일급 컬렉션(First-Class Collection)이란?

일급 컬렉션(First-Class Collection)이란?

Java에서 일급 컬렉션(First-Class Collection)은 다른 객체와 동등한 지위를 갖는 컬렉션 객체를 말합니다.

일급 컬렉션은 다음과 같은 특징을 가집니다.

• 컬렉션 객체는 변수나 매개변수에 할당할 수 있다.
• 컬렉션 객체는 다른 객체와 동등한 지위를 가진다.
• 컬렉션 객체는 반환값으로 사용할 수 있다.
• 컬렉션 객체는 필요한 경우 메서드에서 생성할 수 있다.

그냥 간단하게 한 문장으로 말하면 Collection을 Wrapping 하면서, 그 외 다른 멤버 변수가 없는 상태를 일급 컬렉션이라 합니다.
 

 

예시 코드

코드로 살펴보면 다음과 같습니다.

먼저 일급 컬렉션을 사용하지 않은 코드입니다.

public class Student {
    private List<String> subjects;

    public Student(List<String> subjects) {
        this.subjects = subjects;
    }

    public List<String> getSubjects() {
        return subjects;
    }
}

위 코드에서 Student 클래스에서 List<String> 타입의 subjects를 직접 다루고 있습니다. 이 경우 Student 클래스는 List 타입에 의존성을 갖게 되며, List의 구현이 변경될 경우 Student 클래스도 함께 변경되어야 하는 문제점을 가지고 있습니다.

다음은 일급 컬렉션을 사용한 코드입니다.

public class Student {
    private Subjects subjects;

    public Student(Subjects subjects) {
        this.subjects = subjects;
    }

    public Subjects getSubjects() {
        return subjects;
    }
}

public class Subjects {
    private List<String> subjects;

    public Subjects(List<String> subjects) {
        this.subjects = subjects;
    }

    public void addSubject(String subject) {
        subjects.add(subject);
    }

    public List<String> getSubjects() {
        return new ArrayList<>(subjects);
    }
}

위 코드에서는 Student 클래스에서 Subjects 클래스를 사용하도록 변경되었습니다. Subjects 클래스는 List<Strring>타입의 Subjects를 감싸고 있으며, Subject 개체를 추가하거나, 모든 Subject 객체를 가져올 수 있도록 메서드를 제공합니다.

이렇게 함으로써 Student 클래스는 Subjects 클래스와만 의존성을 갖게 되고 이전에 지녔던 문제점인 List 타입에 대한 의존성을 제거할 수 있습니다.

다른 예시를 한번 살펴보겠습니다. 마찬가지로 먼저, 일급 컬렉션을 사용하지 않은 코드입니다.

public class Book {
    private Map<String, String> properties;

    public Book(Map<String, String> properties) {
        this.properties = properties;
    }

    public String getProperty(String key) {
        return properties.get(key);
    }

    public void setProperty(String key, String value) {
        properties.put(key, value);
    }
}

위 코드에서는 Book 클래스에서 Map<String, String> 타입의 properties를 직접 다루고 있습니다. 이제 문제점이 보이시나요? 이 경우 Book 클래스는 Map 타입에 의존성을 갖게 되며, Map의 구현이 변경될 경우 Book 클래스도 함께 변경되어야 합니다.

반면에 일급 컬렉션을 사용한 예시는 다음과 같습니다.

public class Book {
    private Properties properties;

    public Book(Properties properties) {
        this.properties = properties;
    }

    public String getProperty(String key) {
        return properties.getProperty(key);
    }

    public void setProperty(String key, String value) {
        properties.setProperty(key, value);
    }
}

public class Properties {
    private Map<String, String> properties;

    public Properties() {
        this.properties = new HashMap<>();
    }

    public void setProperty(String key, String value) {
        properties.put(key, value);
    }

    public String getProperty(String key) {
        return properties.get(key);
    }

    public Map<String, String> getAllProperties() {
        return new HashMap<>(properties);
    }
}

위 코드에서는 Book 클래스에서 Properties 클래스를 사용하도록 변경되었습니다. Properties 클래스는 Map<String, String> 타입의 Properties를 감싸고 있으며, Property 객체를 추가하거나, 모든 Property 객체를 가져올 수 있도록 메서드를 제공합니다.

이렇게 함으로써 Book 클래스는 Properties 클래스와만 의존성을 갖고 Map 타입에 대한 의존성을 제거하게 됩니다.
 

 

장점

그렇다면 이렇게 의존성을 제거하게 됨으로써 얻을 수 있는 장점들을 무엇일까요? 장점은 아래와 같습니다.

• 가독성과 유지보수성이 향상된다.
• 유효성 검증이 용이해진다.
• 불변성을 보장하게 만들 수 있다.

각각의 장점들을 코드로 살펴보겠습니다.

1. 가독성과 유지보수성이 향상된다.

일급 컬렉션을 사용하면 해당 컬렉션을 사용하는 클래스에서 해당 컬렉션의 역할과 의미를 바로 파악할 수 있고, 유지보수성이 향상됩니다.

다음은 일급 컬렉션을 사용하지 않은 예시 코드입니다.

public class Order {
    private List<String> items;
    private String paymentMethod;

    public Order() {
        this.items = new ArrayList<>();
    }

    public void setPaymentMethod(String paymentMethod) {
        this.paymentMethod = paymentMethod;
    }
}

Order클래스가 주문과 관련된 데이터와 주문의 결제 방법을 모두 관리하고 있습니다. 이러한 경우 결제 방법과 관련된 로직이 추가될 때마다 Order 클래스의 코드를 수정해야 합니다. 또한 결제 방법과 관련된 데이터와 주문과 관련된 데이터가 섞여 있기 때문에 코드를 이해하기가 어려울 수 있습니다.

일급 컬렉션을 사용하면 위와 같은 문제를 해결할 수 있습니다. 아래는 일급 컬렉션으로 리팩토링한 코드입니다.

public class Order {
    private OrderItems items;
    private PaymentMethod paymentMethod;

    public Order() {
        this.items = new OrderItems();
    }

    public void setPaymentMethod(PaymentMethod paymentMethod) {
        this.paymentMethod = paymentMethod;
    }
}

public class OrderItems {
    private List<String> items;

    public OrderItems() {
        this.items = new ArrayList<>();
    }

    // 아이템 관련 로직
}

public abstract class PaymentMethod {
    // 결제 방법 관련 추상 메서드
}

public class CardPayment extends PaymentMethod {
    // 카드 결제 관련 로직
}

public class CashPayment extends PaymentMethod {
    // 현금 결제 관련 로직
}

위의 코드에서는 Order 클래스가 OrderItems 클래스와 PaymentMethod 추상 클래스를 각각 포함하고 있습니다.

OrderItems 클래스는 주문에 대한 아이템을 관리하는 클래스이며, PaymentMethod 추상 클래스는 결제 방법 관련 로직을 관리하는 추상 클래스입니다. 이 추상 클래스를 상속받은 CardPayment와 CashPayment 클래스는 각각 카드 결제와 현금 결제에 대한 로직을 관리합니다.

이렇게 코드를 작성하면, 주문과 관련된 데이터와 결제 방법과 관련된 데이터가 각각의 클래스에 캡슐화되어 있기 때문에 코드의 가독성과 유지보수성이 향상됩니다. 또한 새로운 결제 방법을 추가할 경우 PaymentMethod 추상 클래스를 상속받아 해당 결제 방법의 로직을 구현하기만 하면 되므로 코드 수정이 간편해집니다.

2. 유효성 검증이 용이해진다.

일급 컬렉션을 사용하면 해당 컬렉션의 내부 구현을 캡슐화할 수 있기 때문에 유효성 검증 코드를 해당 컬렉션 클래스 내부에 구현하여 컬렉션의 사용자들이 해당 유효성 검증 로직을 호출하는 번거로움을 줄일 수 있습니다.

예를 들어 OrderItems 클래스에서 add() 메서드에 null이나 빈 문자열을 추가하려는 경우 예외를 터트리는 코드를 추가할 수 있습니다.

public class Order {
    private OrderItems items;

    public Order() {
        this.items = new OrderItems();
    }

    public OrderItems getItems() {
        return items;
    }

    public void addItem(String item) {
        this.items.add(item);
    }

    public void removeItem(String item) {
        this.items.remove(item);
    }
}

public class OrderItems {
    private List<String> items;

    public OrderItems() {
        this.items = new ArrayList<>();
    }

    public List<String> getItems() {
        return items;
    }

    public void add(String item) {
        if (item == null || item.isEmpty()) {
            throw new IllegalArgumentException("Item cannot be null or empty.");
        }
        this.items.add(item);
    }

    public void remove(String item) {
        this.items.remove(item);
    }
}

위 코드에서는 OrderItems 클래스의 add() 메서드에서 item이 null이거나 빈 문자열("") 일 경우 IllegalArgumentException을 던지도록 처리하고 있습니다.

이렇게 하면 해당 컬렉션을 사용하는 코드에서는 add() 메서드를 호출할 때 유효성 검증을 수행하지 않아도 됩니다(Order 클래스에서 유효성 검증 로직을 수행하지 않아도 됨) 따라서 OrderItems 클래스 내부에서 해당 검증을 수행하므로 코드의 가독성과 유지보수성이 좋아집니다.

3. 불변성을 보장하게 만들 수 있다.

해당 컬렉션을 불변(immutable)으로 만들어서 변경을 방지할 수 있습니다.

public class Order {
    private final OrderItems items;

    public Order(OrderItems items) {
        this.items = items;
    }

    public OrderItems getItems() {
        return items;
    }
}

public class OrderItems {
    private final List<String> items;

    public OrderItems(List<String> items) {
        if (items == null) {
            throw new IllegalArgumentException("Items cannot be null.");
        }
        this.items = Collections.unmodifiableList(new ArrayList<>(items));
    }

    public List<String> getItems() {
        return items;
    }
}

위 코드에서는 OrderItems 클래스에서 생성자에서 받은 List 객체를 수정할 수 없도록 Collections.unmodifiableList()를 사용하여 불변 리스트로 변환한 뒤, 이를 인스턴스 변수로 저장합니다. 이로 인해 OrderItems 객체를 생성한 후에는 해당 객체 내부의 List 컬렉션을 수정할 수 없습니다.

따라서 Order 클래스에서 OrderItems 객체를 참조하는 경우, 해당 객체 내부의 List 컬렉션을 수정할 수 없으므로 불변성이 보장됩니다. 또한 OrderItems 클래스 내부에서 List 객체를 수정할 수 있는 add()나 remove()와 같은 메서드가 없기 때문에 해당 객체를 생성한 후에는 내부의 List 컬렉션에 새로운 요소를 추가하거나 제거할 수 없습니다. 덕분에 OrderItems 객체의 불변성도 보장됩니다.

하지만 일급컬렉션을 항상 불변하게 만들 필요는 없고, 상황에 맞게 적용하시면 됩니다.
 

 

마무리

최종적으로 일급 컬렉션을 사용한 코드에서는 OrderItems 클래스가 직접 리스트에 대한 작업을 수행합니다. 따라서 Order 클래스는 단순히 OrderItems 객체를 생성하고 반환하기만 하면 되므로 OrderItems 클래스의 내부 구조를 알 필요가 없습니다. 이를 통해 결합도가 낮아지고 코드의 유지보수성이 향상됩니다.

일급 컬렉션은 코드의 가독성, 유지보수성, 테스트 용이성 등을 개선할 수 있는 매우 유용한 개념입니다. 일급 컬렉션의 개념을 이해하고, 적절하게 활용하면 좀 더 나은 클린 한 코드를 작성할 수 있을 것입니다.

참고

• https://jojoldu.tistory.com/412
• https://tecoble.techcourse.co.kr/post/2020-05-08-First-Class-Collection