Item1: 생성자 대신 정적 팩터리 메서드를 고려하라

2021. 1. 17. 20:03

클래스의 인스턴스를 생성하는 방법 2가지는 아래와 같다.

1. public 생성자

public class Person {
	public Person() {
	}
}

2. 정적 팩터리 메서드(static factory method)

public class Person {
	private static Person PERSON = new Person();
    
	private Person() { // 외부 생성 금지
	}

	public static final Person create() { // factory method
		return PERSON;
	}
}

정적 팩터리 메소드의 장점

1. 이름을 가질 수 있다.

일반 생성자의 경우 매개변수와 생성자 자체 만으로는 반환될 객체의 특성을 제대로 설명하지 못한다.

정적 팩터리 메서드의 경우는 이름을 지으면서 반환될 객체의 특성을 쉽게 묘사할 수 있다.

// BigInteger.probablePrime: 함수 네이밍을 통해 '값이 소수인 Biginteger를 반환한다'는 의미를 잘 전달한다.
public static BigInteger probablePrime(int bitLength, Random rnd) {
        if (bitLength < 2)
            throw new ArithmeticException("bitLength < 2");

        return (bitLength < SMALL_PRIME_THRESHOLD ?
                smallPrime(bitLength, DEFAULT_PRIME_CERTAINTY, rnd) :
                largePrime(bitLength, DEFAULT_PRIME_CERTAINTY, rnd));
}

또한, 생성자 방식으로 인스턴스를 생성할 경우, 같은 매개변수로는 동일한 생성자를 사용해야하지만

정적 팩터리 메서드는 이름을 가질 수 있으므로 한 클래스에 같은 매개변수의 생성자가 여러개 필요하다면 차이를 잘 드러내는 이름을 지어줌으로써 역할 구분이 가능하다.

2. 호출될 때마다 인스턴스를 새로 생성하지는 않아도 된다.

*불변 클래스는 인스턴스를 미리 만들어 놓거나 새로 생성한 인스턴스를 캐싱하여 재활용함으로써 불필요한 객체 생성을 피할 수 있다.

public final class Boolean implements java.io.Serializable, Comparable<Boolean> {
	// static 자원은 JVM 클래스로더의 초기화 부분에서 할당된다.
	public static final Boolean TRUE = new Boolean(true);
	public static final Boolean FALSE = new Boolean(false);
	...
	public static Boolean valueOf(boolean b) {
		return (b ? TRUE : FALSE);
	}
}

같은 객체가 자주 요청되는 상황이고, 이 객체의 생성비용이 크다면 정적팩터리 메소드 방식으로 인스턴스를 생성하도록 한다.

3. 반환 타입의 하위 타입 객체를 반환할 수 있는 능력이 있다. - 인터페이스기반 프레임워크(Item20)의 핵심기술

이 능력은 반환할 객체의 클래스를 자유롭게 선택할 수 있게 한다.

이를 응용하면 구현 클래스를 공개하지 않고도 그 객체를 반환할 수 있어 API를 작게 유지할 수 있다.

interface Person {

}

class Doctor implements Person {

	private Doctor() {
	} // 외부 생성 금지

	public static final Person create() { // 구체적인 타입을 숨길 수 있다
		return new Doctor();
	}
}

정적 팩터리 메서드를 사용하는 클라이언트는 얻은 객체를 (그 구현 클래스 가 아닌) 인터페이스만으로 다루게 된다(Item64)

4. 입력 매개변수에 따라 매번 다른 클래스의 객체를 반환할 수 있다. (반환 타입의 하위 타입이기만 하면)

정적팩터리 메서드를 사용하면 동적으로 적절한 타입의 객체를 반환할 수 있다.

심지어 다음 릴리스에서는 또 다른 클래스의 객체를 반환해도 된다.

    public static <E extends Enum<E>> EnumSet<E> noneOf(Class<E> elementType) {
    	// 원소의 수에 따라 두 가지 하위 클래스 중 하나의 인스턴스를 반환
        Enum<?>[] universe = getUniverse(elementType);
        if (universe == null)
            throw new ClassCastException(elementType + " not an enum");

        if (universe.length <= 64)
            return new RegularEnumSet<>(elementType, universe);
        else
            return new JumboEnumSet<>(elementType, universe);
    }

클라이언트는 RegularEnumSet과 JumboEnumSet 클래스의 존재를 모른다.

따라서 RegularEnumSet, JumboEnumSet등을 삭제하거나 다른 클래스들을 추가하더라도 클라이언트는 팩터리가 건네주는 객체가 어느 클래스의 인스턴스인지 모르기 때문에 문제 없다. EnumSet의 하위 클래스이기만 하면 되는 것이다.

5. 정적 팩터리 메서드를 작성하는 시점에는 반환할 객체의 클래스가 존재하지 않아도 된다.

ex) JDBC(Java Database Connectivity): 서비스 제공자 프레임워크에서의 제공자(provider)는 서비스의 구현체다. 그리고 이 구현체들을 클라이언트에 제공하는 역할을 프레임워크가 통제하여 , 클라이언트를 구현체로부터 분리해준다.

서비스 제공자 프레임워크의 컴포넌트 3요소

서비스 인터페이스(service interface): 구현체의 동작을 정의
제공자 등록 API (provider registration API): 제공자가 구현체를 등록할 때 사용
서비스 접근 API (service access API): 클라이언트가 서비스의 인스턴스를 얻을 때 사용

아래는 jdbc를 이용하여 db 커넥션을 만드는 코드이다.

public static void main(String[] args) {
	String driverName = "com.mysql.jdbc.Driver";
	String url = "jdbc:mysql://localhost:3306/test";
	String user = "root";
	String password = "soyeon";
    
	try {
		Class.forName(driverName);

		// 서비스 접근 API인 DriverManager.getConnection가 서비스 구현체(서비스 인터페이스)인 Connection 반환
		Connection connection = DriverManager.getConnection(url, user, password);

	} catch (ClassNotFoundException e) {
		e.printStackTrace();
	} catch (SQLException e) {
		e.printStackTrace();
	}
}

그런데 Class.forName으로 드라이버 이름만 호출했는데 어떻게 DriverManager가 커넥션을 만들어서 리턴할 수 있었을까?

1. Class.forName(String name) 메소드에 의해 문자열로 전달되는 "com.mysql.jdbc.Driver"이라는 클래스가 메모리에 로드 된다.

2. 메모리에 로드되면서 "com.mysql.jdbc.Driver" 클래스의 static 절이 실행된다. 아래와 같이 DriverManager.registerDriver() 메소드를 통해 자기 자신을 등록한다. 즉, 이러한 이유로 Class.forName("com.mysql.jdbc.Driver") 실행시 JDBC Driver가 자동 등록된다.

http://www.docjar.com/html/api/com/mysql/jdbc/Driver.java.html

3. 등록한 JDBC Driver는 데이터베이스 Connection을 생성하는 시점에 사용되게 된다.

자바 가상머신이 동작을 시작하고, 코드가 실행되기 전까지는 어떤 JDBC 드라이버가 사용될 지 모르기 때문에, 동적으로 드라이버를 로딩하기 위해 리플렉션(java.lang.reflect)을 이용한다.

이외에도 서비스 제공자 프레임워크 패턴의 경우 여러 변형이 있는데,

브리지 패턴(Bridge Pattern): 2021/01/19 - [책읽기/Design Patterns] - Bridge Pattern
의존 객체 주입(Dependency Injection) - Item5: 2021/01/26 - [책읽기/Effective Java] - Item5: 자원을 직접 명시하지 말고 의존 객체 주입을 사용하라

자바5 이후는 java.util.ServiceLoader라는 범용 서비스 제공자 프레임워크가 제공되어 프레임워크를 직접 만들 필요가 거의 없어졌다.(Item59).

JDBC는 자바 5 전에 등장한 개념이므로 ServiceLoader를 사용하지 않고 위와 같이 구현되어 있다.

단점

1. 정적 팩터리 메서드만 제공하면 하위 클래스를 만들 수 없다.

상속을 하려면 public이나 protected 생성자가 필요한데, 정적 팩터리 메서드를 사용하는 경우 private 기본생성자를 통해 외부 생성을 막아두기 때문이다. 따라서 정적 팩터리 메서드를 이용하는 대표적인 클래스인 컬렉션 프레임워크의 유틸리티 구현 클래스들은 상속할 수 없 다.

이 제약은 상속보다 컴포지션을 사용(Item18) 하도록 유도하고 불변 타입으로 만들려면 이 제약을 지켜야 한다는 점에서 오히려 장점이 될 수 있다.

2. 정적 팩터리 메서드는 프로그래머가 찾기 어렵다.

생성자처럼 API 설명에 명확히 드러나지 않으므로 사용자는 정적 팩터리 메서드 방식 클래스를 인스턴스화할 방법을 API 문서를 통해 알아내야 한다.

아래는 정적 팩터리 메서드에서 통용되는 명명 방식이다.

from： 매개변수를 하나 받아서 해당 타입의 인스턴스를 반환하는 형변환 메서드
- Date d = Date.from(instant);
of： 여러 매개변수를 받아 적합한 타입의 인스턴스를 반환하는 집계 메서드
- Set<Rank> cards = EnumSet.of(JACK, QUEEN, KING);
valueOf： from과 of의 더 자세한 버전
- Boolean true = Boolean.valueOf(true);
instance (getlnstance)： (매개변수를 받는다면) 매개변수로 명시한 인스턴스를 반환하지만, 같은 인스턴스임을 보장하지는 않는다.
- Calendar calendar = Calendar.getlnstance(zone);

public static Calendar getInstance(TimeZone zone){
        return createCalendar(zone, Locale.getDefault(Locale.Category.FORMAT));
}

create (newlnstance)： instance 혹은 getlnstance와 같지만, 매번 새로 운 인스턴스를 생성해 반환함을 보장한다.
- Object newArray = Array.newInstance(classObject, arrayLen);

public static Object newInstance(Class<?> componentType, int length) throws NegativeArraySizeException {
        return newArray(componentType, length);
}
@HotSpotIntrinsicCandidate
private static native Object newArray(Class<?> componentType, int length)
        throws NegativeArraySizeException;

getType： getlnstance와 같으나, 생성할 클래스가 아닌 다른 클래스에 팩터리 메서드를 정의할 때 사용한다. Type은 팩터리 메서드가 반환할 객체의 타입 이다.
- Filestore fs = Flies.getFileStore(path)
newType: newlnstance와 같으나, 생성할 클래스가 아닌 다른 클래스에 팩터리 메서드를 정의할 때 쓴다. Type은 팩터 리 메서드가 반환할 객체의 타입 이다.
- BufferedReader br = Files.newBufferedReader(path);
type. getType과 newType의 간결한 버전
- List<Complaint> litany = Collections.list(legacyLitany);

용어

불변클래스(immutable class): Item17
- 객체가 생성된 이후 그 값을 변경할 수 없는 것 ex) String class, Wrapper class(Integer, Double, ...)
- 하나의 상태만을 가지고 있으므로 데이터를 신뢰할 수 있다. => Thread-safe이므로 멀티스레드 환경에서 안전하다.
- 불변클래스에서 동치인 인스턴스가 단 하나뿐임을 보장할 수 있다: a==b <=> a.equals(b)
플라이웨이트 패턴(Flyweight pattern): 2021/01/19 - [책읽기/Design Patterns] - Flyweight Pattern
인스턴스 통제(instance-controlled) 클래스: 인스턴스를 N개로 제어하고 있는 클래스
- 싱글턴(singleton): Item3 2021/01/19 - [책읽기/Design Patterns] - Singleton Pattern
- 인스턴스화 불가(noninstantiable): Item4
- enum type의 경우 인스턴스가 하나만 만들어짐을 보장한다.
리플렉션(java.lang.reflect): 코드 작성 시점에는 구체적인 클래스 타입을 알지 못해도, 런타임에 그 클래스의 메소드/타입/변수들을 접근할 수 있도록 해주는 java api
- 2021/01/23 - [작성중...] - Java Reflection이란?
- ex) annotations: 바로 설계할 때에는 어떤 타입의 클래스를 사용하는지 알 수 없으나, 실행 시점에 확인하여 사용 가능
- java class 파일은 바이트 코드로 컴파일 되어 static 영역에 위치하게 되는데, 클래스 이름을 알게 되면 이 영역에서 클래스에 대한 정보를 가져올 수 있다.
  - className
  - class modifiers(public, private, synchronized 등)
  - package
  - superclass
  - implemented interfaces
  - constructors
  - method fields
  - annotations

컴포지션: 서브 클래스의 private 필드로 Super class의 인스턴스를 참조하는 방식을 말한다.

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