[Effective Java] item 61. 박싱된 기본 타입보다는 기본 타입을 사용하라

[Effective Java] item 61. 박싱된 기본 타입보다는 기본 타입을 사용하라

1. 자바의 데이터 타입

기본 타입(primitive type)

• int, double, boolean 등

  박싱된 기본 타입

• Integer, Double, Boolean 등

2. 기본 타입과 박싱된 기본 타입의 차이점

오토박싱과 오토언박싱 덕분에 두 타입을 크게 구분하지 않고 사용할 수는 있지만, 그렇다고 차이가 사라지는 것은 아니다.

2.1. 기본 타입은 값만 가지고 있으나, 박싱된 기본 타입은 값에 더해 식별성(identity)이란 속성을 갖는다.

• 박싱된 기본 타입의 두 인스턴스는 값이 같아도 서로 다르다고 식별될 수 있다.

2.2. 기본 타입의 값은 언제나 유효하나, 박싱된 기본 타입은 유효하지 않은 값, 즉 null을 가질 수 있다.

2.3. 기본 타입이 박싱된 타입 보다 시간과 메모리 사용면에서 더 효율적이다.

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3. 기본 타입과 박싱된 기본타입을 혼용할 때의 문제점

다음은 Integer 값을 오름차순으로 정렬하는 비교자다(복습해보자. 비교자의 compare 메서드는 첫 번째 원소가 두 번째 원소보다 작으면 음수, 같으면 0, 크면 양수를 반환한다). Integer는 그 자체로 순서가 있으니 이 비교자가 실질적인 의미는 없지만, 아주 흥미로운 점을 하나 보여준다.

잘못 구현된 비교자 - 문제를 찾아보자!

Comparator<Integer> naturalOrder = 
    (i, j) -> (i < j) ? -1 : (i == j ? 0 : 1);

별다른 문제를 찾기 어렵고, 실제로 이것저것 테스트해봐도 잘 통과한다. 예컨대 Collections.sort에 원소 백만 개짜리 리스트와 이 비교자를 넣어 돌려도 아무 문제가 없다. 리스트에 중복이 있어도 상관없다.

naturalOrder.compare(new Integer(42), new Integer(42))

하지만 심각한 결함이 숨어 있으니 바로 위와 같이 값을 출력하면 Integer 인스턴스의 값이 42로 같으므로 0을 출력해야 하지만, 실제로는 1을 출력한다. 즉 첫 번째 Integer가 두 번째보다 크다고 주장한다.

원인이 뭘까? naturalOrder의 첫 번째 검사(i < j)는 잘 작동한다. 여기서 i와 j가 참조하는 오토박싱된 Integer 인스턴스는 기본 타입 값으로 변환된다. 그런 다음 첫 번째 정숫값이 두 번째 값보다 작은지를 평가한다.

만약 작지 않다면 두 번째 검사(i == j)가 이뤄진다. 그런데 이 두 번째 검사에서는 두 객체 참조'의 식별성을 검사하게 된다. i와 j가 서로 다른 Integer 인스턴스라면 (비록 값은 같을지라도) 이 비교의 결과는 false가 되고, 비교자는 (잘못된 결과인) 1을 반환한다. 즉, 첫 번째 Integer 값이 두 번째보다 크다는 것이다. 이처럼 (같은 객체를 비교하는 게 아니라면) 박싱된 기본 타입에 ==연산자를 사용하면 오류가 일어난다.

실무에서 이와 같이 기본 타입을 다루는 비교자가 필요하다면 Comparator.naturalOrder()를 사용하자. 비교자를 직접 만들고 비교자 생성 메서드나 기본 타입을 받는 정적 compare 메서드를 사용해야 한다(아이템 14). 그렇더라도 이 문제를 고치려면 지역변수 2개를 두어 각각 박싱된 Integer 매개변수의 값을 기본 타입 정수로 저장한 다음, 모든 비교를 이 기본 타입 변수로 수행해야 한다. 이렇게 하면 오류의 원인인 식별성 검사가 이뤄지지 않는다.

문제를 수정한 비교자

Comparator<Integer> naturalOrder = (iBoxed, jBoxed) -> {
    int i = iBoxed, j = jBoxed; // 오토 박싱
    return i < j ? -1 : (i == j ? 0 : 1);
};

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이제 다음의 간단한 프로그램을 살펴보자.

기이하게 동작하는 프로그램 - 결과를 맞혀보자!

public class Unbelievable {
    static Integer i;

    public static void main(String[] args) {
        if (i == 42)
            System.out.println("믿을 수 없군!");
    }
}

이 프로그램은 "믿을 수 없군!"을 출력하지는 않지만 그만큼 기이한 결과를 보여준다. i == 42를 검사할 때 NullPointerException을 던지는 것이다. 원인은 i가 int가 아닌 Integer이며, 다른 참조 타입 필드와 마찬가지로 i의 초깃값도 null이라는 데 있다. 즉, i == 42는 Integer와 int를 비교하는 것이다. 거의 예외 없이 기본 타입과 박싱된 기본 타입을 혼용한 연산에서는 박싱된 기본 타입의 박싱이 자동으로 풀린다. 그리고 null 참조를 언박싱하면 NullPointerException이 발생한다. 이 예에서 보듯, 이런 일은 어디서든 벌어질 수 있다. 다행히 해법은 간단하다. i를 int로 선언해주면 끝이다.

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이번에는 아이템 6의 코드 6-3을 다시 살펴보자.

끔찍이 느리다! 객체가 만들어지는 위치를 찾았는가? - 코드 6-3과 같음

public static void main(string[] args) {
    Long sum = 0L;
    for (long i = 0; i <= Integer.MAX_VALUE; i++) {
        sum += i;
    }
    System.out.println(sum);
}

이 프로그램은 실수로 지역변수 sum을 박싱된 기본 타입으로 선언하여 느려졌다. 오류나 경고 없이 컴파일되지만, 박싱과 언박싱이 반복해서 일어나 체감될 정도로 성능이 느려진다.

이번 아이템에서 다룬 세 프로그램 모두 문제의 원인은 하나다. 프로그래머가 기본 타입과 박싱된 기본 타입의 차이를 무시한 대가를 치른 것이다. 처음 두 프로그램은 뼈아픈 실패로 이어졌고, 마지막은 심각한 성능 문제가 발생했다.

4. 박싱된 기본 타입은 언제 써야 하는가?

4.1 컬렉션의 원소, 키, 값으로 사용할 때

• 컬렉션은 기본 타입을 담을 수 없으므로 어쩔 수 없이 박싱된 기본 타입을 써야만 한다. 더 일반화해 말하면, 매개변수화 타입이나 매개변수화 메서드(5장)의 타입 매개변수로는 박싱된 기본 타입을 써야 한다. 자바 언어가 타입 매개변수로 기본 타입을 지원하지 않기 때문이다.
• 예컨대 변수를 ThreadLocal<int> 타입으로 선언하는 건 불가능하며, 대신 ThreadLocal<Integer>로 써야 한다. 마지막으로, 리플렉션을 통해 메서드를 호출할 때도 박싱된 기본 타입을 사용해야 한다.

  4.2 리플렉션을 통해 메서드를 호출할 때

핵심정리

• 기본 타입과 박싱된 기본 타입 중 하나를 선택해야 한다면 가능하면 기본 타입을 사용하라. 기본 타입은 간단하고 빠르다. 박싱된 기본 타입을 써야 한다면 주의를 기울이자.
• 오토박싱이 박싱된 기본 타입을 사용할 때의 번거로움을 줄여주지만, 그 위험까지 없애주지는 않는다.
• 두 박싱된 기본 타입을 == 연산자로 비교한다면 식별성 비교가 이뤄지는데, 이는 여러분이 원한 게 아닐 가능성이 크다.
• 같은 연산에서 기본 타입과 박싱된 기본 타입을 혼용하면 언박싱이 워지며, `언박싱 과정에서 NullPointerException을 던질 수 있다.
• 마지막으로, 기본 타입을 박싱하는 작업은 필요 없는 객체를 생성하는 부작용을 나을 수 있다.

참고 자료

• Effective Java 3/E