에서 코틀린이 널리 쓰이고 있다. 이 두 분야를 살펴보고 코틀린이 각 분야에 적합한 언어인 이유를 살펴보자.

코틀린 서버 프로그래밍

서버 프로그래밍은 상당히 광범위한 개념이다. 다음과 같은 응용 분야를 포함하는 여러 분야가 서버 프로그래밍에 포함된다.

브라우저에 HTML 페이지를 돌려주는 웹 애플리케이션
모바일 애플리케이션에서 HTTP를 통해 JSON API를 제공하는 백엔드(backend)애플리케이션
RPC(원격 프로시저 호출) 프로토콜을 통해 서로 통신하는 작은 서비스들로 이뤄진 마이크로서비스 (이건 뭔지 잘 모르겠다 🤔)

개발자들은 이런 애플리케이션을 수년간 자바로 개발해 오면서 이런 종류의 애플리케이션 개발에 도움을 줄 수 있는 기술과 프레임워크를 엄청나게 만들어왔다.
그런 애플리케이션을 독립적으로 맨 밑바닥부터 개발하는 경우는 거의 없다. 새로운 기술이나 프레임워크는 언제나 기존 프레임워크나 기술을 확장하고 개선하거나 대치하며, 이미 여러 해 동안 쓰여 온 기존 시스템과 새로운 코드를 통합해야만 한다.

이런 환경에서 자바 코드와 매끄럽게 상호운용할 수 있다는 점이 코틀린의 큰 장점이다. 코틀린은 새로운 컴포넌트를 작성하거나 기존 서비스 코드를 코틀린으로 이식해야하는 경우에 모두 잘 들어맞는다. 자바 클래스를 코틀린으로 확장해도 아무 문제가 없으며, 코틀린 클래스 안의 메소드나 필드에 특정 (자바) 애너테이션을 붙여야하는 경우에도 아무 문제가 없다. 그러면서도 시스템 코드는 더 간결해지고 더 신뢰성이 높아지며, 더 유지 보수하기 쉬워질 것이다.

동시에, 코틀린을 사용하면 몇 가지 새로운 기술을 활용해 서버 시스템을 개발할 수 있다. 예를 들어 코틀린의 빌더 패턴(Builder pattern)을 활용하면 간결한 구문을 사용해 객체로 이뤄진 그래프(graph)를 쉽게 구축하면서도 코틀린이 제공하는 완전한 추상화와 코드 재활용을 지속적으로 누릴 수 있다.

이런 특성을 사용하는 가장 간단한 예로 HTML 생성 라이브러리를 들 수 있다. HTML 생성 라이브러리는 외부 HTML 템플릿 라이브러리를 대신해 더 간결하면서 타입 검사를 완전히 지원하는 안전한 해법을 제공할 수 있다.

아래의 예를 보자.

fun renderPersonList (persons: Collection<Person>) = 
    createHTML().table(
        for (person in persons) {
            tr {
                td { +person.name }
                td { +person.age }
            }
        }
    }
}

이렇게 HTML 태그로 변환될 함수와 일반 코틀린 언어 기능을 쉽게 조합할 수 있다. 별도의 템플릿 언어를 사용할 필요가 없으므로 새로운 언어의 문법을 익힐 필요도 없다. HTML 페이지를 생성하면서 코틀린 루프 등의 일반적인 코틀린 기능을 모두 활용할 수 있기 때문이다.

코틀린이 제공하는 깔끔하고 간결한 DSL 기능을 활용할 수 있는 다른 예로는 영속성(persistence) 프레임워크를 들 수 있다. 예를 들어 익스포즈드(Exposed) 프레임워크는 SQL 데이터베이스의 구조를 기술할 수 있는 읽기 쉬운 DSL을 제공하며, 코틀린 코드만을 사용해 완전한 타입 검사를 지원하면서 데이터베이스 질의를 실행할 수 있다. 다음 코드는 익스포즈드에서 어떤 일이 가능한지 한 가지 예를 보여준다.

object CountryTable : IdTable() { // 데이터베이스 테이블에 대해 기술한다. 
    val name = varchar("name", 250).uniqueIndex()
    val iso = varchar("iso", 2).uniqueIndex()
}

class Country(id: EntityID) : Entity(id) { // 데이터베이스 엔티티(Entity)에 해당하는 클래스를 만든다. 
    var name: String by CountryTable.name
    var iso: String by CountryTable.iso
}

val russia = Country.find { // 오직 코틀린 코드만으로 이 데이터베이스에 질의를 던질 수 있다. 
    CountryTable.iso.eq("ru")
).first()

println(russia.name)

코틀린 안드로이드 프로그래밍

코틀린 학습의 이유가 안드로이드 앱 제작과는 거리가 있기 때문에 이하 생략...

코틀린의 철학

코틀린이 자바와의 상호운용성에 초점을 맞춘 실용적이고 간결하며 안전한 언어라고 설명하는 경우가 자주 있다. 그렇다면 실용성, 간결성, 안전성, 상호운용성은 각각 어떤 뜻일까? 각가에 대해 자세히 알아보자.

실용성

코틀린은 실제 문제를 해결하기 위해 만들어진 실용적인 언어다. 코틀린 설계는 대규모 시스템을 개발해본 다년간의 IT업계 경험을 바탕으로 이뤄졌으며, 수많은 소프트웨어 개발자들의 사용에 잘 들어맞을 수 있게 주의 깊게 언어 특성을 선택했다. 더 나아가 젯브레인즈나 코틀린 커뮤니티 내부의 개발자들이 다년간 코틀린 초기 버전을 사용하면서 전달한 피드백이 현재 발표된 최종 코틀린 버전에 반영돼 있다. 그런 이유로 실제 프로젝트에서 문제를 해결할 때 코틀린이 도움이 되리라고 자신 있게 말할 수 있다. 코틀린은 연구를 위한 언어가 아니다. 코틀린은 다른 프로그래밍 언어가 채택한 이미 성공적으로 검증된 해법과 기능에 의존한다. 이로 인해 언어의 복잡도가 줄어들고 이미 알고 있는 기존 개념을 통해 코틀린을 더 쉽게 배울 수 있다.

거기에 코틀린은 어느 특정 프로그래밍 스타일이나 패러다임을 사용할 것을 강제로 요구하지 않는다. 코틀린을 처음 배우는 사람은 자바에서 사용해 온 익숙한 프로그래밍 스타일이나 기법을 활용할 수 있다.

실용성에 있어 코틀린의 다른 측면은 도구를 강조한다는 점이다. 좋은 언어만큼이나 편리한 개발 환경도 생산성 향상에 필수적이다. 따라서 언어를 먼저 설계한 다음에 IDE 개발이 맞물려 이뤄져 왔다. 그리고 코틀린 언어의 특성은 항상 도구의 활용을 염두하고 설계돼 왔다.

코틀린의 여러 특성을 배울 때도 IDE의 코틀린 언어 지원이 중요한 역할을 한다. 흔히 쓰이지만 더 간결한 구조로 바꿀 수 있는 대부분의 코드 패턴을 도구가 자동으로 감지해서 수정하라고 제안한다. 이런 자동 수정 안내를 살펴보면서 코틀린 언어의 특성을 잘 이해하면 우리는 자신의 코드에 그런 특성을 적용하는 방법을 배울 수 있다.

간결성

개발자가 코드를 새로 작성하는 시간보다 기존 코드를 읽는 시간이 더 길다는 사실이 잘 알려져 있다. 일반적으로 규모가 큰 프로젝트에서는 버그가 발생하면 수정할 부분을 찾고 어떻게 고쳐야 할지 알아내려면 엄청난 양의 코드를 읽는 것이 당연하다. 버그와 관련된 여러 코드를 두루두루 살펴본 뒤에야 코드를 제대로 수정할 수 있을 것이다.

코드가 더 간단하고 간결할수록 내용을 파악하기가 더 쉽다. 물론 설계가 좋고 각 부분의 역할을 잘 표현해주는 적절한 이름이 붙어있다면 내용을 파악할 때 큰 도움이 된다. 그러나 어떤 언어를 사용해 코드를 작성했고 그 언어가 얼마나 간결한 언어인지도 중요하다. 어떤 언어가 간결하다는 말은 그 언어로 작성된 코드를 읽을 때 의도를 쉽게 파악할 수 있는 구문 구조를 제공하고, 그 의도를 달성하는 방법을 이해할 때 방해가 될 수 있는 부가적인 준비 코드가 적다는 뜻이다.

코틀린을 만들면서 프로그래머가 작성하는 코드에서 의미가 없는 부분을 줄이고, 언어가 요구하는 구조를 만족시키기 위해 별 뜻은 없지만 프로그램에 꼭 넣어야 하는 부수적인 요소를 줄이기 위해 많은 노력을 기울였다. getter, setter, 생성자 파라미터를 필드에 대입하기 위한 로직 등 자바에 존재하는 여러 가지 번거로운 준비 코드를 코틀린은 묵시적으로 제공하기 때문에 코틀린 소스코드는 그런 준비 코드로 인해 지저분해지는 일이 없다.

코드가 불필요하게 길어지는 또 다른 이유는 컬렉션에서 원소를 찾는 것과 같은 일반적인 작업을 수행하기 위해 명시적으로 작성해야만 하는 코드의 양이 상당하기 때문이다. 다른 최신 언어와 마찬가지로 코틀린은 기능이 다양한 표준 라이브러리를 제공하기 때문에 반복되거나 길어질 수 있는 코드를 라이브러리 함수 호출로 대치할 수 있다. 코틀린은 람다를 지원하기 때문에 작은 코드 블록을 라이브러리 함수에 쉽게 전달할 수 있다. 따라서 일반적인 기능을 라이브러리 안에 캡슐화하고 작업에 따라 달라져야하는 개별적인 내용을 사용자가 작성한 코드 안에 남겨둘 수 있다.

반면 코틀린 설계 목표에는 소스코드를 가능한 짧게 만든다는 내용은 들어있지 않다. 예를들어 코틀린은 연산자 오버로딩을 지원하지만, 언어가 제공하지 않는 연산자를 프로그래머가 정의할 수 있게 허용하지는 않는다.따라서 라이브러리 개발자들은 어떤 메소드의 이름을 암호문처럼 보이는 기호만으로 이뤄진 연산자 식별자로 대치할 수 없다. 기호로 된 이름보다는 단어로 이뤄진 이름이 훨씬 더 읽거나 검색하기 쉽다.

코드가 더 간결하면 쓰는 데 시간이 덜 걸린다. 더 중요한 것은 읽는 데도 시간이 덜 걸린다는 점이다. 간결성은 우리의 생산성을 향상시켜주고 개발을 더 빠르게 진행할 수 있게 해준다.

안전성

일반적으로 프로그래밍 언어가 안전하다는 말은 프로그램에서 발생할 수 있는 오류 중에서 일부 유형의 오류를 프로그램 설계가 원천적으로 방지해준다는 뜻이다. 물론 절대적이지는 않다. 어떤 언어도 발생할 수 있는 모든 오류를 막을 수는 없다. 추가로 오류를 방지하는 데는 대가가 따르기 마련이다. 컴파일러에게 프로그램 코드와 프로그램의 작동 의도에 대한 정보가 일치하는지를 검증할 수 있다. 따라서 더 큰 안전성을 얻기 위해서는 프로그램에 더 많은 정보를 덧붙여야 하므로 생산성이 하락하는 것을 감수해야하며 안정성과 생산성 사이에는 트레이드오프 관계가 성립한다.

코틀린을 만들면서 자바보다 더 높은 수준의 안전성을 달성하되 전체 비용은 더 적게 지불하고 싶었다. 코틀린은 JVM에서 실행한다는 사실을 이미 상당한 안전성을 보장할 수 있다는 뜻이다. (ex. JVM을 사용함으로써 메모리 안정성, 버퍼 오버플로우를 방지, 동적으로 할당한 메모리를 잘못 사용함으로 발생하는 문제를 에방) JVM에서 실행되는 정적 타입 지정 언어로서 코틀린은 애플리케이션의 타입 안전성을 보장한다. 하지만 자바보다 더 적은 비용으로 타입 안전성을 사용할 수 있다. 대부분의 경우 코틀린 컴파일러가 타입을 자동으로 추론해주기 때문에 우리가 직접 타입 정보를 지정할 필요가 없다.

코틀린은 거기서 한걸음 더 나아가 실행 시점에 오류를 발생시키는 대신 컴파일 시점 검사를 통해 오류를 더 많이 방지해준다. 가장 중요한 내용으로 코틀린은 프로그램의 NullPointerException을 없애기 위해 노력한다. 코틀린의 타입 시스템은 null이 될 수 없는 값을 추적하며, 실행 시점에 NullPointerException이 발생할 수 있는 연산을 사용하는 코드를 금지한다. 이로 인해 추가로 들어가는 비용은 미미하다. 어떤 타입이 널이 될 수 있는지 여부를 표시하기 위해서는 오직 ? 한 글자만 추가하면 된다.

val s: String? = null // null이 될 수 있음
val s2: String = "" // null이 될 수 없음

추가로 코틀린은 널이 될 수 있는 값을 다룰 수 있는 편리한 방법을 다양하게 제공한다.
이런 기능은 애플리케이션이 NullPointerException으로 인해 갑자기 중단되는 경우를 많이 줄여준다.

코틀린이 방지해주는 다른 예외로는 ClassCastException이 있다. 어떤 객체를 다른 타입으로 캐스트(cast)하기 전에 타입을 미리 검사하지 않으면 ClassCastException이 발생할 수도 있다. 자바에서는 타입 검사와 그 직후 이뤄지는 타입 캐스트에서 같은 타입 이름을 반복 사용하는 것이 귀찮아서 타입 검사를 생략하는 개발자가 많다. 반면 코틀린에서는 타입 검사와 캐스트가 한 연산자에 의해 이뤄진다. 어떤 객체의 타입을 검사했고 그 객체가 그 타입에 속한다면 해당 타입의 메소드나 필드 등의 멤버를 별도의 캐스트 없이 사용할 수 있다 (Auto Casting). 따라서 타입 검사를 생략할 이유가 없고, 검사를 생략하지 않으면 검사를 생략해서 생기는 오류가 발생할 일도 없다. 다음은 Auto Casting의 예제이다.

if (value is String) { // 타입을 검사한다.
    println(value.toUpperCase()) // 해당 타입의 메소드를 사용한다. 
}

상호운용성

코틀린은 자바의 기존 라이브러리를 그대로 사용할 수 있다. 라이브러리가 어떤 API를 제공하던 간에 코틀린에서 그 API를 활용할 수 있다. 자바 메소드를 호출하거나 자바 클래스를 상속(확장)하거나 인터페이스를 구현하거나 자바 애너테이션을 코틀린 코드에 적용하는 등의 일이 모두 가능하다.

다른 일부 JVM 언어와 달리 코틀린은 상호운용성 측면에서 훨씬 더 많은 것을 제공한다. 즉, 자바 코드에서 코틀린 코드를 호출할 때도 아무런 노력이 필요 없다. 자바에서 코틀린을 호출할 때 어떤 교묘한 장치도 필요 없다. 코틀린의 클래스나 메소드를 일반적인 자바 클래스나 메소드와 똑같이 사용할 수 있다. 이에 따라 자바와 코틀린 코드를 프로젝트에서 원하는 대로 섞어 쓸 수 있는 궁극적인 유연성을 발휘할 수 있다. 기존 자바 프로젝트에 코틀린을 도입하는 경우 자바를 코틀린으로 변환하는 도구를 코드베이스 안에 있는 자바 클래스에 대해 실행해서 그 클래스를 코틀린 클래스로 변환할 수 있다. 이렇게 변경한 클래스가 프로젝트 안에서 어떤 역할을 하는지와는 관계없이 코틀린으로 바꾼 클래스가 어떤 것이든 프로젝트의 나머지 부분을 전혀 수정하지 않고도 컴파일 및 실행이 가능하다.

상호운용성 측면에서 코틀린이 집중하는 다른 방향으로는 기존 자바 라이브러리를 가능하면 최대한 활용한다는 점을 들 수 있다. 예를 들어 코틀린은 자체 컬렉션 라이브러리를 제공하지 않는다. 코틀린은 자바 표준 라이브러리 클래스에 의존하는데 다마 코틀린에서 컬렉션을 더 쉽게 활용할 수 있게 몇 가지 기능을 더할 뿐이다. 이는 코틀린에서 자바 API를 호출할 때 객체를 감싸거나 변환할 필요 없다는 뜻이다. 코틀린이 제공하는 풍부한 API는 실행시점에 아무런 부가 비용을 야기하지 않는다.

코틀린이 제공하는 도구도 다중 언어 프로젝트를 완전히 지원한다. 코틀린은 자바와 코틀린 소스 파일이 임의로 섞여 있어도 제대로 프로그램을 컴파일할 수 있다. 각 소스 파일 사이의 의존관계가 어떤 식으로 이뤄졌든 관계없이 컴파일할 수 있다. IDE 기능도 언어와 관계없이 제대로 작동한다. 따라서 다음과 같은 동작이 가능하다.

자바와 코틀린 소스 파일을 자유롭게 내비게이션 할 수 있다.
여러 언어로 이뤄진 프로젝트를 디버깅하고 서로 다른 언어로 작성된 코드를 언어와 관계없이 한 단계씩 실행할 수 있다.
자바 메소드를 리팩토링해도 그 메소드와 관련 있는 코틀린 코드까지 제대로 변경된다. 역으로 코틀린 메소드를 리팩토링해도 자바 코드까지 모두 자동으로 변경된다.

코틀린 도구 사용

자바와 마찬가지로 코틀린도 컴파일 언어다. 따라서 코틀린 코드를 실행하기 전에 먼저 코드를 컴파일해야만 한다. 컴파일 과정이 어떻게 이뤄지며 그 과정에서 어떤 도구가 쓰이는지 자세히 살펴보자.

코틀린 코드 컴파일

코틀린 소스코드를 저장할 때는 보통 .kt라는 확장자를 파일에 붙인다. 코틀린 컴파일러는 자바컴파일러가 자바 소스코드를 컴파일할 때와 마찬가지로 코틀린 소스코드를 분석해서 .class파일을 만들어낸다. 만들어진 .class 파일은 개발 중인 애플리케이션의 유형에 맞는 표준 패키징 과정을 거쳐 실행될 수 있다. 가장 간단한 방식은 커맨드라인에서 kotlinc(java가 javac 하듯이!) 명령을 통해 코틀린 코드를 컴파일 다음 java 명령으로 그 코드를 실행하는 것이다.

kotlinc <소스파일 또는 디렉터리> -include-runtime -d <jar 이름>
java -jar <jar 이름>

| 아래는 코틀린 빌드 과정을 간단히 보여준다.

코틀린 컴파일러로 컴파일한 코드는 코틀린 런타임 라이브러리에 의존한다. 런타임 라이브러리에는 코틀린 자체 표준 라이브러리의 클래스와 코틀린에서 자바 API의 기능을 확장한 내용이 들어있다. 코틀린으로 컴파일한 애플리케이션을 배포할 때는 런타임 라이브러리도 함께 배포해야 한다.

실제로 개발을 진행한다면 프로젝트를 컴파일하기 위해 메이븐, 그레이들, 앤트 등의 빌드 시스템을 사용할 것이다. 코틀린은 그런 빌드 시스템과 호환된다.(부록 A에서 다룬다) 이런 빌드 시스템은 모두 코틀린과 자바가 코드베이스에 함께 들어있는 혼합 언어 프로젝트를 지원할 수 있다. 메이븐과 그레이들은 애플리케이션을 패키지할 때 알아서 코틀린 런타임을 포함시켜준다.

IntelliJ IDEA와 안드로이드 스튜디오의 코틀린 플러그인

IntelliJ IDEA의 코틀린 플러그인은 코틀린 언어와 함께 개발돼 왔으며, 코틀린을 사용할 수 있는 개발 환경 중에서 가장 다양한 기능을 제공한다. 이 코틀린 플러그인은 안정화 단계이며, 코틀린 개발에 필요한 모둔 도구를 제공한다.
IntelliJ IDEA 15 및 15 이후 버전에는 코틀린 플러그인이 기본 포함돼 있다. 따라서 별도의 플러그인을 설치할 필요가 없다. 무료 오픈소스인 IntelliJ IDEA comunity edition을 사용해도 되고, 상용버전인 얼티밋을 사용해도 된다. 플러그인이 제대로 작동한다면 새 프로젝트 메뉴 선택 시 코틀린을 볼 수 있다. (안드로이드 스튜디오에서는 플러그인 관리자를 통해 코틀린 플러그인을 설치해야한다. 설정 대화상자에서 플러그인을 선택한 다음 젯브레인스 플러그인 설치 버튼을 클릭해서 표시되는 목록에 있는 코틀린을 선택하라)

이 외에도 대화형 셀, 이클립스 플러그인, 온라인 놀이터(구름과 같이 웹상에서 코틀린 코드를 작성하고 컴파일한 후 실행할 수 있는 곳) 등이 있다.

자바 - 코틀린 변환기

새로운 언어를 배워 써먹을 만큼 숙련도를 높이려면 많이 노력해야 한다. 자바에 대해 알고 있는 지식을 바탕으로 코틀린을 더 빠르게 배워서 써먹을 수 있는 지름길은, 이 도구를 사용하는 것이다. 이 도구는 자동으로 자바를 코틀린으로 변환한다.

코틀린을 처음 배웠는데 정확한 코틀린 문법이 기억나지 않는 경우 이 변환기를 유용하게 써먹을 수 있다. 작성하고픈 코드를 자바로 작성해 복사한 후 코틀린 파일에 그 코드를 붙여 넣으면 변환기가 변환기가 자동으로 같은 뜻의 코틀린 코드를 제안한다. 물론 변환기가 항상 가장 코틀린다운 코드를 제안해 주지는 못하지만 잘 작동하는 코틀린 코드를 알려주기 때문에 원하는 바를 코틀린으로 달성할 수 있다.

기존 자바 프로젝트에 코틀린을 도입하고 싶을 때 변환기를 사용하면 쓸모가 있다. 새 클래스를 작성할 필요가 있다면 처음부터 코틀린으로 그 클래스를 만들면 된다. 기존 클래스를 상당 부분 변경해야 한다면 자바 대신 코틀린을 사용하고 싶을 텐데 그런 경우 변환기를 사용하면 도움이 된다. 기존 자바 클래스를 먼저 코틀린으로 변환한 다음에 변환된 코틀린 코드를 변경하면 코틀린 기능을 활용할 수 있다. IntelliJ IDEA에서 변환기를 사용하기는 쉽다. 자바 코드조각을 변환하고 싶을 때는 자바 코드 조각을 복사해서 코틀린 파일에 붙여 넣는다. 자바 파일 하나를 통째로 코틀린으로 변환하고 싶으면 메뉴에도 코드 -> 자바 파일을 코틀린 파일로 변환을 선택하면 된다. 이클립스나 웹에서도 변환기를 사용할 수 있다.