2021년 10월 22일 TIL

Builder Pattern vs Java Beans Patterns

자바빈즈 패턴이란, 매개변수가 없는 생성자로 객체를 만든 후, Setter 메서드들을 호출하여 원하는 매개변수의 값을 설정하는 방식이다. 하지만 여기에는 심각한 단점이 있다. 생각해보면 default 생성자를 통해 객체만 생성하고 필요한 매개변수들을 setter 메소드로 값을 설정해준다고 할때 만약 설정해야할 매개변수의 수가 무수히 많다면? 우리는 그만큼의 Setter 메소드 호출을 해야한다. 또한 객체가 완전히 생성되기 전까지 일관성이 무너진 상태이다.

일관성이 깨진 객체가 만들어지는것 자체도 런타임시 에러가 발생할 수 있게되고 디버깅도 어려워진다. 따라서 이러한 문제 때문에 자바빈즈 패턴에서는 클래스를 불변으로 만들 수 없고 스레드 안정성을 얻기 위해서 추가 작업을 해줘야하는 불편함이 있다.

• 생성과 표현의 분리를 위해서
• 불변객체로 인스턴스를 생성하는데 초점이 맞춰져 있다.

불변객체 사용의 이유

[ 불변 객체(Immutable Object)란? ]

불변 객체(Immutable Object)란 객체 생성 이후 내부의 상태가 변하지 않는 객체이다. 불변 객체는 read-only 메소드만을 제공하며, 객체의 내부 상태를 제공하는 메소드를 제공하지 않거나 제공하는 경우 방어적 복사(defensive-copy)를 통해 제공한다.

[ 불변 객체(Immutable Object) 및 final을 사용해야 하는 이유 ]

실무를 진행하다보면 불변 객체와 final을 자주 사용하게 될 것이고, 자주 사용하지 않는다면 사용해야 한다. 불변 객체 또는 final을 사용해야 하는 이유는 다음과 같다.

1. Thread-Safe하여 병렬 프로그래밍에 유용하며, 동기화를 고려하지 않아도 된다.

멀티 쓰레드 환경에서 동기화 문제가 발생하는 이유는 공유 자원에 동시에 쓰기(Write) 때문이다. 하지만 만약 공유 자원이 불변의 자원이라면 어떻게 될까? 더 이상 동기화를 고려하지 않아도 될 것이다. 왜냐하면 항상 동일한 값을 반환할 것이기 때문이다. 이는 안정성을 보장할 뿐만 아니라 동기화를 하지 않음으로써 성능상의 이점도 가져다준다.

2. 실패 원자적인(Failure Atomic) 메소드를 만들 수 있다.

가변 객체를 통해 어떠한 작업을 하는 도중 예외가 발생하면 해당 객체가 불안정한 상태에 빠질 수 있다. 그리고 불한정한 상태를 갖는 객체는 또 다른 에러를 유발할 수 있다. 하지만 불변 객체라면 어떠한 예외가 발생하여도 메소드 호출 전의 상태를 유지할 수 있을 것이다. 그리고 예외가 발생하여도 오류가 발생하지 않은 것 처럼 다음 로직을 처리할 수 있다.

3. Cache나 Map의 또는 Set 등의 요소로 활용하기에 더욱 적합하다.

만약 캐시나 Map 또는 Set 등으로 사용되는 객체가 변경되었다면 이를 갱신하는 등의 작업을 추가로 해주어야 할 것이다. 하지만 객체가 불변이라면 한 번 데이터가 저장된 이후에 다른 부가 작업들을 고려하지 않아도 될 것이고, 이는 캐시나 다른 자료 구조를 사용하는데 용이하게 작용할 것이다.

4. 부수 효과(Side Effect)를 피해 오류가능성을 최소화할 수 있다.

부수 효과란 변수의 값이 변경되거나, 필드 값이 설정되는 등의 변화가 발생하는 효과를 의미한다. 만약 객체의 수정자(Setter)가 구현되어 있고, 여러 메소드에서 객체의 값이 변경된다면 객체를 예측하기 어려워질 것이다. 객체의 바뀐 상태를 파악하기 위해서는 메소드들을 살펴보아야 할 것이며 이러한 부분은 유지보수성을 상당히 떨어뜨린다. 그래서 이러한 부수효과가 없는 순수 함수들을 만드는 것이 상당히 중요한데, 객체가 불변이라면 어떻게 될까?

불변 객체는 기본적으로 값의 수정이 불가능하기 때문에 변경 가능성이 적으며, 객체의 생성과 사용이 상당히 제한된다. 그렇기 때문에 메소드들은 자연스럽게 순수 함수들로 구성될 것이고, 다른 메소드가 호출되어도 객체의 상태가 유지되기 때문에 안전하게 객체를 다시 사용할 수 있다. 이러한 불변 객체는 오류를 줄여 유지보수성이 높은 코드를 작성하도록 도와줄 것이다.

5. 다른 사람이 작성한 함수를 예측가능하며 안전하게 사용할 수 있다.

일반적으로 개발을 하면 다른 사람들과 협업을 하면서 진행하게 된다. 불변성(Immutability)은 협업을 하는 과정에서도 도움을 주는데, 불변성이 보장된 함수라면 다른 사람이 개발한 함수를 위험없이 이용할 수 있다. 마찬가지로 다른 사람도 내가 작성한 메소드를 호출하여도, 값이 변하지 않음을 보장받을 수 있다. 그렇기에 우리는 다른 사람의 코드를 변경에 대한 불안없이 이용할 수 있다. 또한 불필요한 시간을 절약할 수도 있는데, 이에 대한 예제는 아래에서 자세히 살펴보도록 하자.

6. 가비지 컬렉션의 성능을 높일 수 있다.

불변성(Immutability)을 활용하는 것은 많은 이점을 가져다주는데, 그 중에서 많은 사람들이 놓치는 것이 바로 GC의 성능을 높여준다는 것이다.

불변의 객체는 한번 생성된 이후에 수정이 불가능한 객체로, Java에서는 final 키워드를 사용하여 불변의 객체를 생성할 수 있다. 이렇게 객체를 생성하기 위해서는 객체를 가지는 컨테이너도 존재한다는 것인데, 당연히 불변의 객체가 먼저 생성되어야 컨테이너가 이 객체를 참조할 수 있을 것이다. 즉, 컨테이너는 컨테이너가 참조하는 가장 젊은 객체들보다 더 젊다는 것(늦게 생성되었다는 것)이다. 이러한 점은 GC가 수행될 때, 가비지 컬렉터가 컨테이너 하위의 불변 객체들은 Skip할 수 있도록 도와준다. 왜냐하면 해당 컨테이너가 살아있다는 것은 하위의 불변 객체들 역시 처음에 할당된 그 상태로 참조되고 있다는 것을 의미하기 때문이다.

Java에 대한 유명한 책인 Effective Java에는 다음과 같은 구문이 적혀있다. 이를 명심하고 개발하도록 하자.

클래스들은 가변적이여야 하는 매우 타당한 이유가 있지 않는 한 반드시 불변으로 만들어야 한다. 만약 클래스를 불변으로 만드는 것이 불가능하다면, 가능한 변경 가능성을 최소화하라.