BLOG

JAVA 제네릭 배열을 생성하지 못하는 이유

작성일: 2020-07-18 14:28
  • 자바에서 제네릭 타입은 중요한 두 가지 차이를 가지고, 이 차이로 인해 제네릭 배열은 타입 안전성을 보장할 수 없어 직접 생성이 불가능합니다.

# 제네릭과 배열의 차이점

# 1. 배열은 공변, 제네릭은 불공변

  • 배열의 경우 Sub가 Super의 하위 타입일때 Sub[]는 Super[]의 하위 타입이 됩니다.
    • 이런 경우를 공변하다고 합니다.
  • 반면 제네릭 타입의 경우 Sub가 Super의 하위 타입이더라도 ArrayList<Sub>는 ArrayList<Super>의 하위 타입이 아닙니다.
    • 이런 경우를 불공변하다고 합니다.

# 배열은 공변

Object[] objects = new String[1]; // 배열은 공변하므로 String[]은 Object[]의 하위 타입이므로 컴파일 가능
objects[0] = 1;
1
2
  • objcets는 컴파일 타임에 Object[]이므로 Integer을 할당할 수 있으나, 런타임엔 String[]이기 때문에 예외가 발생합니다.

자바를 사용하는 이유 중 하나가 정적 컴파일 언어로 시스템의 안정성을 높여주기 위함인데 배열의 이러한 특징은 컴파일 타임에 타입 안전성을 보장해줄 수 없습니다.

# 제네릭은 불공변

ArrayList<Object> objectList = new ArrayList<String>(); // 제네릭 타입은 불공변하므로 컴파일 불가능
1
  • 제네릭 타입은 불공변하기 때문에 String 타입이 Object 타입을 확장했다 하더라도 컴파일 에러가 발생합니다.
    • 만약 제네릭 타입이 공변하여 컴파일이 된다면 배열과 동일하게 런타임에 타입 에러가 발생할 것입니다.
  • 그러므로 배열 대신 제네릭 타입을 사용하는 것이 타입 안전한 프로그래밍을 할 수 있습니다.

# 2. 배열은 런타임에 실체화, 제네릭 타입은 런타임에 소거

# 배열은 런타임에 실체화

Object[] objects = new String[1];
1
  • 배열은 런타임에 타입이 실체화되기 때문에 objects는 런타임에 String[]가 됩니다.

# 제네릭 타입은 런타임에 소거

// 컴파일 타임(실제 작성한 코드)
ArrayList<String> stringList = new ArrayList<String>();
ArrayList<Integer> integerList = new ArrayList<Integer>();

// 런타임(제네릭 타입은 런타임에 소거되므로 구분이 불가능하다)
ArrayList stringList = new ArrayList();
ArrayList integerList = new ArrayList();
1
2
3
4
5
6
7
  • 제네릭 타입은 런타임에 소거되므로 런타임에는 타입이 소거된 ArrayList만 남게됩니다.

# 제네릭 배열이 가능하다면 발생할 수 있는 문제점

// 실제론 컴파일 에러가 발생한다.
ArrayList<String>[] stringLists = new ArrayList<String>[1]; // 제네릭 배열을 생성. 런타임시에는 제네릭 타입은 소거되므로 ArrayList[]가 된다.

ArrayList<Integer> intList = Arrays.asList(1);              // 타입 소거로 인해 런타임시 ArrayList가 된다.
Object[] objects = stringLists;                             // 배열은 공변성을 가지므로 Object[]는 ArrayList[]가 될 수 있다.
objects[0] = intList;                                       // intList또한 ArrayList이므로 배열의 요소가 될 수 있다. 
String s = stringLists[0].get(0)                            // String 타입을 가져야 하지만 Integer이므로 예외 발생
1
2
3
4
5
6
7
  • 만약 제네릭 배열을 만들 수 있다면 위와 같은 상황이 발생할 수 있고 이는 결국 런타임 예외로 이어집니다.

# 왜 제네릭은 실체화 불가능하게 만들었을까?

  • 자바에서 제네릭 타입을 굳이 런타임에 소거한 이유는 하위 호환성을 보장하기 위함입니다.
    • 만약 제네릭 타입이 런타임에 실체화 된다면 제네릭이 생기기전에 사용했던 클래스들와 호환이 불가능하게 됩니다.
  • 제네릭이 런타임에 자신의 타입을 소거하더라도 개발자가 선언한 제네릭의 타입 파라미터에 명시한 타입만 들어갈 수 있도록 타입 안전성을 보장해줘야 합니다.
  • 하지만 제네릭 타입이 런타임에 소거되던 말던 제네릭 타입의 목적은 타입 안전성을 보장하기 위함이므로 타입 안정성 보장이 필요합니다.
    • 배열은 위에서 보았듯이 공변하므로 제네릭 배열이 가능하도록 하면 타입 안전성을 보장할 수 없게 되어 제네릭 배열을 직접 생성할 수 없습니다.

제네릭 배열을 직접 생성할 순 없지만 와일드카드 타입을 이용하거나, 강제 형변환을 통해 제네릭 배열을 사용할 수 있습니다.

# 제네릭 배열 사용하기

# 와일드카드 타입을 이용한 제네릭 배열 생성

// 컴파일 에러가 발생 안함.
List<?>[] lists = new List<?>[2];
lists[0] = Arrays.asList(1);
lists[1] = Arrays.asList("A");
    for (List<?> list : lists) {
        System.out.println(list);
    }
}
1
2
3
4
5
6
7
8
  • 비한정적 와일드카드 타입으로 제네릭 배열을 생성하면 컴파일에러가 발생하지 않습니다.
  • 비한정적 와일드카드 타입은 모든 제네릭 타입을 가질 수 있습니다. 그러므로 raw 타입으로 정의한 List[]와 동일한 의미를 가지므로 컴파일 에러를 발생시키지 않습니다.
    • raw 타입이기 때문에 모든 타입을 포함할 수 있어 배열의 공변성이 문제가 되지 않습니다.

# 형변한 이용하기

public class Store<E> {
    private E[] elements;
    private int index;
    
    // 경고가 발생하나 타입 안전성을 확신할 수 있으니 경고를 제거한다.
    @SuppressWarnings("unchecked")
    public Store(int size) {
     // this.elements = new E[size]; 직접 제네릭 배열은 생성불가!
        this.elements = (E[]) new Object[size]; // 강제 형변환을 이용하여 생성
        this.index = 0;
    }
    
    // elements는 해당 메서드에서만 추가될 수 있으므로 코드상으로 타입 안전성 보장이 가능하다. 
    public boolean save(E e) {
        if (index >= elements.length)
            return false;
        
        elements[index++] = e;
        return true;
    }
}
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
  • Object 배열에서 (E[])로 형변환을 이용하면 제네릭 배열을 만들 수 있습니다.
  • 형변환을 통해 제네릭 배열을 생성하는 경우 타입 안전성을 보장해줄 수 없기 때문에 컴파일러에서 경고를 표시합니다.
  • 하지만 코드 상으로 타입 안전성 보장이 가능하다면 문제 없이 사용할 수 있습니다.

# 결론

  • 배열은 공변하며 런타임에 실체화 되지만, 제네릭 타입은 불공변하며 런타임에 소거됩니다.
  • 이로 인해 배열은 타입 안전성을 보장해줄 수 없어 제네릭 배열을 직접 생성할 수 없습니다.
  • 타입 안전성을 위해서라면 배열을 사용하기 보다 제네릭 타입을 활용한 리스트를 사용하는 것이 좋습니다.

← Kafka(카프카) CLI 명령어 모음 →