Item23. 태그 달린 클래스보다는 클래스 계층 구조를 활용하라

💡 태그 달린 클래스는 응집도가 낮다. 응집도 높은 여러 클래스로 쪼개야 한다. 클래스 계층구조가 존재한다면 상속을 사용해 서브타입으로 구현하라.

 

태그 달린 클래스

태그란, 두 가지 이상의 의미를 표현하는 플래그이다. 태그 달린 클래스는 현재 표현하는 의미를 태그 값으로 알려주는 클래스이다. 다음은 원과 사각형을 표현하는 클래스이다.

// Tagged class - vastly inferior to a class hierarchy! (Page 109)
public class Figure {
    enum Shape { RECTANGLE, CIRCLE };

    // Tag field - the shape of this figure
    final Shape shape;

    // These fields are used only if shape is RECTANGLE
    double length;
    double width;

    // This field is used only if shape is CIRCLE
    double radius;

    // Constructor for circle
    Figure(double radius) {
        shape = Shape.CIRCLE;
        this.radius = radius;
    }

    // Constructor for rectangle
    Figure(double length, double width) {
        shape = Shape.RECTANGLE;
        this.length = length;
        this.width = width;
    }

    double area() {
        switch(shape) {
            case RECTANGLE:
                return length * width;
            case CIRCLE:
                return Math.PI * (radius * radius);
            default:
                throw new AssertionError(shape);
        }
    }
}

태그 달린 클래스의 핵심적인 문제점은 응집도가 낮다는 것이다. Figure 클래스는 원과 사각형이 동시에 될 수 있으므로, 원일 때 필요한 필드와 메소드, 사각형일 때 필요한 필드와 메소드를 둘다 가지고 있다. 태그를 나타내는 플래그 필드가 클래스 멤버로 포함된다는 것은 클래스의 응집도가 낮아질 것임을 알리는 시그널이므로 경계해야한다.

 

 

응집도가 낮아서 발생하는 문제는 다음과 같다.

• 열거타입 선언, 태그 필드, switch 문 등 쓸데없는 코드가 많다.
• 여러 구현이 한 클래스에 혼합되어있어 가독성이 나쁘다.
• 다른 의미를 위한 코드가 언제나 함께 하므로 메모리를 더사용한다.
• 필드를 final로 선언하려면 해당 의미에 쓰이지 않는 필드까지 생성자에서 초기화해야한다. 엉뚱한 필드를 초기화해도 런타임에 문제가 발생한다.
• 또다른 의미를 추가하려면 코드를 수정해야한다. switch문에서 하나라도 빠뜨리면 런타임 오류가 난다.

 

응집도를 높이는 방법

 

클래스에 태그가 들어간 이유는 동일한 타입(Figure)을 사용하면서도 다양한 의미의 객체(Circle, Rectangle 등)을 만들고 싶기 때문이다.

다행히 자바와 같은 객체 지향 언어는 타입 하나로 다양한 의미의 객체를 표현하는 수단을 제공한다. 바로 클래스 계층구조를 활용하는 서브타이핑이다.

 

타입 계층

13 서브클래싱과 서브타이핑 (오브젝트에서 봤던 내용이다)

13 서브클래싱과 서브타이핑

타입 계층은 클래스들의 계층적인 관계를 나타낸다. 타입 계층은 A is-a B 관계를 통해 표현된다. 슈퍼 타입을 A, 서브 타입을 B로 정의하고 이 둘의 타입이 관계를 맺도록 하는 작업이 서브 타이핑이다.

 

is-a 관계를 판단할 때, 단순히 어휘적으로 모델링하면 안된다. 예를 들어 새와 펭귄은 is-a 관계를 만족할 수 없다. 펭귄은 새다. 새는 날 수 있다. 하지만 펭귄은 날 수 없다.

 

is-a 관계를 판단할 때는 행동 호환성과 대체 가능성을 고려해야한다. 서브타입이 슈퍼타입이 하는 모든 행동을 동일하게 할 수 있고, 슈퍼타입을 어느 서브타입으로 대체하더라도 시스템이 문제없이 동작할 것임을 보장해야한다. (리스코프 치환 원칙에 상세히 나와있다, 구현문에 예외 뱉는 것은 대체할 수 없음을 뜻함)

 

위의 예시에서 펭귄은 날 수 없으므로, 새와 펭귄은 서브 타입이 될 수 없다. 서브 타입이 되려면 나는 행동을 새가 아닌 펭귄과 같은 서브타입으로 옮겨야한다. 이런 경우 새와 펭귄은 서브타입이 된다.

 

혹은 나는 행동을 협력으로 간주, 인터페이스로 구현하여 새의 하위 타입이 선택적으로 구현하도록 한다. 이렇게 구현하면 새와 펭귄은 서브 타입의 관계가 아니다. (비대한 인터페이스의 단점을 해결하는 ISP)

 

 

서브 타이핑의 구현

 

서브 타이핑은 상속으로 구현한다. 슈퍼 타입은 부모 클래스, 서브 타입은 자식 클래스가 된다.

 

부모 클래스

• 모든 클래스에서 사용하는 공통 필드
• 동일한 구현을 공유하는 일반 메소드
• 다형적으로 동작하는 추상 메소드

 

자식 클래스

• 부모 클래스를 상속받아 추상 메소드 구현
• 추가적으로 필요한 데이터 필드

 

Figure을 정리해보면 부모 클래스에는 다형적으로 동작하는(switch문을 구현됐던) area 추상 메소드가 남는다. 나머지 필드와 area 구현은 Figure을 상속받은 Rectangle과 Circle에서 구현한다.

public abstract class Figure {
    abstract double area();
}

public class Circle extends Figure {
    final double radius;

    public Circle(double radius) {
        this.radius = radius;
    }

    @Override
    double area() {
        return Math.PI * radius * radius;
    }
}

public class Rectangle extends Figure {

    final double length;
    final double width;

    public Rectangle(double length, double width) {
        this.length = length;
        this.width = width;
    }

    @Override
    double area() {
        return length * width;
    }

}

 

리팩터링 전후의 응집도를 비교해보자. 태그 필드를 가지는 Figure은 원과 사각형이 동시에 되기 위해 많은 구현을 가지고 있었고, 행동 안에서도 불필요한 switch문이 있었다. 가독성이 별로고 타입이 추가될 때마다 구현이 바뀌어야했다. 필드의 값을 기준으로 서브 타이핑해서 만든 Rectangle과 Circle은 각자의 행동과 책임에만 집중하므로 응집도가 높다. 서브 타입으로 만들 수 있었던 이유는 Rectangle과 Circle이 동일한 행동을 가지며 대체할 수 있는 슈퍼 타입을 도출할 수 있기 때문이다.

 

사각형의 하위 타입인 정사각형을 구현한다면 Rectangle을 상속한다. 이때 정사각형이 사각형의 하위 타입이라는 것은 사각형과 동일한 행동인 area를 수행할 수 있고 Rectangle이 사용되는 곳에 Square을 사용해도 정상적으로 수행된다는 의미이다.

public class Square extends Rectangle {
    public Square(double side) {
        super(side, side);
    }
}

 

 

번외 : 서브 클래싱

서브 클래싱이란 다른 클래스의 코드를 재사용할 목적으로 상속을 사용하는 경우를 말한다. 서브 클래싱은 구현이 강하게 결합되므로, 코드를 재사용할 목적으로 상속을 사용하면 안된다. 코드를 재사용한다면 합성이 더 나은 방법이다. 상속은 서브 타이핑에 적절하다.