[effective java] item 1. 생성자 대신 정적 팩토리 메서드를 고려하라

정적 팩토리 메서드(Static Factory Method)란?

정적 팩토리 메서드는 객체의 생성을 담당하는 클래스 메서드입니다.

자바의 String 클래스를 이용해 정적 팩토리 메서드가 무엇인지 알아봅시다. 

String.java의 valueOf

public static String valueOf(@NotNull char data[]) {
	return new String(data);
}

위 코드의 valueOf()은 파라미터로 char[]을 받아 String 객체를 생성해 반환합니다. 

해당 함수를 호출하는 코드는 다음과 같습니다. 

String str = String.valueOf("hello");

즉, 자바에서 String 객체를 만드려면 new 생성자를 사용하는 방법 외에 valueOf()을 사용하는 방법이 있습니다. 

 

 

정적(Static) 메서드란?

정적(static) 메서드는 특정 클래스에 속한 메서드이며, 해당 클래스의 인스턴스 생성없이 직접 클래스 이름을 통해 호출할 수 있는 메서드입니다. 클래스 수준의 멤버로 동작합니다.

정적 메서드의 특징은 다음과 같습니다. 

1. 인스턴스 생성없이 호출 가능
   정적 메서드는 클래스 레벨에서 호출되므로, 해당 클래스의 인스턴스를 생성하지 않고도 직접 호출할 수 있습니다.
   예를 들어, 'Math' 클래스의 'sqrt()' 메서드는 정적 메서드에서 'Math.sqrt(25)'와 같이 호출할 수 있습니다.
2. 인스턴스 변수와 직접적인 연관 없음
   정적 메서드는 클래스 수준에서 동작하므로, 해당 클래스의 인스턴스 변수에 직접적인 접근이 불가능합니다. 정적 메서드 내에서는 인스턴스 변수에 접근할 수 없고, 오직 정적 변수(static variable)와 정적 메서드만 접근할 수 있습니다.
3. 공유 리소스나 유틸리티 구현에 유용
   정적 메서드는 클래스 단위로 동작하기 때문에, 공유 리스소나 유틸리티 기능을 규현하는데 유용합니다. 
   예를 들어, 'StringUtils' 클래스의 'isEmpty(String)' 메서드는 문자열이 비어있는지 확인하는 유틸리티 기능을 제공합니다.
4. 재정의(Override)할 수 없음
   정적 메서드는 클래스 수준에서 호출되기 때문에, 재정의(Override)할 수 없습니다. 하위 클래스에서 동일한 시그니처를 가진 메서드를 정의해도 정적 메서드가 가려져서 호출되지 않습니다. 

클래스는 클라이언트에 public 생성자 대신 (혹은 생성자와 함께) 정적 팩터리 메서드를 제공할 수 있습니다.

이 방식에는 장점과 단점이 모두 존재합니다.

먼저 정적 팩토리 메서드가 생성자보다 좋은 장점 다섯 가지를 알아봅시다. 

 

 

정적 팩토리 메서드가 가지는 장점

1. 이름을 가질 수 있다.

 생성자는 반환될 객체의 특성을 제대로 설명하지 못합니다.  

예를 들어, 생성자인 BigInteger(int, int, Random)과 정적 팩터리 메서드인 BigInteger.probablePrime 중 어느 쪽이 '값이 소수인 BigInteger를 반환한다'는 의미를 더 잘 설명할 것 같은지 생각해 봅시다.

 

 하나의 시그니처로는 생성자를 하나만 만들 수 있습니다. 

이름을 가질 수 있는 정적 팩터리 메서드에는 이런 제약이 없습니다. 한 클래스에 시그니처가 같은 생성자가 여러 개 필요할 것 같으면, 생성자를 정적 팩터리 메서드로 바꾸고 각각의 차이를 잘 드러내는 이름을 지어줍시다.

 

2. 호출될 때마다 인스턴스를 새로 생성하지 않아도 된다.

이에 대한 예시는 enum이 대표적입니다.  

사용되는 값의 개수가 정해져 있다면, 해당 값을 미리 생성해놓고 조회(캐싱)할 수 있는 구조로 만들 수 있습니다.

즉, 정적 팩터리 메서드와 캐싱 구조를 사용하면 객체를 매번 새롭게 만들어줄 필요가 없어 불필요한 객체 생성을 피할 수 있습니다. 

 

Day 클래스

public class Day {

    private static final Map<String, Day> days = new HashMap<>();

    static {
        days.put("mon", new Day("Monday"));
        days.put("tue", new Day("Tuesday"));
        days.put("wen", new Day("Wednesday"));
        days.put("thu", new Day("Thursday"));
        days.put("fri", new Day("Friday"));
        days.put("sat", new Day("Saturday"));
        days.put("sun", new Day("Sunday"));
    }

    public static Day from(String day) {
        return days.get(day);
    }

    private final String day;

    private Day(String day) {
        this.day = day;
    }

    public String getDay() {
        return day;
    }
}

Day 클래스 사용

public static void main(String[] args) {
    Day day = Day.from("mon");
    System.out.println(day.getDay());
}

 

위 코드를 살펴보면 Day.from 호출 시 정적 팩토리 메서드인 from을 이용해 mon에 해당하는 Monday를 가진 Day 객체를 반환합니다. 

이때 각 요일을 static을 통해 미리 생성했기 때문에, Day.from을 사용하면 미리 생성된 days에 있는 Day 객체를 반환합니다.

이는 객체를 생성할 때마다 중복되는 과정을 줄일 수 있고, 로직 상에서 중복(new로 객체를 매번 생성하여 반환하는 것)을 없앨 수 있습니다.

 

따라서 정적 팩토리 메서드는 (특히 생성 비용이 큰) 같은 객체가 자주 요청되는 상황이라면 성능을 상당히 끌어올려 줍니다. 플라이웨이트(Flyweight pattern)도 이와 비슷한 기법이라 할 수 있습니다.

 

반복되는 요청에 같은 객체를 반환하는 식으로 정적 팩토리 방식의 클래스는 언제 어느 인스턴스를 살아 있게 할지를 철저히 통제할 수 있습니다. 이런 클래스를 인스턴스 통제(instance-controlled) 클래스라 합니다.

그렇다면 인스턴스를 통제하는 이유는 무엇일까요?

• 인스턴스를 통제하면 클래스를 싱글턴으로 만들 수 있다.
• 또한, 인스턴스화 불가(noninstantiable)로 만들 수도 있다.
• 또한, 불변 값 클래스에서 동치인 인스턴스가 단 하나뿐임을 보장할 수 있다. (a==b일 때만 a.equals(b)가 성립)
• 인스턴스 통제는 플라이웨이트 패턴의 근간이 되며, 열거 타입은 인스턴스가 하나만 만들어짐을 보장한다.

 

3. 반환 타입의 하위 타입 객체를 반환할 수 있는 능력이 있다.

정적 팩토리 메서드가 반환값을 반환할 때, 하위 클래스 객체 타입을 선택하여 반환해줌으로써 유연성을 제공할 수 있습니다.

public class Grade {
...
    private static Grade of(int takenSemester) {
        if (0 < takenSemester && takenSemester <= 2) {
            return new Freshman();
        }
        if (2 < takenSemester && takenSemester <= 4) {
            return new Sophomore();
        }
        if (4 < takenSemester && takenSemester <= 6) {
            return new Junior();
        }
        if (6 < takenSemester &&<takenSemester <= 8){
            return new Senior();
        }
        ...
    }
...
}

 

위 코드는 of()라는 정적 팩토리 메서드를 사용하여 객체 생성 시, 수강 학기에 해당하는 학년 객체를 생성하여 반환합니다. 

이는 정적 팩터리 메서드를 사용하면 하위타입 객체로는 얼마든지 반환이 가능하다는 것을 알 수 있습니다. 

 

 API를 만들 때, 이 유연성을 응용하면 구현 클래스를 공개하지 않고도 그 객체를 반환할 수 있어 API를 작게 유지할 수 있습니다. 이는 인터페이스를 정적 팩토리 메서드의 반환 타입으로 사용하는 인터페이스 기반 프레임워크를 만드는 핵심 기술이기도 합니다. 

 

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

위의 예시와 동일하빈다. 반환 타입의 하위타입이기만 하면 어떤 클래스의 객체를 반환하든 상관없습니다. 

심지어 다음 릴리즈에서는 또 다른 클래스의 객체를 반환해도 됩니다. 

클라이언트는 팩토리가 건네주는 객체가 어느 클래스이 인스턴스인지 알 수도 없고 알 필요도 없습니다. 사라지거나 추가되거나 변경되어도 상관이 없습니다. Grade 인터페이스의 하위 클래스이기만 하면 되는 것입니다.

 

 

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

이 유연함은 서비스 제공자 프레임워크(service provider framework)를 만드는 근간이 됩니다. 

 

서비스 제공자 프레임워크(service provider framework)

대표적인 서비스 제공자 페레임워크에는 JDBC(Java Database Connectivity)가 있습니다.

• 제공자(provider)는 서비스의 구현체
• 이 구현체들을 클라이언트에 제공하는 역할을 프레임워크가 통제하여 클라이언트를 구현체로부터 분리 
• 3가지 핵심 컴포넌트
  1. 서비스 인터페이스(service interface) : 구현체의 동작을 정의 ex) JDBC의 Connection
  2. 제공자 등록 API(provider registration API) : 제공자가 구현체를 등록할 때 사용 ex) JDBC의 DriverManager.registerDriver
  3. 서비스 접근 API(service access API) : 클라이언트가 서비스의 인스턴스를 얻을 때 사용 ex) JDBC의 DriverManager.getConnection
  4. 서비스 제공자 인터페이스(service provider interface) : 서비스 인터페이스의 인스턴스를 생성하는 팩토리 객체를 설명한다. 서비스 제공자 인터페이스가 없다면 각 구현체를 인스턴스로 만들 때 리플렉션을 사용해야 한다. ex) JDBC의 Driver
• 클라이언트는 서비스 접근 API를 사용할 때 원하는 구현체의 조건을 명시할 수 있다. 
• 조건을 명시하지 않으면 기본 구현체를 반환하거나, 지원하는 구현체들을 하나씩 돌아가며 반환한다. 
• 이 서비스 접근 API가 바로 서비스 제공자 프레임워크의 근간이라고 한 '유연한 정적 팩토리'의 실체다. 

 

서비스 제공자 프레임워크 패턴에는 여러 변형이 있습니다. 

서비스 접근 API는 공급자가 제공하는 것보다 더 풍부한 서비스 인터페이스를 클라이언트에 반환할 수 있습니다. 

브리지 패턴(Bridge Pattern)이라 알려진 것입니다. 

의존 객체 주입(dependency injection, 의존성 주입) 프레임워크도 강력한 서비스 제공자라고 할 수 있습니다. 

 

 

정적 팩토리 메서드의 단점

1. 상속을 하려면 public이나 protected 생성자가 필요하니 정적 팩터리 메서드만 제공하면 하위 클래스를 만들 수 없다. 

앞서 이야기한 컬렉션 프레임워크의 유틸리티 구현 클래스들은 상속을 할 수 없습니다.

어찌 보면 이 제약은 상속보다 컴포지션을 사용하도록 유도하고 불변 타입으로 만들려면 이 제약을 지켜야 한다는 점에서 오히려 장점으로 받아들일 수도 있습니다.

 

2. 정적 팩터리 메서드는 프로그래머가 찾기 어렵다.

개발자가 임의로 이름을 지정해 만드는 정적 팩터리 메서드 특성 상, 해당 메서드를 찾기 어렵습니다. 

하지만, 이는 암묵적으로 사용하는 정적 팩터리 메서드 컨벤션과 API 문서 작성을 통해 해결할 수 있습니다.

 

정적 팩터리 메서드 명명방식

• from: 매개변수를 하나 받아 해당 타입의 인스턴스를 반환하는 형변환 메서드
  ex) Date d = Date.from(instant);
• of: 여러 매개변수를 받아 적합한 타입의 인스턴스를 반환하는 집계 메서드
  ex) Set<Rank> faceCards = EnumSet.of(JACK, QUEEN, KING);
• valueOf: from과 of의 더 자세한 버전
  ex) BigInteger prime = BigInteger.valueOf(Integer.MAX_VALUE);
• instance / getInstance: (매개변수를 받는다면) 매개변수로 명시한 인스턴스를 반환하지만, 같은 인스턴스임을 보장하지 않음
  ex) StackWalker luke = StackWalker.getInstance(options);
• create / newInstance: instance 혹은 getInstance와 같지만, 매번 새로운 인스턴스를 생성해 반환함을 보장
  ex) Object newArray = Array.newInstance(classObject, arrayLen);
• getType: getInstance와 같으나, 생성할 클래스가 아닌 다른 클래스에 팩터리 메서드를 정의할 때 쓴다. "Type"은 팩터리 메서드가 반환할 객체의 타입이다.
  ex) FileStore = fs = Files.getFileStore(path)
• newType: newInstance와 같으나, 생성할 클래스가 아닌 다른 클래스에 팩토리 메서드를 정의할 때 쓴다. "Type"은 팩토리 메서드가 반환할 객체의 타입이다.
  ex) BufferedReader br = Files.newBufferedReader(path);
• type: getType과 newType의 간결한 버전
  ex) List<Complaint> litany = Collections.list(legacyLitany);

 

 

 

핵심
정적 팩토리 메서드와 public 생성자는 각자의 쓰임새가 있으니 상대적인 장단점을 이해하고 사용하는 것이 좋다.
그렇다고 하더라도 정적 팩토리를 사용하는 것이 유리한 경우가 더 많으므로, 무작정 public 생성자를 제공하던 습관이 있다면 고치자.

 

---

출처

• https://velog.io/@cjh8746/%EC%A0%95%EC%A0%81-%ED%8C%A9%ED%86%A0%EB%A6%AC-%EB%A9%94%EC%84%9C%EB%93%9CStatic-Factory-Method
• https://www.yes24.com/Product/Goods/65551284

이펙티브 자바 Effective Java 3/E - YES24