예전 Java에서 함수 타입을 표현하기 위해 추상 메서드를 하나만 담는 인터페이스를 사용했다. 이러한 인터페이스의 인스턴스는 특정 함수 혹은 동작을 나타내는데 사용했다.
JDK 1.1 등장 이후 이러한 함수 객체를 만드는 주요 수단이 익명 클래스가 되었다. 우선 익명 클래스가 무엇인지 알아본다.
익명 클래스(anonymous class)는 말그대로 이름이 없는 클래스이다. 이러한 익명 클래스를 사용하면 클래스 선언과 인스턴스화를 동시에 할 수 있다. 즉석에서 필요한 구현을 만들어 사용할 수 있다.
아래는 간단한 예시를 위한 Crew 클래스이다. 이름과 코스 정보를 가지고 있고 리뷰 요청을 위한 메서드를 가지고 있다.
public class Crew {
private final String name;
private final Course course;
public Crew() {
this.name = "unknown";
this.course = Course.NONE;
}
public Crew(String name, Course course) {
this.name = name;
this.course = course;
}
public void sendPullRequest() {
System.out.println(name + " 이/가 리뷰요청을 보냈습니다.");
}
}Crew crew = new Crew("매트", Course.BACKEND);기본적으로 인스턴스 생성을 위해서는 new 키워드를 사용하여 진행한다. 여기서 인스턴스는 new Crew("매트", Course.BACKEND)는 클래스 이름 Crew를 가진다. 즉 이름을 가진 클래스이다.
이름이 없는 클래스는 아래와 같다.
Crew crew = new Crew() {
@Override
public void sendPullRequest() {
System.out.println("익명의 크루가 리뷰요청을 보냈습니다.");
}
};인스턴스 생성을 위해 new Crew()로 인하여 인스턴스의 이름을 가지고 있다고 판단할 수 있지만 이후 등장하는 {}로 인하여 이름이 없다고 판단한다.
해당 인스턴스는 Crew 클래스를 상속받는 형태를 띄고 있다. 그렇기 때문에 Crew 클래스의 메서드를 자유롭게 재정의할 수 있다. 위에서 나타나는 Crew는 클래스 이름이 아닌 단순히 상속 받을 클래스의 이름을 나타낼 뿐이다.
정리하면 익명 클래스를 활용한 인스턴스화는 Crew 클래스를 상속한 이름이 없는 클래스의 인스턴스일 뿐이다. 익명 클래스는 이름을 가지지 않기 때문에 내부에 생성자 선언이 불가능하다.
리턴 타입을 쓰지 않아 메소드의 선언이 잘못된 경우이다.
위에서 언급한 익명 클래스는 다양한 동작을 구현할 수 있지만 부가적인 코드를 많이 가지고 있다. 더 깔끔한 코드로 동작을 구현하고 전달하기 위해 Java 8은 람다 표현식(Lambda Expression)을 제공한다.
람다 표현식은 메서드로 전달할 수 있는 함수 객체를 단순화한 것이다. 람다 표현식은 이름을 가지지 않고 매개변수 리스트, 바디, 반환 형식 등을 가질 수 있다.
아래는 람다 표현식의 특징을 확인할 수 있는 간단한 예제이다.
List<Integer> numbers = new ArrayList<>(List.of(3, 2, 1, 4, 10, 5, 7));
numbers.sort(new Comparator<>() {
@Override
public int compare(Integer o1, Integer o2) {
return Integer.compare(o1, o2);
}
});람다 표현식이 아닌 익명 클래스를 활용하여 Comparator 클래스를 구현하였다. 단순히 오름차순 정렬을 위한 기능이지만 부가적인 많은 코드가 필요하다.
아래는 람다 표현식으로 개선한 것이다.
List<Integer> numbers = new ArrayList<>(List.of(3, 2, 1, 4, 10, 5, 7));
numbers.sort((o1, o2) -> Integer.compare(o1, o2));동일하게 오름차순 정렬을 진행하지만 간결하게 표현이 가능하다.
여기서 람다의 매개변수(o1, o2)의 타입은 Integer, 반환값의 타입은 int이지만 코드에는 언급되지 않는다. 컴파일러가 문맥을 살펴보며 타입을 추론한다. 타입 추론에 대한 규칙은 많은 내용과 복잡한 과정을 가지고 있기 때문에 자세한 언급은 생략한다.
정리하면 타입의 명시해야 코드가 더 명확할 때를 제외하고는 람다의 모든 매개 변수 타입을 생략하는 것이 보다 더 간결한 표현을 만들어 준다.
람다는 이름 없고 문서화를 못 한다. 코드 자체로 동작이 명확하게 설명이 되지 않거나 코드 줄 수가 많아지면 람다 사용을 고민해봐야 한다. 람다는 한 줄 일 때 가장 좋고 길어야 세 줄 안에 끝내는 것이 좋다.
람다는 자신을 참조할 수 없다. 람다에서 this 키워드는 바깥 인스턴스를 가리킨다.
public class LambdaReference {
public static void main(String[] args) {
LambdaReference lambdaReference = new LambdaReference();
lambdaReference.run();
}
public void run() {
Runnable runnable = () -> System.out.println(this);
runnable.run();
}
@Override
public String toString() {
return "LambdaReference";
}
}실행하면 toString 메서드의 LambdaReference를 출력하고 있다.
LambdaReference익명 클래스의 this 키워드는 익명 클래스의 인스턴스 자신을 가리킨다.
public class AnonymousReference {
public static void main(String[] args) {
AnonymousReference anonymousReference = new AnonymousReference();
anonymousReference.run();
}
public void run() {
Runnable runnable = new Runnable() {
@Override
public void run() {
System.out.println(this);
}
@Override
public String toString() {
return "Runnable";
}
};
runnable.run();
}
@Override
public String toString() {
return "AnonymousReference";
}
}Runnable위 예제들을 작성하며 this를 제외하고 익명 클래스와 람다는 단순히 표현 방식에만 차이가 있다고 생각했다. 하지만 내부적으로 어떠한 차이가 있는지 궁금했다. 확인해보기 위해 같은 기능을 두 가지 방식으로 작성 후 차이를 알아보았다.
아래는 익명 클래스로 작성된 Comparator의 구현체이다.
public class AnonymousExample {
public static void main(String[] args) {
Comparator<Integer> comparator = new Comparator<>() {
@Override
public int compare(Integer o1, Integer o2) {
return Integer.compare(o1, o2);
}
};
}
}빌드를 진행하면 두 개의 클래스 파일이 생성된다.
아래는 익명 클래스로 작성한 코드의 바이트코드이다.
바이트코드를 살펴보면 따로 생성된 익명 클래스를 INVOKESPECIAL 이라는 OPCODE로 생성자를 호출하고 있다.
Invoke instance method; special handling for superclass, private, and instance initialization method invocations
인스턴스 메서드 호출, 슈퍼 클래스, 개인 및 인스턴스 초기화 메서드 호출에 대한 특수 처리를 의미한다.
정리하면 생성자, private method, super 클래스 호출 등에 사용된다.
new ArrayList() invokespecial java/util/ArrayList.<init>: ()V
아래는 람다로 작성된 Comparator의 구현체이다.
public class LambdaExample {
public static void main(String[] args) {
Comparator<Integer> comparator = (o1, o2) -> Integer.compare(o1, o2);
}
}빌드를 진행하면 익명 클래스와는 다르게 한 개의 클래스 파일이 생성된다.
추가적으로 바이트코드를 간단히 살펴보았다.
가장 주목할 키워드는 INVOKEDYNAMIC이다. 익명 클래스와는 다른 OPCODE를 활용하고 있다.
Invoke dynamic method.
동적 메서드를 호출한다. Java8 부터 default method, lambda compile시에 사용된다.
람다를 단순히 익명 클래스로 치환하여 해석할 경우 익명 클래스의 특징을 그대로 가져가게 된다. 즉 람다식 마다 클래스가 하나씩 생기고 항상 새로운 인스턴스를 할당하게 된다.
Java에는 함수를 표현할 타입이 존재하지 않기 때문에 기존에 사용하던 추상 메서드가 하나인 인터페이스를 활용한 방법을 고민 하였다. 이것을 기반으로 Java 8에서 함수형 인터페이스라는 개념을 통해 람다 표현식을 작성할 수 있게 되었다.
함수형 인터페이스를 통해 작성된 람다 표현식은 익명 클래스와는 다른 방식으로 해석된다. 또한 기존에 존재하던 개념을 그대로 사용하기 때문에 아래와 같은 장점들을 가질 수 있다.
- 기존에도 추상 메서드가 하나인 인터페이스를 많이 사용했기 때문에 호환을 유지할 수 있다.
- 기존에 존재하던 추상 메서드가 하나인 인터페이스들도 함수형 인터페이스로 동작할 수 있게 된다.
- 새로운 타입을 추가하지 않아도 람다식을 함수형 인터페이스의 인스턴스로 변환하여 큰 변화 없이 적용이 가능하다.
- 컴파일러에서 구조적으로 람다식을 함수형 인터페이스로 인식하고 치환할 수 있다.
함수형 인터페이스는
추상 메서드가 오직 하나인인터페이스이다.
익명 클래스가 필요한 경우 함수형 인터페이스가 아닌 타입의 인스턴스를 만들 때만 사용한다. 또한 람다에서 this는 바깥 클래스를 가리키기 때문에 유의해서 사용해야 한다. 이러한 람다는 함수 객체를 아주 쉽게 표현할 수 있으며 익명 클래스와 다르게 새로운 인스턴스를 할당하지 않는다.
람다를 단순히 익명 클래스로 치환하여 해석할 경우 람다식 마다 클래스가 하나씩 생기고 매번 새로운 인스턴스를 할당하는 문제를 동반한다. 이것을 방지하기 위해 함수형 인터페이스를 통해 작성된 람다 표현식은 익명 클래스와는 다른 방식으로 해석된다.
결론은 아이템 제목과 동일하게 익명 클래스보다는 람다를 사용해야 한다!
조슈아 블로크 지음, 개앞맴시(이복연) 옮김, 『이펙티브 자바』, 프로그래밍 인사이트(2020), p254-258. 람다의 내부동작 #1 람다의 내부동작 #2 15주차 과제: 람다식 invokespecial invokedynamic