[Effective Java] item 44. 표준 함수형 인터페이스를 사용하라

[Effective Java] item 44. 표준 함수형 인터페이스를 사용하라

핵심정리

• 이제 자바도 람다를 지원하기 때문에 지금부터 API를 설계할 때 람다도 염두에 두어야 한다.
• 입력값과 반환값에 함수형 인터페이스 타입을 활용하라. 보통은 java.util.function 패키지의 표준 함수형 인터페이스를 사용하는 것이 가장 좋은 선택이다.
• 단 흔치는 않지만 직접 함수형 인터페이스를 만들어 쓰는 편이 나을 수도 있음을 잊지 말자.

---

불필요한 함수형 인터페이스를 만들지 말고 표준 함수형 인터페이스를 사용하라

자바가 람다를 지원하면서 API를 작성하는 모범 사례도 크게 바뀌었다. 예컨대 상위 클래스의 기본 메서드를 재정의해 원하는 동작을 구현하는 템플릿 매서드 패턴의 매력이 크게 줄었다. 이를 대체하는 현대적인 해법은 같은 효과의 함수 객체를 매개변수로 받는 생성자와 메서드를 더 많이 만들어야 한다. 이때 함수형 매개변수 타입을 올바르게 선택해야 한다.

LinkedHashMap을 생각해보자. 이 클래스의 protected 메서드인 removeEldestEntry를 재정의하면 캐시로 사용할 수 있다. 맵에 새로운 키를 추가하는 put 메서드는 이 메서드를 호출하여 true가 반환되면 맵에서 가장 오래된 원소를 제거한다. 예컨대 removeEldestEntry를 다음처럼 재정의하면 맵에 원소가 100개가 될 때까지 커지다가, 그 이상이 되면 새로운 키가 더해질 때마다 가장 오래된 원소를 하나씩 제거한다. 즉, 가장 최근 원소 100개를 유지한다.

protected boolean removeEldestEntry(Map.Entry<K, V> eldest) {
    return size() > 100;
}

잘 동작하지만, 람다를 사용하면 훨씬 잘 해낼 수 있다. LinkedHashMap을 오늘날 다시 구현한다면 함수 객체를 받는 정적 팩터리나 생성자를 제공했을 것이다. removeEldestEntry 선언을 보면 이 함수 객체는 Map.Entry<K, V>를 받아 boolean을 반환해야 할 것 같지만, 꼭 그렇지는 않다. removeEldestEntry 선언을 보면 이 함수 객체는 Map.Entry<K, V>를 받아 boolean을 반환해야 할 것 같지만, 꼭 그렇지는 않다. removeEldestEntry는 size()를 호출해 맵 안의 원소 수를 알아내는데, removeEldestEntry가 인스턴스 메서드라 가능한 방식이다. 하지만 생성자에 넘기는 함수 객체는 이 맵의 인스턴스 메서드가 아니다. 팩터리나 생성자를 호출할 때는 맵의 인스턴스가 존재하지 않기 때문이다. 따라서 맵은 자기 자신도 함수 객체에 건네줘야 한다. 이를 반영한 함수형 인터페이스는 다음처럼 선언할 수 있다.

불필요한 함수형 인터페이스 - 대신 표준 함수형 인터페이스를 사용하라.

@FuntionalInterface interface EldestEntryRemovalFunction<K, V> {
    boolean remove(Map<K, V> map, Map.Entry<K, V> eldest);
}

이 인터페이스도 잘 동작하기는 하지만, 굳이 사용할 이유는 없다. 자바 표준 라이브러리에 이미 같은 모양의 인터페이스가 준비되어 있기 때문이다. java.util.function 패키지를 보면 다양한 용도의 표준 함수형 인터페이스가 담겨 있다. 필요한 용도에 맞는 게 있다면, 직접 구현하지 말고 표준 함수형 인터페이스를 활용하라. 그러면 API가 다루는 개념의 수가 줄어들어 익히기 더 쉬워진다.또한 표준 함수형 인터페이스들은 유용한 디폴트 메서드를 많이 제공하므로 다른 코드와의 상호운용성도 크게 좋아질 것이다. 예컨대 Predicate 인터페이스는 프레디키트(predicate)들을 조합하는 메서드를 제공한다. 앞의 LinkedHashMap 예에서는 직접 만든 EldestEntryRemovalFunction 대신 표준 인터페이스인 BiPredicate<Map<K, V>>, Map.Entry<K, V>를 사용할 수 있다.

Java.util.function 패키지의 6가지 기본 인터페이스

java.util.function 패키지에는 총 43개의 인터페이스가 담겨 있다. 전부 기억하긴 어렵겠지만, 기본 인터페이스 6개만 기억하면 나머지를 충분히 유추해 낼 수 있다. 이 기본 인터페이스들은 모두 참조 타입용이다. 하나씩 살펴보자.

1. Operator 인터페이스

- 반환값과 인수의 타입이 같은 함수
- UnaryOperator: 인수가 1개
- BinaryOperato`: 인수가 2개

2. Predicate 인터페이스

- 인수 하나를 받아 boolean을 반환하는 함수

3 Function 인터페이스

- 인수와 반환 타입이 다른 함수

4 Supplier 인터페이스

- 인수를 받지 않고 값을 반환(혹은 제공)하는 함수

5. Consumer

- 인수를 하나 받고 반환 값은 없는 함수

기본 함수형 인터페이스 정리 표

인터페이스	함수 시그니처	예
UnaryOperator<T>	T apply(T t)	String::toLowerCase
BinaryOperator<T>	T apply(T t1, T t2)	BigInteger::add
Predicate<T>	boolean test(T t)	Collection::isEmpty
Function<T, R>	R apply(T t)	Arrays::asList
Supplier<T>	T get()	Instant::now
Consumer<T>	void accept(T t)	System.out::println

기본 함수형 인터페이스의 변형

기본 인터페이스는 기본 타입인 int, long, double용으로 각각 3개씩 변형이 생겨났다. 그 이름도 기본 인터페이스의 이름 앞에 해당 기본 타입 이름을 붙여 지었다. 예컨대 int를 받는 Predicate는 IntPredicate가 되고, long을 받아 long을 반환하는 BinaryOperator는 LongBinaryOperator가 되는 식이다. 이 변형들 중 유일하게 Function의 변형만 매개변수화됐다. 정확히는 반환 타입만 매개변수화됐는데, 예를 들어 LongFunction<int[]>은 long 인수를 받아 int[]을 반환한다.

Function 인터페이스에는 기본 타입을 반환하는 변형이 총 9가지가 있다. 인수와 같은 타입을 반환하는 함수 UnaryOperator이므로, Function 인터페이스의 변형은 입력과 결과의 타입이 항상 다르다. 입력과 결과 타입이 모두 기본 타입이면 접두어로 SrcToResult를 사용한다. 예컨대 long을 받아 int를 반환하면 LongToIntFunction이 되는 식이다. (총 6개) 나머지는 입력이 객체 참조이고 결과가 int, long, double인 변형들로, 앞서와 달리 입력을 매개변수화하고 접두어로 ToResult를 사용한다. 즉 ToLongFunction<int[]>은 int[] 인수를 받아 long을 반환한다(총 3개).

기본 함수형 인터페이스 중 3개는 인수를 2개씩 받는 변형이 있다. 그 주인공 BiPredicate<T, U>, BiFunction<T, U, R>, BiConsumer<T, U>다. BiFunction에는 다시 기본 타입을 반환하는 세 변형 ToIntBiFunction<T,U>, ToLongBiFunction<T,U>, ToDoubleBiFunction<T,U>가 존재한다. Consumer에도 객체 참조와 기본 타입 하나, 즉 인수를 2개 받는 변형인 ObjDoubleConsumer<T>, ObjIntConsumer<T>, ObjLongConsumer<T>가 존재한다. 이렇게 해서 기본 인터페이스의 인수 2개짜리 변형은 총 9개다.

마지막으로, BooleanSupplier 인터페이스는 boolean을 반환하도록 한 Supplier의 변형이다. 이것이 표준 함수형 인터페이스 중 boolean을 이름에 명시한 유일한 인터페이스지만, Predicate와 그 변형 4개도 boolean 값을 반환할 수 있다. 앞서 소개한 42개의 인터페이스에 이 BooleanSupplier까지 더해서 표준 함수형 인터페이스는 총 43개다. 솔직히 다 외우기엔 수도 많고 규칙성도 부족하다. 하지만 실무에서 자주 쓰이는 함수형 인터페이스 중 상당수를 제공하며, 필요할 때 찾아 쓸 수 있을 만큼은 범용적인 이름을 사용했다.

---

표준 함수형 인터페이스 대부분은 기본 타입만 지원한다. 그렇다고 기본 함수형 인터페이스에 박싱된 기본 타입을 넣어 사용하지는 말자. 동작은 하지만 "박싱된 기본 타입 대신 기본 타입을 사용하라"라는 아이템 61의 조언을 위배한다. 특히 계산량이 많을 때는 성능이 처참히 느려질 수 있다.

표준 함수형 인터페이스가 아니라 직접 작성하는 것이 좋은 경우

1. 자주 쓰이며, 이름 자체가 용도를 명확히 설명해준다.

2. 반드시 따라야하는 규약이 있다.

3. 유용한 디폴트 메서드를 제공할 수 있다.

이제 대부분 상황에서 직접 작성하는 것보다 표준 함수형 인터페이스를 사용하는 편이 나음을 알았을 것이다. 그렇다면 코드를 직접 작성해야 할 때는 언제인가? 물론 표준 인터페이스 중 필요한 용도에 맞는 게 없다면 직접 작성해야 한다. 예를 들어 매개변수 3개를 받은 Predicate라던가 검사 예외를 던지는 경우가 있을 수 있다. 그런데 구조적으로 똑같은 표준 함수형 인터페이스가 있더라도 직접 작성해야만 할 때가 있다.

자주 보아온 Comparator<T> 인터페이스를 떠올려보자. 구조적으로는 ToIntBiFunction<T,U>와 동일하다. 심지어 자바 라이브러리에 Comparator<T>를 추가할 당시 ToIntBiFunction<T,U>가 이미 존재했더라도 ToIntBiFunction<T,U>를 사용하면 안 됐다. Comparator가 독자적인 인터페이스로 살아남아야 하는 이유가 몇 개 있다.

1. API에서 굉장히 자주 사용되는데 지금의 이름이 그 용도를 아주 훌륭히 설명해준다.
2. 구현하는 쪽에서 반드시 지켜야할 규약을 담고 있다.
3. 비교자들을 변환하고 조합해주는 유용한 디폴트 메서드들을 듬뿍 담고 있다.

전용 함수형 인터페이스를 작성하기로 했다면, 자신이 작성하는 게 다른 것도 아닌 '인터페이스'임을 명시해야 한다. 아주 주의해서 설계해야 한다는 뜻이다.

EldestEntryRemovalFunction 인터페이스에 @Functional Interface 애너테이션이 달려 있음에 주목하자. 이 애너테이션을 사용하는 이유는 @Override를 사용하는 이유와 비슷하다. 프로그래머의 의도를 명시하는 것으로, 크게 세 가지 목적이 있다. 첫 번째, 해당 클래스의 코드나 설명 문서를 읽을 이에게 그 인터페이스가 람다용으로 설계된 것임을 알려준다. 두 번째, 해당 인터페이스가 추상 메서드를 오직 하나만 가지고 있어야 컴파일되게 해준다. 세 번쨰, 그 결과 유지보수 과정에서 누군가 실수로 메서드를 추가하지 못하게 막아준다. 그러니 직접 만든 함수형 인터페이스에는 항상 @FunctionalInterface 애너테이션을 사용하라.

함수형 인터페이스를 API에서 사용할 때의 주의점

서로 다른 함수형 인터페이스를 같은 위치의 인수로 받는 메서드들을 다중정의해서는 안된다. 클라이언트에게 불필요한 모호함만 안겨줄 뿐이며, 이 모호함으로 인해 실제로 문제가 일어나기도 한다. ExecutorService의 submit 메서드는 Callable<T>를 받는 것과 Runnable을 받는 것을 다중정의했다. 그래서 올바른 메서드를 알려주기 위해 형변환해야 할 때가 왕왕 생긴다. 이런 문제를 피하기 가장 쉬운 방법은 서로 다른 함수형 인터페이스를 같은 위치의 인수로 사용하는 다중정의를 피하는 것이다. 이는 "다중정의는 주의해서 사용하라"는 아이템 52조언의 특수한 예라 할 수 있다.

---

참고 자료

• Effective Java 3/E