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자바의 제네릭스(Generic)

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    자바의 제네릭스(Generic)

    컴파일 타임에 타입을 체크해주는 기능이다. 제네릭을 통해 추상화 레이어를 추가하는 방식으로 타입과 관련된 에러를 컴파일 타임에 잡아낼 수 있다. JDK 1.5 버전부터 지원되었다.

    제네릭이 필요한 이유

    Java 1.5 이전에는 Collections API에서 특정한 타입을 지정하지 않고 모든 객체를 저장할 수 있었다. 그러나 이로 인해 객체를 검색하거나 제거할 때 마다 타입 체크 및 형변환이 필요하다는 문제점이 있었다.

    예시로, JDK 1.5 이전의 코드이다.

    List list = new ArrayList();
list.add("Hello"); 
list.add(123); // 가능하지만 이후에 문제가 발생할 수 있다.

    이 경우에, 정수와 문자열이 함께 저장되므로, 리스트에서 항목을 가져올 때 해당 항목이 문자열인지 정수인지 알 수 없어서 발생하는 문제를 해결하기 위해 제네릭이 도입되었다.

    제네릭을 사용하면 형변환이 필요 없다.

    제네릭을 사용하면 컴파일러가 명시적으로 지정된 타입만을 허용하므로, 불필요한 형변환을 피할 수 있다.

    jdk 1.5 이전

    List myList = new ArrayList();
myList.add("Hello");
String firstItem = (String) myList.get(0); // 형변환 필요함

myList.add(new Integer(123));
Integer firstNumber = (Integer) myList.get(1); // 형변환 필요함

    jdk 1.5 이후

    List<String> stringList = new ArrayList<>();
stringList.add("Hello");
String firstItem = stringList.get(0); // 형변환 필요 없음

List<Integer> integerList = new ArrayList<>();
integerList.add(123);
Integer firstNumber = integerList.get(0); // 형변환 필요 없음

    제네릭을 사용하면 코드가 간결해진다.

    List<String> stringList = new ArrayList<>();
stringList.add("Hello");  // 문자열을 추가할 수 있다.

List<Integer> intList = new ArrayList<>();
intList.add(123);  // 정수를 추가할 수 있다.

    위 코드에서 List<T>에서 T는 제네릭 타입 파라미터이다. 즉, 클래스를 선언할 때 사용되는 파라미터로, T 대신에 우리가 원하는 어떤 타입도 넣을 수 있다.

    이를 통해 하나의 코드가 다양한 타입에 대해 동작할 수 있어, 코드의 중복을 줄이고, 유연성과 재사용성을 높일 수 있다.

    제네릭 타입의 네이밍 컨벤션

    일반적으로 제네릭 타입 매개변수 이름은 대문자로 된 알파벳 한 글자이다. 일반적인 변수 네이밍 컨벤션과 뚜렷한 대조를 이룬다. 일반 클래스 또는 인터페이스와 제네릭 타입을 보다 명확하게 구분하기 위함이다.

    E - Element (Java Collections Framework에서 주로 사용)
    K - Key
    N - Number
    T - Type
    V - Value
    S,U,V etc. - 2nd, 3rd, 4th types

    제네릭 타입의 제한 - Bounded Generics

    Bounded Generics는 제네릭 타입의 범위를 제한하는 기능이다. 제네릭 타입을 사용할 때 특정 클래스의 하위 클래스만을 허용하거나, 특정 인터페이스를 구현하는 클래스만을 허용하도록 제한할 수 있다. 이를 통해 더욱 안정적인 코드를 작성할 수 있다.

    예를 들어, T extends Comparable<T> 형태의 Bounded Generics는 T 타입이 Comparable 인터페이스를 구현한 타입, 즉 자신과 비교할 수 있는 타입만을 허용한다. 이는 코드에서 T 타입의 인스턴스를 안전하게 비교하는 것을 보장한다.

    Bounded Generics의 사용은 제네릭 타입의 범위를 제한하는 것이지만, 코드의 유연성과 안정성을 동시에 향상시키는 중요한 도구이다.

    공변성과 반공변성 적용하기 - Wildcard

    공변성은 서브 타입 관계를 의미한다. 예를 들어, Integer는 Number의 서브타입이므로 List<Integer>도 List<Number>의 서브타입이라고 할 수 있을 것 같지만, 제네릭에서는 이러한 관계가 성립하지 않다는게 주목할 지점이다.

    List<Integer> intList = new ArrayList<>();
// 컴파일 에러
List<Number> numList = intList;

    하지만 이런 문제를 해결하기 위해 와일드카드가 도입되었다. Upper Bounded Wildcards (<? extends T>)를 사용하면 T 타입 또는 그 서브타입을 허용하고, Lower Bounded Wildcards (<? super T>)를 사용하면 T 타입 또는 그 슈퍼타입을 허용한다.

    List<? extends Number> numList = intList; // 가능

    타입 소거 - Type Erasure

    타입 소거는 제네릭 코드가 실행 시에 타입 정보를 유지하지 않도록 컴파일러가 제네릭 타입을 제거하는 것을 의미한다. 이는 제네릭 코드가 non-generic 코드와 호환될 수 있도록 해준다. 컴파일 과정에서 타입 체크를 수행한 후에 제네릭 타입 정보를 제거하고, 필요한 곳에 형변환을 삽입한다. 이로 인해 컴파일된 바이트코드에는 제네릭 타입 정보가 포함되지 않게된다.

    타입 소거의 장점

    1. 호환성: 제네릭 코드를 사용하는 새로운 코드는 non-generic 코드와 호환성을 유지할 수 있다. 이는 이전 버전의 Java와의 호환성을 보장한다.
    2. 성능: 제네릭 타입이 런타임에 보존되지 않으므로, 제네릭이 도입되기 전과 동일한 효율적인 바이트코드를 생성할 수 있다.

    제네릭의 장점

    제네릭의 장점을 요약하면 다음과 같다.

    1. 타입 안전성(Type Safety)

      • 제네릭을 사용하면 컴파일러가 타입을 미리 체크하므로 타입 안정성을 보장한다. 잘못된 타입 사용에 대한 런타임 오류를 컴파일 시점에 미리 방지할 수 있다.

    2. 타입 캐스팅(Type Casting)가 필요하지 않다.

      • 제네릭을 사용하면 클래스나 메소드에 특정 타입이 지정되므로 명시적인 타입 캐스팅이 필요 없다. 이는 코드의 가독성을 높이고, 캐스팅에 따른 잠재적인 오류 가능성을 줄인다.

    3. 코드 재사용성(Reusability) 증가한다.

      • 제네릭을 사용하면 동일한 코드를 다양한 타입에 대해 사용할 수 있다. 예를 들어, List<Integer>와 List<String>은 모두 List라는 동일한 코드를 사용하면서도 다른 타입의 데이터를 다룰 수 있다.

    Ref.