[Effective Java] Item 01. 생성자 대신 정적 팩터리 메서드를 고려하라

이 글은 공부를 하면서 알게 된 내용들을 기록하는 글 입니다. 오류나 고쳐야 할 사항들이 있다면 지적 부탁드립니다!

마지막 수정: 2024.05.27

✅ 1. 정적 팩터리 메서드 (static factory method)란?

클래스의 인스턴스를 반환하는 정적 메서드(static method)를 말한다.

대표적으로 java의 Wrapper class들은 .valueOf()라는 메서드들을 제공하고 있다.
Boolean.valueOf(), String.valueOf()이 그 대표적인 예시이며, 해당 메서드를 호출하면 Wrapper class의 객체를 생성할 수 있다.

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✅ 2. 정적 팩터리 메서드의 장점

1️⃣ 이름을 가질 수 있다.

어떤 한 객체를 생성할 때 상황에 따라 전달되는 매개변수가 다르다면, 하나의 생성자로는 이를 충분히 표현하기 힘들 것이다.
예를 들어 User이라는 객체가 전달되는 매개변수에 따라 설정되는 필드의 값이 다르다고 가정하자.
생성자를 사용하는 경우 java에서는 public User(String name){} public User(String nickname) {}과 같이 생성자를 중복으로 만들 수 없기 때문에, 이러한 경우에는 정적 팩토리 메서드가 많은 도움이 될 수 있다.

public class User {
    private String name;
    private String nickname;

    public static User withName (String name) {  
        User user = new User();  
        user.name = name;  
        return user;  
    }  

    public static User withNickname (String nickname) {  
        User user = new User();  
        user.nickname = nickname;  
        return user;  
    }  
}

2️⃣ 호출 될 때마다 인스턴스를 새로 생성하지 않아도 된다.

✨ 성능을 끌어올릴 수 있다.

불변 클래스(Immutable class; item 17)의 경우 인스턴스를 미리 만들어놓거나, 생성한 인스턴스를 caching하여 재활용하는 방식을 사용할 수 있다.
특정 클래스의 요청이 자주 발생하는 경우 정적 팩토리 메서드를 활용한다면 성능 부분에서 이득을 볼 수 있으며,
특히 클래스의 생성 비용이 큰 경우 성능을 더욱 끌어올릴 수 있다.

이러한 면에서 Flyweight pattern도 이와 비슷한 기법으로 볼 수 있다.

✨ 인스턴스 통제(instance-controlled) 클래스로 사용 가능

반복되는 요청에 같은 객체를 반환하는 방식을 사용하면, 해당 클래스는 언제 어느 인스턴스를 살아있게 할지 통제할 수 있다.
이러한 클래스를 인스턴스 통제(instance-controlled) 클래스라고 한다.

🤔 인스턴스를 통제하면 무엇이 좋을까?

✅ 클래스를 싱글턴(Singleton; item 3)으로 만들 수 있다.
✅ 인스턴스화 불가(noninstantiable; item 4)로 만들 수 있다.
✅ 불변 클래스(immutable class; item 17)에서 동치인 인스턴스가 하나 뿐임을 보장 가능

또한 인스턴스 통제는 Flyweight pattern의 베이스가 된다.

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3️⃣ 반환 타입의 하위 타입 객체를 반환할 수 있는 능력이 있다.

✨ 이 능력을 통해 반환할 객체의 클래스를 자유롭게 선택할 수 있는 엄청난 유연성 강점을 가질 수 있다.

이러한 강점은 API를 만들 때 유용하게 사용할 수 있다.
Java 8부터 정적 팩토리 메서드의 반환 타입으로 인터페이스를 사용할 수 있게 되었는데,
이것이 바로 인터페이스 기반 프레임워크(item 20)의 핵심 기능이다.

대표적인 예로 java.util.Collections를 들 수 있다.
자바 프레임워크는 수정 불가(Unmodifiable)나 동기화 등의 기능을 가진 45개의 유틸리티 구현체를 제공한다.

이러한 구현체들을 java.util.Collections에서 정적 팩토리 메서드를 통해 얻을 수 있게 하였으며,
이처럼 구현체가 아닌 인터페이스에만 의존하게 하여, 프로그래머들이 API를 사용하기 위해 익혀야하는 개념의 수와 난이도가 낮아졌다.

또한 프로그래머는 객체가 인터페이스대로 동작할 것임을 확신할 수 있기 때문에,

public static <T> List<T> unmodifiableList(List<? extends T> list) {
    if (list.getClass() == UnmodifiableList.class || list.getClass() == UnmodifiableRandomAccessList.class) {
        return (List<T>) list;
    }

    return (list instanceof RandomAccess ?
        new UnmodifiableRandomAccessList<>(list) :
        new UnmodifiableList<>(list));
}

위의 코드는 Collections에서 가져온 하나의 정적 팩토리 메서드이다.
Collections에서는 수정이 불가능한 자료구조(List, Set, Map 등)를 반환해주는 정적 팩토리 메서드들이 존재한다.

정적 팩토리 메서드의 반환 타입으로 인터페이스(List)를 사용할 수 있었기 때문에, 프로그래머는 Collections.unmodifiableList()를 호출하여 수정이 불가능한 List를 쉽게 만들 수 있다.

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

반환 타입이 하위 타입(상속받은 자식 타입)이라면, 어떤 클래스의 객체를 반환하든 상관없다.

EnumSet을 예로 들어볼 수 있다.
EnumSet은 public 생성자 없이 오직 정적 팩터리 메서드만 제공하는데, 원소의 수에 따라 다른 각자 다른 인스턴스를 반환한다.
만일 원소가 64개 이하라면 long 변수 하나로 관리하는 RegularEnumSet을, 65개 이상이라면 long 배열로 관리하는 JumboEnumSet을 반환한다.

public static <E extends Enum<E>> EnumSet<E> noneOf(Class<E> elementType) {
    Enum<?>[] universe = getUniverse(elementType);
    if (universe == null)
        throw new ClassCastException(elementType + " not an enum");

    if (universe.length <= 64)
         new RegularEnumSet<>(elementType, universe);
    else
        return new JumboEnumSet<>(elementType, universe);
}

하지만 프로그래머는 이러한 세부 구현 사항에 대해 알지 않아도 되며,
EnumSet를 구현하는 입장에서는 EnumSet을 상속한 타입을 반환하기만 하면 되므로 필요에 따라 다른 타입의 객체를 반환하며 성능 상 이점을 노릴 수 있다.

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

다섯번째 이점은 서비스 제공자 프레임워크(Service Provider Framework)의 근간이 된다.
프레임워크는 제공자(Provider)는 서비스의 구현체를 이야기하는데,
프레임워크는 이 구현체들을 제공하는 것을 통제(control)하며 클라이언트를 구현체로부터 분리해준다.

대표적인 예로 JDBC를 들어볼 수 있으며, 서비스 제공자 프레임워크에는 밑과 같이 다양한 변형들이 존재한다.

1. Bridge Pattern
2. Dependency Injection
3. java.util.ServiceLoader- 범용 서비스 제공자 프레임워크

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✅ 3. 정적 팩토리 메서드의 단점

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

정적 팩토리 메서드를 클래스에 적용할 때에는 주로 private 생성자를 선언하여 사용한다.
그렇기 때문에 정적 팩토리 메서드만!! 제공한다면, 해당 클래스의 하위 클래스를 생성할 수 없다는 단점이 있다.

하지만 어쩌면 이 제약을 통해 상속보다 컴포지션; item 18을 사용하도록 유도하고, 불변 타입; item 17로 만들려면
이 제약이 오히려 장점이 될 수도 있다.

🤔 그렇다면 정적 팩토리 메서드 + public(protected) 생성자를 사용하면 안될까?
A. 구글링을 해봐도 잘 나오질 않는다... 정적 팩토리 메서드를 사용하는 목적 중 하나가 제약을 거는 것이라면 그렇게 해도 될 것 같은데...!
이 부분에 대해서는 추가 조사를 진행하고, 내용을 추가해야겠다!

2️⃣ 정적 팩터리 메서드는 프로그래머가 찾기 힘들다.

정적 팩터리 메서드는 생성자처럼 API 설명에 명확히 드러나지 않기 때문에, API 문서와 메서드 네이밍 컨벤션을 활용하여 문제를 완화해주어야 한다.

정적 팩터리 메서드에서 주로 사용하는 명명 방식을 사용하여 조금이라도 문제를 완화할 수 있다.

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✅ 4. 정적 팩터리 메서드에서 흔히 사용하는 명명 방식

- from: 매개변수를 하나 받아서 해당 타입의 인스턴스를 반환하는 형변환 메서드

Date date = Date.from(instant);

- of: 여러 매개변수를 받아 적합한 타입의 인스턴스를 반환하는 집계 메서드

Set<Rank> faceCards = EnumSet.of(JACK, QUEEN, KING);

- valueOf: from과 of의 더 자세한 버전

// valueOf()라는 네이밍을 통해 값을 받아 객체를 생성하는 메서드임을 추측할 수 있다.
String string = String.valueOf(3);

- instance or getInstance: 매개변수가 존재하는 경우 매개변수로 명시한 인스턴스를 반환하지만, 같은 인스턴스 임을 보장하지 않는다.

- create or newInstance: getInstance와 유사하지만, 매번 새로운 인스턴스를 반환함을 보장한다.

// 항상 생성자 키워드(new)를 통해서 인스턴스를 생성하여 반환할 때 사용

- getType: getInstance와 같으나, 생성할 클래스가 아닌 다른 클래스에 팩터리 메서드를 정의할 때 사용한다. 여기서 Type은 팩터리 메서드가 반환할 객체의 타입이다.

// Files 클래스에 FileStore 객체를 생성하는 코드가 있고, 항상 같은 객체를 받음이 보장되어있지 않을 때
FileStore fileStore = Files.getFileStore(path);

- newType: newInstance와 같으나, 생성할 클래스가 아닌 다른 클래스에 팩터리 메서드를 정의할 때 사용한다. 여기서 Type은 팩터리 메서드가 반환할 객체의 타입이다.

// Files 클래스에 BufferedReader 객체를 생성하는 코드가 있고, 항상 새로운 객체를 반환함이 보장되어있을 때
BufferedReader reader = Files.newBufferedReader(path);

- type: getType과 newType의 간결한 버전

// 다른 클래스에서 특정 객체를 생성하는 메서드에 사용
List<Complaint> litany = Collections.list(legacyLitany);