[Java] 클래스 안의 클래스 / Static Nested Class, Member Inner Class, Local Inner class, Anonymous Inner Class

출처

ChatGPT

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Nested Class 구조

Nested class

⨽ Static Nested Class

⨽ Inner class

    ⨽ Memeber Inner Class (Non-static Inner Class, Inner Class)

    ⨽ Local Inner class (Local Class)

    ⨽ Anonymouse Inner class (Anonymouse Class)

 

1. Outer class

• 외부 클래스는 모든 중첩 클래스(nested class)의 컨테이너 역할을 한다.
• 중텁된 모든 클래스는 외부 클래스 내부에 정의된다.

2. Static Nested Class

class OuterClass {
    static class StaticNestedClass {
        // Static Nested Class code
    }
}

존재 이유

1. 메모리 관리

static nested class는 외부 클래스의 인스턴스와 독립적이기 때문에 외부 클래스의 인스턴스를 만들지 않고도 사용할 수 있다. 이는 메모리 사용을 최적화하는 데 유용하다. 외부 클래스의 인스턴스를 필요로 하지 않는 경우, 메모리 효율성을 높일 수 있다.

2. 응집도 향상

관련 있는 클래스들을 하나의 논리적인 단위로 묶어 관리할 수 있게 합니다. 외부 클래스와 논리적으로 관련이 있지만, 외부 클래스의 인스턴스와는 상관없는 클래스를 정의할 때 static nested class가 적합합니다.

3. 캡슐화

static nested class는 외부 클래스의 비공개 멤버에 접근할 수 없기 때문에, 논리적인 관계를 유지하면서도 외부 클래스와의 불필요한 결합을 피할 수 있습니다.

4. 유틸리티 클래스

유틸리티 역할을 하는 클래스는 외부 클래스와의 인스턴스 관계가 필요 없으므로 static nested class로 선언하는 것이 적절합니다.

 

 

특징

• static 키워드를 가지며 외부 클래스의 인스턴스와 독립적으로 존재다.
• 외부 클래스의 인스턴스 없이 생성 가능하다.

OuterClass.StaticNestedClass nestedObject = new OuterClass.StaticNestedClass();

 

• 외부 클래스의 비정적 멤버에 직접 접근할 수 없다. 다만, 외부 클래스의 static 멤버에는 접근이 가능하다.

 

외부 클래스에서 참조 가능한 변수들

• 참조 가능: 외부 클래스의 static 변수
• 참조 불가: 외부 클래스의 인스턴스 변수

 

클래스 로드와 생성 시 메모리 동작

• [Java] Static Nested Class의 메모리 로드 및 생성

 

3. Inner class

• 내부 클래스는 외부 클래스의 인스턴스에 종속적이다.
• 외부 클래스의 인스턴스가 있어야만 사용될 수 있으며, 외부 클래스의 비정적 멤버에 접근할 수 있다.

3.1 Memeber Inner Class (Inner Class)

class OuterClass {
    class InnerClass {
        // Non-static Inner Class code
    }
}

 

존재 이유

• Non-static Inner Class는 외부 클래스의 인스턴스와 강하게 결합되어 외부 클래스의 인스턴스가 생성된 후에만 생성될 수 있다. 따라서 외부 클래스의 데이터나 메서드와 밀접하게 연결된 작업을 수행할 때 유용하다.
• 외부 클래스의 세부 구현을 Non-static Inner Class를 통해 은닉할 수 있다. 예를 들어, 특정 작업이나 로직을 내부 클래스에서만 처리하도록 하여 외부에서 직접 접근하지 못하게 할 수 있다.
• 코드 구조를 모듈화하는 데 도움을 준다. 한 클래스 내부에 관련된 서브 기능들을 가지는 클래스를 정의하면 가독성과 유지보수성이 높아진다.

특징

• 외부 클래스의 인스턴스에 접근할 수 있으며, 외부 클래스 인스턴스와 연관되어 동작한다.
• 외부 클래스의 인스턴스가 존재해야만 생성할 수 있다.
• 외부 클래스의 private 멤버에도 접근할 수 있다.
• 주로 외부 클래스의 인스턴스 메서드나 생성자 내에서 사용된다. ...? 예시 필요...?

 

외부 클래스에서 참조 가능한 변수들

• 참조 가능: 외부 클래스의 인스턴스 변수, static 변수

 

사용 예시

• GUI 애플리케이션: 이벤트 핸들러나 UI 컴포넌트와 같은 기능이 외부 클래스와 강하게 연결되어 있을 때 Non-static Inner Class를 사용한다.

class Outer {
    private String name;

    class Inner {
        void showName() {
            System.out.println("Name: " + name);  // 외부 클래스의 필드에 접근 가능
        }
    }
}

 

클래스 로드와 생성 시 메모리 동작

• [Java] Member inner class의 메모리 로드 및 생성

 

3.2 Local Inner class (Local Class)

class OuterClass {
    void someMethod() {
        class LocalClass {
            // Local class inside a method
        }
    }
}

 

존재 이유

• Local Class는 메서드 내부에 선언되어 메서드의 특정 작업을 캡슐화한다. 로직이 복잡해질 때, 해당 로직을 메서드 내부에서 클래스 형태로 분리해 작성할 수 있다.
• 특정 메서드 내에서만 의미가 있는 클래스를 정의할 수 있어 코드의 구조화와 가독성을 높일 수 있다.
• 특정 리소스나 데이터의 처리가 하나의 메서드에만 국한될 때, Local Class로 선언하여 코드의 모듈성을 높이고 필요 없는 전역 접근을 피할 수 있다.

 

특징

• Local class는 메서드 내부에 정의된 클래스이다.
• Local Class는 메서드나 생성자의 내부에서 선언되므로, 해당 메서드나 생성자가 실행될 때에만 유효하다.
• 복잡한 로직을 처리하기 위해 메서드 내부에 클래스를 선언하여 사용하는 경우가 많다.
• 외부 클래스의 멤버에 접근할 수 있다.
• 메서드에 선언되 로컬 변수를 참조할 수 있으나, 참조된 변수는 final 또는 effectively final이어야 한다.

• Local class가 참조하는 메서드 안 로컬 변수가 final 또는 effectively final 이어야 하는 이유

Local class가 참조하는 메서드 안 로컬 변수가 final 또는 effectively final 이어야 하는 이유

 

Local calss에서 로컬 변수를 참조할 수 있지만, 참조된 변수는 final 또는 effectively final이어야 한다는 규칙의 이유는 자바의 메모리 모델과 관련이 있다.

 

1. 로컬 변수의 생명 주기와 클래스의 생명 주기

 

• 로컬 변수는 메서드가 종료되면 메모리에서 사라진다. 즉, 스택 메모리에서 제거된다.
• 하지만 로컬 클래스는 메서드가 종료된 이후에도 실행될 수 있다. 메서드가 종료된 후에도 로컬 클래스가 메모리 안에서 살아남아 해당 변수를 참조하려는 경우, 이미 메모리에서 사라진 변수에 접근하려고 하게 되어 문제가 발생한다.

로컬 클래스가 메서드가 종료된 이후에도 실행될 수 있는 상황에 대한 예시

로컬 클래스가 메서드 내부에서 정의되었지만, 해당 클래스의 인스턴스가 메서드 외부에서도 작동할 수 있는 상황을 예시로 들을 것이다.

아래 예제는 java.lang.Runnable 인터페이스를 사용하는 멀티스레드 프로그램이다. 이 프로그램에서는 메서드 내부에 로컬 클래스를 정의하고, 그 클래스의 인스턴스가 메서드가 종료된 후에도 실행되는 상황을 보여준다.

public class LocalClassExample {

    public void startThread() {
        // 메서드 내부에서 로컬 클래스 정의
        class Task implements Runnable {
            @Override
            public void run() {
                // 메서드가 종료된 후에도 실행될 로직
                System.out.println("Task is running...");
            }
        }

        // 로컬 클래스의 인스턴스 생성
        Task task = new Task();
        // 새로운 스레드를 시작하면서 로컬 클래스 인스턴스 실행
        Thread thread = new Thread(task);
        thread.start(); // 스레드가 시작되면 메서드가 종료된 후에도 Task가 실행됨
    }

    public static void main(String[] args) {
        LocalClassExample example = new LocalClassExample();
        example.startThread();

        System.out.println("Main method finished.");
    }
}

 

실행 결과

Main method finished.
Task is running...

 

설명

 

• startThread() 메서드 내부에서 Task라는 이름의 로컬 클래스를 정의한다. 이 클래스는 Runnable 인터페이스를 구현하여 스레드에서 실행될 수 있다.
• Task 클래스의 인스턴스를 생성하고, 해당 인스턴스를 Thread 객체에 전달한 뒤 thread.start()를 호출한다. 이로 인해 새로운 스레드가 시작되고, Task 클래스의 run() 메서드가 실행된다.
• startThread() 메서드는 스레드가 실행되는 도중에 종료되지만, Task 클래스는 스레드 내에서 실행되므로 메서드가 종료된 후에도 Task의 run() 메서드가 계속해서 실행된다.

이 예시에서처럼, 로컬 클래스는 메서드 내부에서 정의되지만, 그 인스턴스는 메서드가 종료된 후에도 실행될 수 있다.

 

 

2. 캡쳐된 변수 복사

• 자바에서는 이러한 문제를 해결하기 위해 로컬 변수의 값을 복사해서 로컬 클래스가 해당 값을 사용하게 한다. 이때, 값이 변경되면 복사된 값과 원래 변수의 값이 일치하지 않게 되는 문제가 생긴다. 이를 방지하기 위해 해당 변수는 final이거나 effectively final이어야 한다는 제한이 적용된다. 이렇게 함으로써, 로컬 클래스가 참조하는 값이 변경되지 않음을 보장한다.

 

3. final 또는 effectively final의 의미

 

• final: 해당 변수가 한 번만 초기화되고 변경되지 않음을 의한다. 즉, 로컬 클래스가 참조하는 값이 불변하게 보장된다.
• effectively final: final 키워드가 명시적으로 선언되지 않았지만, 해당 변수가 코드에서 변경되지 않음을 의미한다. 이는 자바 8 이후부터 도입된 개념으로, 변수의 값이 한 번 설정된 후 변경되지 않는다면 effectively final로 간주된다.

 

 

결론

로컬 클래스에서 참조되는 변수는 메모리 모델과 동작에 대한 일관성을 유지하기 위해 final 또는 effectively final로 제한된다. 이로써, 메모리에서 사라지거나 변질된 변수를 참조하려는 위험을 방지하고, 안정적인 코드 동작을 보장한다.

 

외부 클래스에서 참조 가능한 변수들

• 참조 가능: 외부 클래스의 인스턴스 변수/static 변수, 외부 메서드의 final 또는 effectively final 변수

 

사용 예시

• 이벤트 기반 프로그래밍: 이벤트 처리에 필요한 로직을 메서드 내부에서 처리해야 할 때 Local Class가 유용하다.

class Outer {
    public void someMethod() {
        class Local {
            void print() {
                System.out.println("This is a local class");
            }
        }
        Local local = new Local();
        local.print();
    }
}

 

클래스 로드와 생성 시 메모리 동작

• [Java] Local class의 메모리 로드 및 생성

 

3.3 Anonymouse Inner class (Anonymouse class)

class OuterClass {
    void someMethod() {
        Runnable r = new Runnable() {
            public void run() {
                // Anonymous inner class code
            }
        };
    }
}

 

존재 이유

• 인터페이스나 추상 클래스의 간단한 구현체가 필요한 경우, 별도의 클래스를 선언하지 않고 익명 클래스를 사용하여 빠르게 코드를 작성할 수 있다.
• 특정 객체가 한 번만 사용되거나 매우 제한된 범위에서 사용될 때 유용하다. 주로 콜백, 이벤트 리스너, 스레드 작업 등에서 사용된다.
• 특정 메서드를 한 번만 오버라이드해서 사용할 때 별도의 클래스를 정의하는 대신 익명 클래스를 통해 해당 메서드를 재정의할 수 있다.

특징

• 익명 클래스는 이름이 없는 내부 클래스다.
• 클래스 정의와 동시에 인스턴스화된다.
• 주로 인터페이스나 추상 클래스를 구현할 때 사용한다.
• 일시적으로 한 번만 사용하고 버려진다. 재사용되지 않는다.
• 재사용성이 없고 확장성을 활용하는 것이 유지보수에 더 불리할 때 사용한다.

 

외부 클래스에서 참조 가능한 변수들

• 참조 가능: 외부 클래스의 인스턴스 변수, 외부 클래스의 static 변수, 외부 메서드의 final 또는 effectively final 변수

 

사용 예시

• 이벤트 리스너: 버튼 클릭, 마우스 이벤트 등 이벤트 기반 프로그래밍에서 간단하게 이벤트 핸들러를 정의하는 데 유용하다.

button.addActionListener(new ActionListener() {
    @Override
    public void actionPerformed(ActionEvent e) {
        System.out.println("Button clicked!");
    }
});

 

클래스 로드와 생성 시 메모리 동작

• [Java] Anonymouse class의 메모리 로드 및 생성

 

정리

• Static nested class는 외부 클래스의 인스턴스 없이도 사용할 수 있기 때문에 메모리 효율성을 높이고, 외부 클래스와의 결합을 줄이면서 논리적 응집도를 유지하는 데 유리하다.
• Member inner class는 외부 클래스의 인스턴스와 밀접한 관계를 가지며, 외부 클래스의 상태를 쉽게 참조하거나 변경할 수 있는 구조이다.
• Local class와 Anonymous class는 특정 컨텍스트에서만 존재하는 일시적인 클래스로, 코드의 가독성과 명료성을 높이기 위한 용도로 사용된다.