인터페이스

  • Java
  • 2021년 12월 8일

1. 인터페이스란?

자바의 다형성을 극대화하여 개발코드 수정을 줄이고 유지보수를 용이하게 하기 위함

다형성? 동일한 메시지를 수신했을 때 객체의 타입에 따라 다르게 응답할 수 있는 능력

1) 추상클래스와 인터페이스 차이

추상메서드를 가짐으로써 다형성을 극대화하면서 어떤 역할을 구현하는 방법(객체들이 따라야 하는 책임의 집합을 서술한 것)이라는 공통점이 있다.

하지만 추상 클래스는 is-a관계로 -는 -이다. 의 개념이며 책임의 일부를 구현해놓은 것이고 인터페이스는 has-a의 관계로 -는 -를 할 수 있다 의 개념으로 책임의 집합들을 나열해 놓은 것.

이때 이러한 관계가 객체지향에 있어 중요한 것은 객체의 속성이 아니라 객체의 행동간의 관계라는 것.

한마디로 닭은 새다, 맥은 os이다 와 같은 문장이 있을때 이 문장들 앞에 클라이언트 입장에서 라는 말이 빠져있는 것이다. 실제 세계의 관점으로 바라보며 객체간의 관계를 정의하는 것이 아닌 이 객체들을 사용하는 클라이언트 입장에서 바라보며 특정 객체의 행동을 통해 관계를 맺어야 한다.

서브 클래싱과 서브 타이핑

  • 서브 클래싱 : 다른 클래스의 코드를 재사용할 목적으로 상속을 사용하는 경우. 자식과 부모클래스간의 행동이 호환되지 않아 자식인스턴스가 부모인스턴스를 대체할 수없고 이를 구현 상속 / 클래스 상속이라고 부른다.
  • 서브 타이핑 : 타입 계층을 구성하기 위해 상속을 사용하는 경우. 자식과 부모클래스간의 행동이 호환되어 인스턴스를 대체할 수 있다.
alter-text
조영호님의 오브젝트 서적 이미지

2) 인터페이스의 장점

  1. 개발 기간 단축
    • 팀내에서 서로 다른 부분을 개발할 때 인터페이스만 잘 정의해두어도 서로의 개발이 끝나지 않아도 따로 코드를 작성할 수 있다.
  2. 클래스간의 낮은 결합도
    • 코드의 종속을 줄이고 유지보수성을 높일 수 있다.
  3. 표준화 가능
    • 협업 시에도 일정한 틀의 형태로 개발을 할 수 있게 한다.

3) 인터페이스 특징

  1. 필드로는 상수만 가능 (변수는 불가능 하다.) : 무조건 public static final로 선언 되며 생략 가능
  2. 추상 메서드 존재 : 무조건 public abstract으로 선언되며 생략 가능

4) 추상클래스의 한계

추상클래스는 단일 상속을 원칙으로 한다.

상속의 가장 큰 문제점은 캡슐화를 위반한다는 것과 설계가 유연하지 않다는 것.
코드의 재사용을 위해서는 상속이 아니라 합성을 사용하는 것이 바람직하고 상속은 타입계층을 구조화하기 위해 사용해야 한다.
의존성에 의한 영향이 적은 경우에도 추상화에 의존하고 의존성을 명시적으로 드러내는 것이 좋은 설계 습관이다.

메소드 오버라이딩 문제 해결했지만..

예를 들어, Person 인터페이스에서 메서드 a(), b(), c(), d() 를 제공한다고 하자.

이를 구현하는 Jun, Hong, Chang 클래스가 존재하고 각각 필요한 메서드는 하나씩 밖에 없는 상황이다.

alter-text

필요한 메서드가 아니라도 인터페이스 특성상, 모든 메서드를 오버라이딩 해야만 하는 이슈가 있다.

Java8 이전에는 추상클래스를 활용하여 이 문제를 해결하였다.

alter-text

해결하지 못한 문제

  • 매번 Adapter 추상클래스를 만들어야한다.
  • 다중 상속이 불가능하다.

이러한 문제를 해결하기 위해 Java8 인터페이스에는 어떤 변화가 있었는지 알아보자.



2. Java8 변화: 인터페이스의 기본 메소드와 스태틱 메소드

Java 8 부터는 인터페이스에도 메소드 선언뿐만 아니라 default method 와 static method를 통해 구현이 가능해졌다.

1) Default method (기본 메소드)

추상 메서드가 아니라 구현이 된 메서드를 제공하는 방법으로 코드의 중복을 피하고 기능을 추가할 때 사용

  • 하위 호환성 이 가장 큰 목적으로 어떤 인터페이스에 기능을 추가했을때 이를 상속, 구현한 클래스들이 깨지지 않게 하기위한 목적으로 default 메서드를 사용할 수 있다. 대표적으로 Collection의 of나 forEach 등이 있다.
  • 람다를 활용할 수 있는 기술 중 하나로 일종의 무한한 데이터의 흐름. 배열 또는 컬렉션, Map과 같은 자료구조들을 하나의 데이터 흐름으로 만듦으로서 함수 여러개를 chaning하여 코드의 양을 줄이고 간결하게 표현할 수 있게 해준다.
public interface Foo {
  void printName();
}

public class DefaultFoo implements Foo{
    @Override
    public void printName() {
        System.out.println("DefaultFoo");
    }
}

Foo 인터페이스를 구현하는 클래스가 많아지면, 새로운 기능의 메소드를 선언했이 추가됐을 때 구현체 모두 컴파일 에러가 발생.

이를 해결하기 위해, Default Method 등장!

public interface Foo {
    void printName();
		// 기본 메소드(Default Method)
    default void printNameUpperCase(){
        System.out.println("FOO");
    }
}

public static void main(String[] args){
      Foo foo = new DefaultFoo();
      foo.printName();
      foo.printNameUpperCase();
}
  • 장점 : 해당 인터페이스를 구현한 클래스를 깨트리지 않고 새 기능을 추가할 수 있음.
  • 주의할 점 : 기본 메소드는 구현체가 모르게 추가된 기능이기 때문에, 문제가 생길 수 있음.
public interface Foo {
    void printName();
    default void printNameUpperCase() {
        System.out.println(getName().toUpperCase());
    }
    String getName(); // Name 값이 항상 있다고 보장할 수 없다.
    // name = null -> NullPointException
}
  • 컴파일 에러는 아니지만 구현체에 따라 런타임 에러 발생 가능
  • 반드시 문서화 (@ImplSpec 자바독 태그 사용)
/**
 * @ImplSpec
 * 이 구현체는 getName()으로 가져온 문자열을 대문자로 변환 후 출력한다.
 */
default void printNameUpperCase() {
    // null 방지 하여 구현
    if(getName() == null) System.out.println("");
    System.out.println(getName().toUpperCase());
}

이래도 문제가 발생하는 경우는 구현 클래스에서 Overriding 을 이용해 재정의 할 수 있다.

  • 주의할 점 Object가 제공하는 기능은 default 메소드로 제공할 수 없다.
    • equals, hashCode, toString 등
    • 구현체가 재정의 해야한다!
    • 인터페이스에서 추상 메서드로 선언하는 것은 괜찮다.
      • 모두 공통으로 제공하기 때문에 추상 메서드로 분류하지 않는다.
  • 본인이 수정할 수 있는 인터페이스만 수정 가능하다.
  • 인터페이스를 상속받는 인터페이스에서 다시 추상 메소드로 변경할 수 있다.
alter-text

Diamond Problem

  • 구현체가 상속받는 두 인터페이스 모두 동일한 기본 메소드가 있는 경우?
alter-text
public interface Foo {
    default void getNameUpperCase() {
        ...
    }
}
public interface Bar extends Foo {
    void getNameUpperCase();  // 추상 메서드로 선언한 경우 구현 클래스에서 재정의 필수
    // 추상 메서드로 선언 하지 않은 경우 상위 인터페이스 그대로 사용 가능
}

public interface Foo {
    default void getNameUpperCase() {
        System.out.println("Foo");
    }
}
public interface Bar {
    default void getNameUpperCase() {
        System.out.println("Bar");
    }
}
public class Test implements Foo, Bar {
    ...
      // @Override
      // public void printNameUpperCase() {
      //    ...
      // }
}

Error: DefaultFoo inherits unrelated defaults for printNameUpperCase() from types Foo and Bar

  • Bar, Foo 중 무엇을 사용할지 모르기 때문에 컴파일 에러 발생
  • 충돌하는 default method 직접 override 해야한다.

2) Static method (정적 메소드)

인스턴스 없이 수행할 수 있는 행동을 정의 한 것

해당 인터페이스를 구현한 모든 인스턴스나 해당 타입에 관련된 헬퍼 또는 유틸리티 메소드를 제공할 때 인터페이스에 static method 제공 가능

public interface Foo {
    void printName();

    default void hello(){
        System.out.println("Foo");
    }
    static void helloAll(){
        System.out.println("인삿말");
    }
}

public class App {
    public static void main(String[] args) {
        Foo foo = new DefaultFoo();
        foo.hello();

        Foo.helloAll(); // static 메소드 사용
    }
}

✅ 바이트 코드

public interface ExInterface {
    static String staticMethod(){
        return "스태틱 메서드입니다";
    }
}

// byte code
public static method()I
   L0
    LINENUMBER 5 L0
    ICONST_1
    IRETURN
    MAXSTACK = 1
    MAXLOCALS = 0
}

접근지정자를 생략하면 기본적으로 public이 붙게되고 java8에서는 static method가 public만 가능하지만 java9 이상부터는 private도 가능하다. 당연히 private이기 때문에 외부에서는 접근이 불가능하다.

private 메서드의 조건

  • 구현부가 존재해야 한다.
  • 해당 인터페이스 내부에서만 사용이 가능하다.



3. 자바8 API의 기본 메소드와 스태틱 메소드

JAVA8 에서 추가된 기본 메소드로 인해 API 에 변화에 대해 알아보자

1) Iterable

공식 문서

순회를 편하게 할 수 있다!
대부분 혼자서 사용하는 경우는 거의 없고 Collection에 포함되어서 사용한다.

forEach()

public static void main(String[] args) {
    List<String> names = new ArrayList<>();
    names.add("yj");
    names.add("youngjun");
    names.add("spring");
    names.add("java8");

    names.forEach(System.out::println);

    // for (String name : names) {
    //    System.out.println(name);
    // }
}
  1. names.forEach(System.out::println)
    • forEach 는 내부 엘리먼트를 순회하며 각각의 요소들을 파라미터로 전달된 일급함수에 Functional Interface인 Consumer가 들어오고 처리.
    • 단순 출력만 하기 때문에 메소드 레퍼런스 기능을 이용해 간결하게 작성!
  2. for-of{…}
    • 기존에는 for-of 문을 사용해 출력이 가능하다고 함.
    • 하지만 조금이나마 더 간결한 forEach를 사용하는 것이 좋아 보임.

2) Collection

Iterable 을 상속받는 인터페이스다!

공식 문서

Spliterator

iterator 와 비슷한 개념이지만 Collection 을 분할한다는 점에서 차이가 있음.

public static void main(String[] args) {
    List<String> names = new ArrayList<>();
    names.add("yj");
    names.add("youngjun");
    names.add("spring");
    names.add("java8");

    Spliterator<String> spliterator = names.spliterator();
    while(spliterator.tryAdvance(System.out::println));
}
  1. Spliterator spliterator = names.spliterator();
    • iterator와 비슷하지만 분할할 수 있는 기능을 가진 Iterator 를 만들어 반환
  2. spliterator.tryAdvance(System.out::println)
    • iterator의 hasNext()메소드와 유사
    • 다만 내부 메소드에 파라미터로 forEach()와 동일하게 Functional Interface인 Consumer가 들어오고 더 이상 들어올게 없을 경우 false를 반환
    • 이 예제에서는 들어온 값을 단순 출력하는 메소드 레퍼런스를 사용

여기까지는 iterator와 차이가 없다. trySplit을 사용해보자.

public static void main(String[] args) {
    List<String> names = new ArrayList<>();
    names.add("yj");
    names.add("youngjun");
    names.add("spring");
    names.add("java8");

    Spliterator<String> spliterator = names.spliterator();
    Spliterator<String> trySplit = spliterator.trySplit();
    while(spliterator.tryAdvance(System.out::println));
    System.out.println("=========================");
    while(trySplit.tryAdvance(System.out::println));
}

/*
[실행 결과]
spring
java8
=========================
yj
youngjun
*/

  1. Spliterator trySplit = spliterator.trySplit();

    • spliterator에서 trySplit()메소드를 호출하게되면 해당 spliterator에서 앞에서부터 절반의 요소를 꺼내 새로운 spliterator를 만들어 반환
    alter-text
    trySplit() 실행 결과

  2. while(spliterator.tryAdvance(System.out::println));

    • trySplit()을 통해 앞의 두 String(yj, youngjun)이 분할되어 빠져나갔기 때문에 뒤의 두 값만 출력

  3. while(trySplit.tryAdvance(System.out::println));

    • spliterator 에서 가져온 앞 두 값(yj, youngjun)을 출력

removeIf

Collection 요소를 순회하며 인자로 넘겨주는 함수를 Functional Interface인 Predicate에 넘겨줘서 true 이면 삭제

public static void main(String[] args) {
    List<String> names = new ArrayList<>();
    names.add("yj");
    names.add("youngjun");
    names.add("spring");
    names.add("java8");

    names.removeIf(s -> s.startsWith("y"));
    names.forEach(System.out::println);
}
  1. names.removeIf(s -> s.startsWith(“y”));
    • names를 순회하며 각 요소들 중 단어가 ‘y’로 시작하는 단어를 찾아 삭제

etc

이후에 자세히 다룰 예정이다.

  • Stream()
  • parallelStream()

3) Comparator

공식문서

정렬에 사용되는 인터페이스

reversed

정렬을 역순으로!

public static void main(String[] args) {
    List<String> names = new ArrayList<>();
    names.add("yj");
    names.add("youngjun");
    names.add("spring");
    names.add("java8");

    Comparator<String> compareToIgnoreCase = String::compareToIgnoreCase;
    names.sort(compareToIgnoreCase.reversed());
    names.forEach(System.out::println);
}
  1. Comparator compareToIgnoreCase = String::compareToIgnoreCase
    • 메소드 레퍼런스를 메소드 체이닝 방식으로 사용할수는 없기에 분리하여 Comparator 타입의 Functional Interface인 compareToIgnoreCase 를 만들어준다.
  2. names.sort(compareToIgnoreCase.reversed());
    • 미리 선언해놓은 String 의 정렬 기준 메소드 레퍼런스에 reversed() 메소드를 호출해 역순으로 정렬

❓ 만약, 여기서 다음 정렬조건을 사용하여 정렬을 이어가고싶다면 thenComparing() 메소드를 이용하여 추가적인 정렬을 할 수 있다.

static reverseOrder() / naturalOrder()

  • 특정 타입의 Comparable이 지정되어있으면 일단 그 기준으로 역순이든 자연순이든 세팅해서 정렬함.

etc

  • static nullIsFirst() / nullIsLast()
  • static comparing()




Reference

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