[Effective Java : Item 1] 생성자 대신 정적 팩터리 메서드를 고려하라

 

 

 

개요

 

 

클래스의 새로운 인스턴스를 얻으려고 할 때 보통은 생성자를 이용한다. 하지만 특정 상황에 따라 생성자 대신 '정적 팩터리 메서드'를 통해 인스턴스를 반환하는 것을 고려해볼 수 있다(디자인 패턴의 팩터리 메서드 패턴과는 관계가 없다). 정적 팩터리 메서드가 생성자보다 무조건 좋은 것은 아니며, 경우에 따라 둘 중 하나 또는 두 가지 모두 제공할 수 있다. 정적 팩터리 메서드를 사용할 경우 아래와 같은 장단점이 존재한다.

 

장점

1. 메서드명, 즉 이름을 가질 수 있다.

2. 호출될 때마다 새로운 객체를 생성할 필요가 없다.

3. 반환 타입의 하위 타입 객체를 반환할 수 있다.

4. 입력 매개변수에 따라 매번 다른 클래스의 객체를 반환할 수 있다.

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

 

단점

1. 상속을 하기 위해서는 public이나 protected 생성자가 필요하므로 정적 팩터리 메서드만 제공할 경우 하위 클래스를 만들 수 없다.

2. 정적 팩터리 메서드는 개발자가 인식하기 어렵다.

 

아래에서 각각의 장단점에 대해 자세히 살펴보겠다.

 

 

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장점

 

1. 메서드명, 즉 이름을 가질 수 있다.

생성자의 경우 메서드명이 클래스명으로 강제되기 때문에 생성자가 반환하는 객체의 특성을 정확히 설명하지 못한다. 반면 정적 팩터리 메서드의 경우 개발자가 역할에 맞게 적절히 명명할 수 있으므로 반환할 객체의 특성을 보다 자세히 설명할 수 있다.

 

또한 생성자의 경우 하나의 시그니처에 대해 한 개만 생성할 수 있지만, 정적 팩터리 메서드는 이름을 달리하면 되므로 동일한 시그니처에 대한 제한이 없다. 매개변수의 순서를 바꾸는 방법으로 우회하여 생성자를 만들 수는 있지만 휴먼 에러를 야기할 위험한 방법이다.

 

BigInteger bigInt1 = new BigInteger(30, 50, new Random());
BigInteger bigInt2 = BigInteger.probablePrime(30, new Random());

 

위 코드는 BigInteger 클래스에서 각각 생성자, 정적 팩터리 메서드 방식으로 30bit 길이의 랜덤한 소수를 BigInteger 타입으로 반환받는 코드이다. 생성자의 경우 해당 생성자로 정확히 어떤 특성의 BigInteger를 반환 받는지 파악하기 힘들지만, 정적 팩터리 메서드의 경우 메서드명을 통해 해당 메서드가 확률적인 소수를 반환함을 유추할 수 있다.

 

 

2. 호출될 때마다 새로운 객체를 생성할 필요가 없다.

경량 패턴(Flyweight Pattern)과 비슷한 기법을 통해 객체의 인스턴스를 통제하여 불필요한 객체 생성을 방지할 수 있다. 이로 인해 객체의 생성 비용이 크거나 매우 자주 호출되는 경우 성능을 유의미하게 끌어올릴 수 있다.

 

대표적으로 Boolean.valueOf(boolean) 메서드는 객체를 아예 생성하지 않는다. Boolean 은 불변 클래스로, 값이 각각 true, false인 두 인스턴스를 캐시하여 관리하므로 객체를 새로 생성할 필요가 없다.

 

public static final Boolean TRUE = new Boolean(true);

public static final Boolean FALSE = new Boolean(false);

// 하나의 Boolean 객체가 가지는 불변값
private final boolean value;

/* ... */

public static Boolean valueOf(boolean b) {
    return (b ? TRUE : FALSE);
}

// Boolean a = true; 와 같이 작성한 코드의 경우 컴파일러에 의해 오토박싱(auto-boxing)되어
// Boolean a = Boolean.valueOf(true); 로 코드가 변환되어 처리된다.

 

실제로 아래와 같은 테스트 코드를 작성하여 동일한 값의 Boolean 비교는 같은 Boolean 객체를 참조하고 있음을 알 수 있다.

 

Boolean trueInstance1 = Boolean.valueOf(true);
Boolean trueInstance2 = Boolean.valueOf(true);

Boolean falseInstance1 = Boolean.valueOf(false);
Boolean falseInstance2 = Boolean.valueOf(false);

System.out.println(trueInstance1 == trueInstance2); // true (동일한 객체 참조)
System.out.println(falseInstance1 == falseInstance2); // true (동일한 객체 참조)

 

 

3. 반환 타입의 하위 타입 객체를 반환할 수 있다.

생성자는 동일 타입의 인스턴스만 반환할 수 있는 데 반해, 정적 팩터리 메서드는 자신 뿐 아니라 자신의 클래스를 상속하는 하위 클래스들의 인스턴스 반환이 가능하다. 

 

자바 8 버전부터 인터페이스에도 정적 메서드 선언이 가능해졌는데, 이 특징을 이용하여 인터페이스를 반환 타입으로 사용하는 '인터페이스 기반 프레임워크'를 구현할 수 있다. 인터페이스를 반환 타입으로 할 경우 클라이언트는 실제 구현 클래스를 정확히 알지 않아도 인터페이스만으로 조작이 가능하므로, 개념적인 무게를 크게 줄일 수 있다. java.util.Collections 인터페이스의 경우 위와 같은 방법으로 총 45개의 유틸리티 구현체를 제공한다. 

 

interface Fruit {
    public static Fruit getApple() {
        return new Apple();
    }

    public static Fruit getBanana() {
        return new Banana();
    }
}

class Apple implements Fruit {...}
class Banana implements Fruit {...}

Fruit apple = Fruit.getApple();
Fruit banana = Fruit.getBanana();

 

 

4. 입력 매개변수에 따라 매번 다른 클래스의 객체를 반환할 수 있다.

3번 내용과도 일부 상통하는 내용이다. 정적 팩터리 메서드를 사용할 경우 해당 클래스 타입의 하위 타입이기만 하면 아무 클래스를 반환해도 상관없고, 클라이언트는 해당 메서드가 정확히 어떤 구현체를 반환하는지 전혀 상관하지 않아도 된다. 따라서 조건에 따라 분기하여 적절한 구현체를 반환받을 수도 있다는 유연성이 있다.

public static <E extends Enum<E>> EnumSet<E> noneOf(Class<E> elementType) {
    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);
}

// example)
enum Color {
    RED, GREEN, BLUE, YELLOW, ORANGE, PURPLE
}

EnumSet<Color> emptyEnumSet = EnumSet.noneOf(Color.class);
System.out.println(emptyEnumSet.getClass()); // class java.util.RegularEnumSet

 

위는 EnumSet 클래스의 일부 코드 조각으로, 원소의 수에 따라 각각 자신의 구현체인 RegularEnumSet, JumboEnumSet을 반환함을 알 수 있다.

 

 

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

자바 6 부터는 java.util.ServiceLoader 라는 범용 서비스 제공자 프레임워크가 추가되었다. 서비스 제공자 프레임워크(Service Provider Framework)의 핵심적인 특성으로, 구체적인 구현체를 숨기고 인터페이스를 구현하면 된다는 유연성을 제공한다.

 

대표적인 서비스 제공자 프레임워크로는 JDBC가 있다. 이 특성을 통해 JDBC 개발자는 새로운 유형의 DB가 추가될 때마다 해당 DB의 Driver를 반환하는 코드를 추가로 작성하지 않아도 되고, 미래의 신규 DB 서비스 제공자가 Driver 인터페이스를 구현하여 DriveManager 에 등록함으로써 클라이언트에게 제공할 수 있도록 하였다. 클라이언트는 구체적인 Driver 구현체의 정보를 몰라도 인터페이스를 통해 connection을 얻을 수 있다.

 

public class NewDatabaseDriver implements Driver {
    static {
        try {
        	// 신규 DB 개발자는 Driver 클래스를 구현하여 DriverManager에 등록
            DriverManager.registerDriver(new NewDatabaseDriver());
        } catch (SQLException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }

    // 나머지 구현...
}

// 클라이언트는 아래와 같이 정확한 Driver 구현체를 몰라도 인터페이스를 통해 connection을 얻을 수 있음
Connection connection = DriverManager.getConnection("jdbc:newdatabase://localhost:3306/mydatabase", username, password);

 

한편 JDBC는 자바 6 이전에 등장했기 때문에 ServiceLoader를 사용하지 않고 서비스 제공자 프레임워크의 개념을 내부적으로 구현했다.

 

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단점

 

1. 상속을 하기 위해서는 public이나 protected 생성자가 필요하므로 정적 팩터리 메서드만 제공할 경우 하위 클래스를 만들 수 없다.

경우에 따라 생성자를 private으로 작성하여 사용을 막고 정적 팩터리 메서드만 제공할 수 있다. 하지만 이렇게 할 경우 상속을 하기 위해선 public이나 protected 생성자가 필요하므로 해당 클래스의 상속이 불가능해진다.

 

하지만 이는 상속보다 컴포지션을 사용하도록 유도하고, 불변 타입으로 만드려면 이 제약을 지켜야 한다는 점에서 오히려 장점으로 볼 수 있다는 의견이 있다.

 

2. 정적 팩터리 메서드는 개발자가 인식하기 어렵다.

생성자는 API 명세에 설명이 있는데 반해, 정적 팩터리 메서드는 그렇지 않다. 또한 역설적이게도 이름을 가지기 때문에 규약에 맞게 명명하지 않는다면 오히려 개발자가 인식하기 어려울 수 있다. 따라서 아래와 같이 정적 팩터리 메서드 명명 시 일반적으로 사용하는 규약을 따라야 한다.

 

메서드명	설명	예시
from	매개변수를 하나 받아서 해당 타입의 인스턴스 반환하는 형변환 메서드	Date d = Date.from(instant);
of	여러 매개변수를 받아 적합한 타입의 인스턴스를 반환하는 집계 메서드	Set<Rank> faceCards = EnumSet.of(JACK, QUEEN, KING);
valueOf	from과 of의 더 자세한 버전	BigInteger prime = BigInteger.valueOf(Integer.MAX_VALUE);
instance 혹은 getInstance	매개변수로 명시한 인스턴스를 반환. 같은 인스턴스임을 보장하지는 않음	StackWalker luke = StackWalker.getInstance(options);
create 혹은 newInstance	매개변수로 명시한 인스턴스를 반환. 새로운 인스턴스를 생성해 반환함을 보장	Object newArray = Array.newInstance(classObject, arrayLen);
getType	getInstance와 같으나, 생성할 클래스가 아닌 다른 클래스에 팩터리 메서드를 정의할 때 사용	FileStore fs = Files.getFileStore(path);
newType	newInstance와 같으나, 생성할 클래스가 아닌 다른 클래스에 팩터리 메서드를 정의할 때 사용	BufferReader br = Files.newBufferReader(path);
type	getType과 newType의 간결한 버전	List<Complaint> litany = Collections.list(legacyLitany);

 

 

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정리

 

정적 팩터리 메서드와 생성자는 각자 쓰임새가 있으니 상대적인 장단점을 이해하고 시의적절하게 사용하는 것이 좋다. 많은 경우에 생성자보다 정적 팩터리 메서드를 사용하는 것이 더 유리한 경우가 많으므로 무작정 생성자만 사용하는 습관이 있다면 고치고 정적 팩터리 메서드를 사용해보도록 하자.