[JAVA] 일급객체, 일급함수, 일급 컬렉션 정리 (With Java)
0. 일급객체란
일급 객체는 일급객체(First-class Object)란 다른 객체들에 일반적으로 적용 가능한 연산을 모두 지원하는 객체입니다. 프로그래밍에서 특정 객체가 다음 조건을 만족하는 경우를 말합니다
- 변수에 할당할 수 있다.
- 함수의 인자로 전달할 수 있다.
- 함수의 반환 값으로 사용할 수 있다.
Java의 모든 객체는 이 조건을 만족하기 때문에 “일급 객체”로 간주될 수 있습니다.
1. 일급 함수
일급 함수는 위의 일급 객체의 조건을 모두 만족하는 함수를 의미합니다. 하지만 Java에서 함수는 일급 객체로 간주되지 않습니다. Java의 함수는 메서드로 정의되며, 메서드 자체는 독립적으로 변수에 할당하거나 전달할 수 없기 때문입니다.
즉, 함수가 변수처럼 다뤄질 수 있는 경우를 말하며, 이는 함수형 프로그래밍 언어에서 중요한 특징입니다.
1.1 일급 함수 (일급객체) 를 구분하는 이유
일급 함수를 구분하는 이유는 일급함수를 사용해서 얻는 여러 가지 특성과 이점이 있기 떄문입니다.
1.1.1 일급 함수의 특성
-
고차 함수(Higher-Order Function) 생성
고차 함수 란, 다른 함수를 인자로 받거나, 함수를 반환하는 함수를 의미합니다. 모든 고차 함수는 일급 함수이지만, 모든 일급 함수가 고차 함수는 아닙니다. 대표적으로 파이썬에서는 map() 함수가 있습니다.
def apply_operation(func, x, y): return func(x, y) def add(x, y): return x + y def subtract(x, y): return x - y result_add = apply_operation(add, 5, 3) result_subtract = apply_operation(subtract, 5, 3) print(result_add) # 출력: 8 print(result_subtract) # 출력: 2 -
콜백 함수 사용
콜백 함수란, 다른 함수에 인자로 전달되어 나중에 호출되는 함수를 의미합니다. 주로 이벤트 처리나 비동기 작업에서 사용됩니다.
def perform_operation(x, y, callback): result = callback(x, y) print(f"The result is: {result}") def multiply(x, y): return x * y def power(x, y): return x ** y perform_operation(2, 3, multiply) # 출력: The result is: 6 perform_operation(2, 3, power) # 출력: The result is: 8
일급 객체와 일급 함수의 개념은 주로 함수형 프로그래밍에서 강조되며, 이를 통해 코드의 모듈성과 유연성을 증가시킬 수 있습니다. 여기에 더하여, 이러한 개념들이 코드를 간결하게 작성하고 높은 추상화 수준에서 문제를 해결하는 데 도움을 줍니다.
1.1.2 일급객체의 이점
-
가독성 및 모듈성 향상
함수형 프로그래밍에서는 작은 함수들을 조합하여 복잡한 동작을 수행하는데, 이는 코드의 가독성을 향상하게 시키는 주된 원인 중 하나입니다. 작은 함수는 특정 기능을 수행하며, 각 함수는 자체적으로 명확하고 이해하기 쉬운 역할을 담당합니다. 이를 통해 코드를 읽거나 유지보수하는 데 더 적은 노력이 들며, 개발자는 코드의 각 부분을 독립적으로 이해할 수 있습니다.
또한, 작은 함수들을 조합하여 큰 함수나 기능을 만들 수 있어 모듈성이 향상됩니다. 각 함수가 잘 정의되어 있고 독립적으로 동작하기 때문에 코드의 재사용성도 증가하며, 새로운 기능을 추가하거나 수정할 때 기존 코드에 영향을 덜 미칩니다.
-
테스트 용이성
작은 함수들은 독립적으로 테스트하기가 쉽습니다. 각 함수는 특정 기능을 수행하고, 함수의 입력과 출력이 명확하게 정의되어 있으므로 단위 테스트를 통해 각 함수의 동작을 쉽게 확인할 수 있습니다. 이는 코드의 안정성과 신뢰성을 높이는 데 기여합니다.
단위 테스트를 통해 각 함수를 검증하면, 전체 시스템의 동작을 이해하고 예측하는 데 도움이 됩니다. 또한, 함수형 프로그래밍에서는 순수 함수를 중심으로 작성되기 때문에 같은 입력에 대해서는 항상 같은 결과를 반환하므로 테스트의 일관성이 확보됩니다.
-
병렬 및 분산 프로그래밍
함수형 프로그래밍은 상태 변경이 없고 부작용이 적은 순수 함수를 강조합니다. 이 특성은 병렬 및 분산 환경에서 더 효과적으로 코드를 작성할 수 있게 만듭니다. 왜냐하면 부작용이 없는 함수들은 여러 스레드나 프로세스에서 병렬로 실행되어도 안전하기 때문입니다.
또한, 함수형 프로그래밍은 불변성(immutability)을 강조하므로 여러 스레드나 프로세스 간의 데이터 공유가 더 쉬워집니다. 상태가 변경되지 않으면서 데이터를 공유할 수 있으므로 병렬성을 향상하고 데드락(deadlock)이나 경합 조건(race condition)과 같은 문제를 방지할 수 있습니다.
-
디버깅 용이성
함수형 프로그래밍에서는 상태 변화가 제한되어 있습니다. 함수가 순수하면서 부작용이 없다면, 특정 입력에 대한 출력이 항상 같이 유지됩니다. 이는 디버깅을 더 쉽게 만듭니다. 같은 입력에 대해서 항상 같은 결과가 나오기 때문에 디버깅 시점에서 예측할 수 있는 동작을 보장할 수 있습니다.
또한, 함수형 프로그래밍에서는 각 함수가 독립적으로 동작하므로 오류가 발생했을 때 해당 함수로 디버깅하거나 수정하기가 쉽습니다. 모듈성이 높고 부작용이 적은 코드는 오류를 추적하고 해결하는 데 도움이 됩니다.
이러한 이점들은 함수형 프로그래밍이 복잡한 시스템을 다루고 유지보수하는 데 특히 유용하게 만듭니다.
1.2 자바에서 일급함수 사용하기
자바는 함수형 프로그래밍 패러다임을 완벽히 지원하지는 않지만, Java 8부터 람다 표현식과 함수형 인터페이스의 도입으로 함수형 프로그래밍 스타일을 사용할 수 있게 되었습니다. 이를 활용해 함수나 객체를 일급 객체처럼 다루는 방식이 가능합니다.
1.2.1 람다 함수
람다 표현식은 익명 함수를 정의하는 방식으로, 이를 변수에 할당하거나 다른 함수의 인자로 전달할 수 있습니다.
import java.util.function.Consumer;
public class LambdaExample {
public static void main(String[] args) {
// 1. 람다식을 변수에 할당
Consumer<String> greet = (name) -> System.out.println("Hello, " + name);
greet.accept("Alice"); // Hello, Alice
// 2. 람다식을 함수의 인자로 전달
execute(greet, "Bob"); // Hello, Bob
// 3. 람다식을 반환값으로 사용
Consumer<String> farewell = createFarewell();
farewell.accept("Charlie"); // Goodbye, Charlie
}
public static void execute(Consumer<String> action, String name) {
action.accept(name); // 전달받은 함수를 실행
}
public static Consumer<String> createFarewell() {
return (name) -> System.out.println("Goodbye, " + name);
}
}
1.2.2 Function
java.util.function.Function은 입력값을 받아서 변환하여 출력값을 반환하는 함수형 인터페이스입니다.
import java.util.function.Function;
public class FunctionExample {
public static void main(String[] args) {
// 1. Function 인터페이스를 사용해 람다식 정의
Function<Integer, Integer> square = (x) -> x * x;
// 2. 함수 실행
System.out.println(square.apply(5)); // 25
// 3. Function을 함수의 인자로 전달
executeFunction(square, 10); // Result: 100
// 4. Function을 반환하는 고차 함수
Function<Integer, Integer> doubler = createMultiplier(2);
System.out.println(doubler.apply(3)); // 6
}
public static void executeFunction(Function<Integer, Integer> func, Integer value) {
Integer result = func.apply(value);
System.out.println("Result: " + result);
}
public static Function<Integer, Integer> createMultiplier(int factor) {
return (x) -> x * factor;
}
}
1.2.3 비동기 콜백
Java에서 비동기 처리는 일반적으로 CompletableFuture를 사용하거나 Runnable 인터페이스를 활용합니다. 콜백 함수도 람다식으로 전달하여 일급 함수처럼 사용할 수 있습니다.
import java.util.concurrent.CompletableFuture;
public class AsyncCallbackExample {
public static void main(String[] args) {
// 1. 비동기 작업 정의
performAsyncTask(result -> {
// 콜백 함수 실행
System.out.println("Callback received: " + result);
});
// 메인 스레드 계속 실행
System.out.println("Main thread is not blocked.");
}
public static void performAsyncTask(Callback callback) {
// 비동기 작업 실행
CompletableFuture.runAsync(() -> {
try {
Thread.sleep(1000); // 작업 시뮬레이션
callback.onComplete("Task completed!");
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
});
}
// 콜백 함수용 인터페이스 정의
@FunctionalInterface
interface Callback {
void onComplete(String result);
}
}
2. 일급 컬렉션
일급 컬렉션은 프로그래밍에서 컬렉션(List, Set, Map 등)을 객체로 추상화하여 다루는 설계 패턴입니다. 이는 컬렉션을 객체로 래핑(wrapping)하여 컬렉션과 관련된 로직을 한 곳에 캡슐화함으로써 코드의 가독성, 유지보수성, 확장성을 높이기 위한 방법입니다.
일급 컬렉션은 다음과 같은 특징을 가지고 있습니다:
- 컬렉션을 감싸는 클래스
- 컬렉션(List, Set, Map 등) 자체를 하나의 객체로 간주하여 별도의 클래스로 정의합니다.
- 컬렉션 외에 추가적인 멤버 변수는 존재하지 않아야 합니다.
- 컬렉션과 관련된 모든 로직을 캡슐화
- 컬렉션과 관련된 검증, 계산, 정렬, 필터링 등의 로직은 컬렉션을 감싸는 클래스 내부에서 처리합니다.
- 외부에서는 컬렉션을 직접 다루지 않으며, 캡슐화된 메서드를 통해서만 조작합니다.
- 불변성(Immutability) 유지
- 컬렉션을 수정하지 않고, 수정된 컬렉션을 새롭게 반환하는 방식으로 처리합니다.
- 이를 통해 상태를 안전하게 유지합니다.
2.1 일급 컬렉션의 이점
- 캡슐화
- 컬렉션의 내부 구조를 외부에서 알 필요가 없으며, 관련 로직을 컬렉션 클래스 내부로 한정시킬 수 있습니다.
- 비즈니스 로직의 응집도 향상
- 컬렉션 관련 로직이 한 곳에 집중되어, 코드 가독성과 유지보수성이 높아집니다.
- 데이터 무결성 보장
- 불변성을 유지하거나 유효성 검사를 통해 컬렉션의 상태를 보호할 수 있습니다.
- 디버깅 및 테스트 용이성
- 컬렉션을 감싸는 객체 단위로 테스트를 작성할 수 있어 디버깅과 테스트가 더 쉬워집니다.
2.2 예시
2.2.1 일반적인 List
import java.util.ArrayList;
import java.util.List;
public class SimpleListExample {
public static void main(String[] args) {
List<String> names = new ArrayList<>();
names.add("Alice");
names.add("Bob");
names.add("Charlie");
// 비즈니스 로직이 여기저기 분산됨
if (names.contains("Alice")) {
System.out.println("Alice is in the list.");
}
}
}
2.2.2 일급 컬렉션으로 리팩토링
import java.util.ArrayList;
import java.util.Collections;
import java.util.List;
public class Names {
private final List<String> names;
// 생성자에서 초기화 및 불변성 유지
public Names(List<String> names) {
this.names = new ArrayList<>(names);
}
// 컬렉션 반환 시에도 불변성 유지
public List<String> getNames() {
return Collections.unmodifiableList(names);
}
// 컬렉션 관련 로직 캡슐화
public boolean contains(String name) {
return names.contains(name);
}
public Names add(String name) {
List<String> newNames = new ArrayList<>(names);
newNames.add(name);
return new Names(newNames);
}
public int size() {
return names.size();
}
}
아래는 일급컬랙션 사용입니다.
import java.util.Arrays;
public class Main {
public static void main(String[] args) {
Names names = new Names(Arrays.asList("Alice", "Bob"));
System.out.println("Contains Alice: " + names.contains("Alice")); // true
System.out.println("Size: " + names.size()); // 2
// 불변성 유지: 새 객체 반환
Names updatedNames = names.add("Charlie");
System.out.println("Updated Names Size: " + updatedNames.size()); // 3
System.out.println("Original Names Size: " + names.size()); // 2
}
}
Ref.
- https://incodom.kr/%EC%9D%BC%EA%B8%89_%ED%95%A8%EC%88%98#h_4ab516cde093ae69d94e576543849d8d
댓글남기기