[Java 중급] 사이드 이펙트(Side Effect)를 해결하기 위한 불변객체

1. 기본형과 참조형의 공유

자바의 데이터 타입을 가장 크게 두가지로 구분하면 기본형과 참조형이 있다.

기본형은 하나의 값을 여러 변수에서 절대로 공유하지 않는다.

참조형은 하나의 객체를 참조값을 통해 여러 변수에서 공유할 수 있다.

예를 들어 기본형에서는

int a = 10;
int b = a;  // a->b 값 복사 후 대입


b= 20; //a는 그대로 10이고 b만 20으로 바뀐다.

 

반면에 참조형에서는

package lang.immutable.address;

public class Address {
    
    private String value;
    
    public Address(String value) {
        this.value = value;
    }
    
    public void setValue(String value) {
          this.value= value;
    }
    
    public void getValue() {
          return value;
    }
    
    @Override
    public String toString() {
       return "Address{" +
              "value= " + value + '\'' +
              '}';
    }
}

1. public void setValue(String value)
• 역할:
 이 메서드는 클래스의 필드 value 값을 변경(set)하는 데 사용된다.
 사용자가 새 값을 전달하면, 클래스 내부의 value 필드가 해당 값으로 업데이트된다.

2. public String getValue()
• 역할:
이 메서드는 클래스의 필드 value 값을 읽기(get) 위해 사용된다.
호출자는 현재 객체의 value 값을 반환받아 확인할 수 있다.
• 특징:
 이 메서드는 value 값을 외부에서 읽기만 할 수 있는 방법을 제공한다.

package lang.immutable.address;

public class RefMain1_1 {

  public static void main(String[] args) { 
  //참조형 변수는 하나의 인스턴스를 공유할 수 있다. 
      Address a = new Address("서울"); 
      Address b = a;
        System.out.println("a = " + a);
        System.out.println("b = " + b);
        
        
        b.setValue("부산"); //b의 값을 부산으로 변경해야함 
        System.out.println("부산 -> b"); 
        System.out.println("a = " + a); //사이드 이펙트 발생 
        System.out.println("b = " + b);
        
    }
 
}

처음에는 `a` , `b` 둘다 서울이라는 주소를 가져야 한다고 가정하자.
따라서 `Address b = a` 코드를 작성했고, 변수 a, b 둘다 서울이라는 주소를 가진다.

이후에 `b` 의 주소를 부산으로 변경한다.
그런데 실행 결과를 보면 b 뿐만 아니라 a의 주소도 함께 부산으로 변경되어 버린다.

 

실행 결과

a = Address{value='서울'}
b = Address{value='서울'}
부산 -> b
a = Address{value='부산'}
b = Address{value='부산'}

참조형 변수들은 같은 참조값을 통해 같은 인스턴스를 참조할 수 있다. 

`b = a` 라고하면 `a` 에있는참조값 `x001` 을복사해서 `b` 에전달한다.

참조값을 복사해서 전달하므로 결과적으로 `a` , `b` 는 같은 `x001` 인스턴스를 참조한다.

 

2. 공유 참조와 사이드 이펙트

사이드 이펙트(Side Effect)는 프로그래밍에서 어떤 계산이 주된 작업 외에 추가적인 부수 효과를 일으키는 것을 말한

다.

 

여기서 참조형 코드에서 사이드 이펙트가 일어났는데

참조값을 공유하는 특성 때문이다.

b의 주소값을  서울에서 부산으로 변경할 의도였지만

a도 같은 인스턴스를 참조하기 때문에 a의 값도 부산으로 변경되어 버린것이다. 

 

3. 사이드 이펙트를 해결하려면?

a와 b의 인스턴스를 분리시켜준다.

Address a = new Address("서울"); 
Address b = new Address("서울");

package lang.immutable.address;
 public class RefMain1_2 {
 
public static void main(String[] args) { 

  Address a = new Address("서울"); 
  Address b = new Address("서울"); 
  System.out.println("a = " + a); 
  System.out.println("b = " + b);
  
  b.setValue("부산"); 
  System.out.println("부산 -> b"); 
  System.out.println("a = " + a); 
  System.out.println("b = " + b);
  
  } 
}

 

실행결과

a = Address{value='서울'}
b = Address{value='서울'}
부산 -> b
a = Address{value='서울'}
b = Address{value='부산'}

 

 

a 와 b 는서로 다른 인스턴스를 참조한다.

따라서 b가 참조하는 인스턴스의 값을 변경해도 a에는 영향을 주지 않는다.

 

 

4. 여러 변수가 하나의 객체를 공유하는 것을 막을 방법은 없다.

사이드 이펙트를 해결하려면 서로 다른 객체를 참조하는 방법 밖에 없다.

 

 4.1 객체를 공유 - 이 방법 자체를 막을 방법은 없다.

Address a = new Address("서울"); 
Address b = a;

 

 4.2 객체를 공유하지 않음 - a와 b의 인스턴스 분리

Address a = new Address("서울");
Address b = new Address("서울");

이처럼 단순하게 서로 다른 객체를 참조해서, 같은 객체를 공유하지 않으면 문제가 해결된다.

 

지금까지의 내용을 정리하자면,

기본형은 항상 값을 복사해서 대입하기 때문에 값이 절대로 공유되지 않는다. 

하지만 참조형의 경우 참조값을 복사해서 대입하기 때문에 여러 변수에서 얼마든지 같은 객체를 공유할 수 있다.
공유하는 것이 지금과 같은 사이드 이펙트를 만드는 원인인 것이다. 

 

 

5. 사이드 이펙트가 원인인 것을 찾기 어려운 상황

package lang.immutable.address;

public class RefMain1_3 {

  public static void main(String[] args) { 
    Address a = new Address("서울"); 
    Address b = a;
    System.out.println("a = " + a);
    System.out.println("b = " + b);


    change(b, "부산"); 
    System.out.println("a = " + a); 
    System.out.println("b = " + b);
}

private static void change(Address address, String changeAddress) { 
System.out.println("주소 값을 변경합니다 -> " + changeAddress); 
address.setValue(changeAddress);
} 

}

 

실행결과

a = Address{value='서울'}
b = Address{value='서울'}
주소 값을 변경합니다 -> 부산
a = Address{value='부산'}
b = Address{value='부산'} ```

change() 메서드로 인스턴스 value값을 변경하는 경우 경로의 과정이 추가되어서 변경된 이유를 찾기가 어려워진다. 

 

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6. 불변 객체 - 도입

문제의 직접적인 원인은 공유될 수 있는 객체의 값을 어디선가 변경했기 때문이다.

 

객체의 상태(객체 내부의 값, 필드, 멤버 변수)가 변하지 않는 객체를 불변 객체(Immutable Object)라 한다.

package lang.immutable.address;
 public class ImmutableAddress {
 
     private final String value;
     
     public ImmutableAddress(String value) {
         this.value = value;
}

     public String getValue() {
        return value;
}

    @Override
    public String toString() {
    return "Address{" +
            "value='" + value + '\'' +
            '}'

  } 
}

내부 값이 변경되면 안된다. 따라서 value 의 필드를  final로 선언했다.
값을 변경할 수 있는 setValue()를 제거했다.
이 클래스는 생성자를 통해서만 값을 설정할 수 있고, 이후에는 값을 변경하는 것이 불가능하다.

 

package lang.immutable.address;

 public class RefMain2 {
 
   public static void main(String[] args) {
        ImmutableAddress a = new ImmutableAddress("서울"); 
        ImmutableAddress b = a; //참조값 대입을 막을 수 있는 방법이 없다. 
        System.out.println("a = " + a);
        System.out.println("b = " + b);
        
        //b.setValue("부산"); //컴파일 오류 발생 
        b = new ImmutableAddress("부산"); 
        System.out.println("부산 -> b"); 
        System.out.println("a = " + a); 
        System.out.println("b = " + b);
   }
}

 

`ImmutableAddress` 의 경우 값을 변경할 수 있는 b.setValue()메서드 자체가 제거되었다.
이제 ImmutableAddress 인스턴스의 값을 변경할 수 있는 방법은 없다.
ImmutableAddress를 사용하는 개발자는 값을 변경하려고 시도하다가, 값을 변경하는 것이 불가능하다는 사실을 알고, 이 객체가 불변 객체인 사실을 깨닫게 된다.

예를 들어 `b.setValue("부산")` 을 호출하려고 했는데, 해당 메서드가 없다는 사실을 컴파일 오류를 통해 인지한다.

 

따라서 새로운 ImmutableAddress("부산") 인스턴스를 생성해서 b에 대입한다.
결과적으로 a , b는 서로 다른 인스턴스를 참조하고, a가 참조하던 ImmutableAddress는 그대로 유지된다.

 

실행 결과

a = Address{value='서울'}
b = Address{value='서울'}
부산 -> b
a = Address{value='서울'}
b = Address{value='부산'}