item 33. 타입 안전 이종 컨테이너를 고려하라.

타입안전이종..컨..머시기..ㅇ_ㅇ

 

제네릭은 Set<E>, Map<K,V> 등의 컬렉션과 ThreadLocal<T>, AtomicReference<T> 등의 단일원소 컨테이너에도 흔히 쓰인다고 한다.

 

위와 같은 경우 매개변수화 되는 대상은 원소가 아닌 컨테이너 자신이다.

-> 따라서 하나의 컨테이너에서 매개변수화할 수 있는 타입의 수가 제한된다.

 

이는 컨테이너의 일반적인 용도에 맞게 설계된 것이다.

컨테이너란, 대충 큰 범주로 생각해봤을 때 값을 저장할 수 있는 객체를 의미하는 것이므로..

 

그런데?
 일반적으로 제네릭에서 타입의 수가 제한된다.  -> 이 부분이 문제가 되는 것이다.

예를 들어 위 예시의 Map<k,v>과 같은 경우, V타입을 통해서만 벨류를 저장할 수 있다.
따라서 파라미터화 된 제네릭 타입 Map<String, Double>이 있다면? Double 이외의 값은 담을 수가 없다.

그런데 내가 이 Map에 Double이 아니라 String, Boolean을 담고 싶고, 얘를 모두 타입 안정하게 이용하고 싶을 수도 있다.
이런 경우에 서로 다른 타입을 하나의 컨테이너에 안전하게 보관할 수 있게 하는 것이 " 타입 안전 이종 컨테이너 " 이다.

타입 안전 이종 컨테이너 패턴(type safe heterogeneous container pattern)

- 컨테이너 대신 키를 매개변수화한 다음, 컨테이너에 값을 넣거나 뺄 때 매개변수화한 키를 함께 제공한다.

Map<String, Integer> : 컨테이너 매개변수화
Map<Class<?>, Object> : 컨테이너 키 매개변수화

-> 제네릭 타입 시스템이 값의 타입과 키가 같음을 보장해준다.

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class 리터럴의 타입 : Class<T> (Class 아님)
ex. String.class -> Class<String>, Integer.class -> Class<Integer>

컴파일타임 타입 정보와 런타임 타입 정보를 알아내기 위하여
메서드들이 주고받는 class 리터럴을 타입 토큰(type token)이라 한다.

 

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예시를 통해 알아봅시다..

 

"타입 안전 이종 컨테이너 패턴 - API"
public class Favorites {
    public <T> void putFavorite(Class<T> type, T instance) {
        // ...
    }

    public <T> T getInstance(Class<T> type) {
        return null; // 편의상 null을 리턴하도록 작성했다.
    }
}

 

• 위 Favorites 클래스는 키가 매개변수화 되었다.
• 클라이언트는 즐겨찾기를 저장하거나 얻어올 때 Class 객체를 알려주면 된다.

"타입 안전 이종 컨테이너 패턴 - 클라이언트"
public class Favorites {
    public static void main(String[] args) {
        Favorites favorites = new Favorites();

        favorites.putFavorite(String.class, "Java");
        favorites.putFavorite(Integer.class, 0xcafebabe);
        favorites.putFavorite(Class.class, Favorites.class);

        String favoriteString = favorites.getInstance(String.class);
        int favoriteInteger = favorites.getInstance(Integer.class);
        Class<?> favoriteClass = favorites.getInstance(Class.class);

        System.out.printf("%s %x %s%n", favoriteString, favoriteInteger, favoriteClass.getName());
    }
}

• Favorites 인스턴스는 타입 안전하다. 즉 String 요청왔다고 가정 한다면, 다른 타입을 반환할 일이 없음.
• 또한 일반 맵과 다르게 여러 타입의 원소를 담을 수 있다.
• 모든 키의 타입이 제각각이기 때문이다.
• -> Favorites는 타입 안전 이종 컨테이너!

" 타입별로 즐겨 찾는 인스턴스를 저장하고 검색할 수 있는 Favorites 클래스 "
private Map<Class<?>, Object> favorites = new HashMap<>();

public <T> void putFavorites(Class<T> type, T instance) {
    favorites.put(Objects.requireNonNull(type), instance);
}

public <T> T getFavorite(Class<T> type) {
    return type.cast(favorites.get(type));
}

• favorites의 타입은 Map<class<?>, Object>이다. (비한정적 와일드카드 타입)
• 비한정적 와일드카드 타입이라 이 맵 안에 아무것도 넣을 수 없는 것이 아니다. -> 와일드카드가 중첩(nested)되어 있기 때문에 가능하다.
• 맵이 아니라 키가 와일드카드 타입인 것이다. 이는 모든 키가 서로 다른 매개변수화 타입일 수 있다는 뜻이다. 이를 통해 다양한 타입을 지원할 수 있다.
• favorites 맵의 값 타입은 단순히 Object다. 이 맵은 키와 값 사이의 타입 관계를 보증하지 않는다는 뜻이다.
  • 즉, 모든 값이 키로 명시한 타입임을 보증하지 않는다.
  • 자바의 타입 시스템에서 이 관계를 명시할 방법도 없다.

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• putFavorite의 구현
  • 주어진 Class 객체와 즐겨찾기 인스턴스를 favorites에 추가해 관계를 지으면 끝
  • 키와 값 사이의 ‘타입 링크(type linkage)’ 정보는 버려짐
  • 즉, 그 값이 그 키 타입의 인스턴스라는 정보가 사라진다.
  • 하지만 getFavorite 메서드에서 이 관계를 되살릴 수 있으니 상관없다.
• getFavorite의 구현
  1. 주어진 Class 객체에 해당하는 값을 favorites 맵에서 꺼낸다.
  2. 이 객체의 타입은 (favorites 맵의 값 타입인)Object이나, 우리는 이를 T로 바꿔 반환해야 한다.
     • 이 객체가 바로 반환해야 할 객체가 맞지만, 잘못된 컴파일타임 타입을 가지고 있으므로
  3. Class와 cast 메서드를 사용해 이 객체 참조를 Class 객체가 가리키는 타입으로 동적 형변환한다.
     • cast method??
       • cast 메서드는 형변환 연산자의 동적 버전
       • 단순히 주어진 인수가 Class 객체가 알려주는 타입의 인스턴스인지를 검사한 다음, 맞다면 그 인수를 그대로 반환하고, 아니면 ClassCaastException을 던진다. 
     • favorites 맵 안의 값은 해당 키의 타입과 항상 일치하기 때문에 클라이언트 코드가 항상 깔끔히 컴파일됨을 알 수 있다. 따라서 cast메서드가 ClassCaastException 예외를 던질 일은 없다.
       • 그럼 그냥 인수만 반환하는데.. 왜 얘를 사용할까?
         •  cast 메서드의 시그니처가 Class 클래스가 제네릭이라는 이점을 활용하고 있기 때문.
         •  cast의 반환 타입은 Class 객체의 타입 매개변수와 같다.
         •  이것이 바로 getFavorite 메서드에 필요한 기능 (T로 비검사 형변환하는 손실 없이도 Favorites를 타입 안전하게 만든다.)

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열심히 만든 위 클래스에서 꼭 알아두어야 할 제약 2가지

1. 악의적인 클라이언트가 Class 객체를 (제네릭이 아닌) 로 타입으로 넘기면 Favorites 인스턴스의 타입 안전성이 쉽게 깨진다.
    (비검사 경고가 뜨긴 한다.)

public <T> void putFavorites(Class<T> type, T instance) {
    favorites.put(Objects.requireNonNull(type), type.cast(instance));
}
"동적 형변환을 시켜줘서 런타임 타입 안정성을 확보하면 된다."

2. 실체화 불가 타입에는 사용할 수 없다.

    즉  String이나 String[]은 저장할 수 있어도 즐겨 찾는 List<String>은 저장할 수 없다.

    이 제약에서 만족스러운 우회로는 없다.

• 슈퍼 타입 토큰이라는 애로 해결하려는 시도가 있긴 하다고 한다. 머리가 아프므로 그냥 넘어가자.

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Favorites가 사용하는 getFavorite과 putFavorite은 어떤 Class 객체든 받아들인다.

즉, 타입 토큰이 비한정적이다.

 

이러한 타입을 제한하고 싶은 경우가 있을텐데, 이럴 때는 한정적 타입 토큰을 활용한다.

 

한정적 타입 토큰?

• 단순히 한정적 타입 매개변수나 한정적 와일드카드를 사용하여 표현 가능한 타입을 제한하는 타입 토큰

 

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핵심 정리
컬렉션 API로 대표되는 일반적인 제네릭 형태에서는 한 컨테이너가 다룰 수 있는 타입 매개변수의 수가 고정되어 있다.
컨테이너 자체가 아닌 키를 타입 매개변수로 바꾸면 이런 제약이 없는 타입 안전 이종 컨테이너를 만들 수 있다.

타입 안전 이종 컨테이너는 Class를 키로 쓰며, 직접 구현한 키 타입도 쓸 수 있다.
이런 식으로 쓰이는 Class 객체를 타입 토큰이라 한다.

ex)  데이터베이스의 행(컨테이너)를 표현한 DatabaseRow 타입 은 제네릭 타입은 Column<T>를 키로 사용한다.