아이템 [17] - 변경 가능성을 최소화하라

불변 클래스 : 그 인스턴스의 내부 값을 수정할 수 없는 클래스
  예 ) String, Wrapper Class, BigInteger, BigDecimal
  - 설계 구현 사용이 쉽다.
  - 오류 여지가 적고 안전하다.

 

1. 불변 클래스 5가지 규칙

ㄱ. 객체의 상태를 변경하는 메서드(변경자)를 제공하지 않는다. (setter)
ㄴ. 클래스를 확장할 수 없게 한다. (extend X)
ㄷ. 모든 필드를 final로 선언한다
ㄹ. 모든 필드를 private으로 선언한다.
    [아이템 15] : 클래스와 멤버의 접근권한을 최소화하라
    [아이템 16] : public 클래스에서는 public 필드가 아닌 접근자 메서드를 사용하라
ㅁ. 자신 외에는 내부의 가변 컴포넌트에 접근할 수 없도록 한다. 
   - 객체 참조 X   - getter가 그대로 참조값 반환 X   - 생성자, 접근자, readObject에서 방어적 복사
    [아이템 88] : readObject 메서드는 방어적으로 작성하라

 

2. 불변 객체의 장점

ㄱ. 근본적으로 스레드 안전 : 동기화 할 필요가 없다.

ㄴ. 불변객체는 안심하고 공유 가능 : 스레드 간 영향을 주고받을 수 없기 때문

방어적 복사도 필요없다 > clone메서드 복사 생성자 필요 없다
  String 클래스의 복사생성자는 되도록 사용하지 말자
  [아이템 50] 적시에 방어적 복사본을 만들라 
  [아이템 13] clone 재정의는 주의해서 진행하라 
  [아이템 6] 불필요한 객체 생성을 피하라

ㄷ. 한번 만든 인스턴스 최대한 재활용 가능

자주 사용되는 인스턴스를 생성하여, 정적팩터리를 제공할 수 있다. [아이템 1] 생성자 대신 정적 팩터리 메서드를 고려하라
메모리 사용량 감소 / 가비지 컬렉션 비용 감소예시) BigInteger, Wrapper Class

ㄹ. 불변객체는 자유롭게 공유할 수 있음은 물론, 불변 객체끼리는 내부 데이터를 공유할 수 있다.

public class BigInteger extends Number implements Comparable<BigInteger> {
  final int signum;
  final int[] mag;
  (...)

  public BigInteger negate() {
    return new BigInteger(this.mag, -this.signum);
    //this.mag 배열은 비록 가변이지만 복사하지 않고 원본 인스턴스와 공유한다.
  }

  // 내부 패키지에서만 생성할 수 있음, 
  BigInteger(int[] magnitude, int signum) {
    this.signum = magnitude.length == 0 ? 0 : signum;
    this.mag = magnitude;
    if (this.mag.length >= 67108864) {
      this.checkRange();
    }
  }
}

ㅁ. 객체를 만들 때 다른 불변 객체들을 구성요소로 사용하면 이점이 많다 : 구조가 복잡해도 불변식 유지가 수월

ㄹ. 불변객체는 그 자체로 실패 원자성을 제공한다 
  실패 원자성 : 메서드에서 예외가 발생한 후에도 그 객체는 메서드 호출전 상태와 같은 유효한 상태를 가진다.
  [아이템 76] 가능한한 실패 원자적으로 만들어라 

public Object pop(){
	if (size == 0)
    	throw new EmptyStackException();
    Object result = element[--size];
    elements[size];
    return result;
}

이부분을 제거해도 스택이 비었다면 여전히 예외를 던진다 다만 size의 값이 음수가되어 다음번 호출도 실패하게 만들며, 이때 던지는 ArrayIndexOutOfboundsException은 추상화 수준이 상황에 어울리지 않는다.

 

3. 불변 객체의 단점

값이 다르면 반드시 독립된 객체로 만들어야 한다.값의 가짓수가 많으면 이를 모두 만드는데 큰 비용이 필요하다.

// bigInteger.flipBit(0);  O(n)
public BigInteger flipBit(int n) {
  if (n < 0) {
    throw new ArithmeticException("Negative bit address");
  } else {
    int intNum = n >>> 5;
    int[] result = new int[Math.max(this.intLength(), intNum + 2)];

    for(int i = 0; i < result.length; ++i) {
      result[result.length - i - 1] = this.getInt(i);
    }

    result[result.length - intNum - 1] ^= 1 << (n & 31);
    return valueOf(result);
  }
}
// bitset.flip(0);  O(1)
public void flip(int bitIndex) {
  if (bitIndex < 0) {
    throw new IndexOutOfBoundsException("bitIndex < 0: " + bitIndex);
  } else {
    int wordIndex = wordIndex(bitIndex);
    this.expandTo(wordIndex);
    long[] var10000 = this.words;
    var10000[wordIndex] ^= 1L << bitIndex;
    this.recalculateWordsInUse();
    this.checkInvariants();
  }
}

3-1. 흔히 쓰일 다단계 연산들을 예측이 될 때.

다단계 연산 속도를 높여주는 가변 동반클래스를 package-privated으로 둔다.

public BigInteger add(BigInteger val) {} // public api
BigInteger add(long val) {}
private static int[] add(int[] x, long val) {} // 실제 연산 메서드

 

3-2. 흔히 쓰일 다단계 연산들이 예측이 안될 때.

다단계 연산 속도를 높여주는 가변 동반클래스를 public 으로 둔다.
예시 ) String 클래스의 연산속도 높이기 : StringBuilder / StringBuffer

자바봄 이슈 내용: https://github.com/Java-Bom/ReadingRecord/issues/47

 

4. 불변클래스를 만드는 설계 방법

ㄱ. final 클래스 : 상속을 막는다.

ㄴ. 정적 팩터리를 제공하는 방법 

모든 생성자를 private 혹은 package-private으로 만들고 public 정적 팩터리를 제공한다. (캐싱 기능 추가도 가능하다.) public이나 protected 생성자가 없으니 다른 패키지에서는 이 클래스를 확장하는게 불가능하기 때문, 
  [아이템 1] 생성자 대신 정적 팩터리 메서드를 고려하라

 

5. BigInteger, BigDecimal 설계시 주의점

이 두 클래스의 메서드가 모두 재정의할 수 있게 설계되어있음. 
인수로 받은 객체가 '진짜'인지 확인하고, 이 인수들은 가변으로 가정하고 방어적으로 복사해서 사용해야한다.
  [아이템 50] 적시에 방어적 복사본을 만들라

자바봄 이슈 내용 : https://github.com/Java-Bom/ReadingRecord/issues/48

 

6. 불변 객체 기준 완화

"어떤 메서드도 객체의 상태 중 외부에 비치는 값을 변경할 수 없다."
계산 비용이 큰 값을 나중에 계산하여 final 이 아닌 필드에 캐싱해둔다.

실제로 String 클래스는 불변객체이지만, final이 아닌 필드 hash를 이용해 캐시하여 hashcode 재 연산 비용을 줄인다.
  [아이템 83] 지연초기화는 신중히 사용하라

자바봄 이슈 내용 : https://github.com/Java-Bom/ReadingRecord/issues/51

 

7. 정리

• 클래스가 꼭 필요한 경우가 아니면 불변이어야 한다. (getter가 있다고 해서 setter를 무조껀 만들지는 말자)
• 무거운 값객체의 경우 성능때문에 어쩔수 없다면, 불변 클래스와 쌍을 이루는 가변 동반 클래스를 public 클래스로 제공하자.
  [아이템 67] 최적화는 신중히 하라
• 불변으로 만들 수 없는 클래스라도 변경할 수 있는 부분을 최소한으로 줄이자
• 다른 합당한 이유가 없다면 모든 필드는 private final이어야 한다.
• 생성자는 불변식 설정이 모두 완료된, 초기화가 완벽히 끝난 상태의 객체를 생성해야한다.