Mutable/Immutable Object
1. Mutable Object
변경될 수 있는 객체
생성된 후 상태(state)가 변경될 수 객체를 의미합니다.
상태가 변경된다는 의미는 객체 내 상태를 바꿀 수 있는 수단(method)이 외부에 노출되었다는 의미입니다.
1.1. Example of Mutable Object
간단한 코드를 통해 변경 가능한 객체란 무엇인지 살펴보겠습니다.
- change_state_single_thread 메소드
- 객체를 생성 후 내부 멤버 변수인 value 값을 변경합니다.
- 결과 값이 1임을 확인합니다.
- change_state_with_multi_thread 메소드
- 객체를 생성합니다.
- 스레드 10개를 담긴 스레드 풀(thread pool)을 생성합니다.
- 객체의 value 값을 변경하는 작업을 여러 스레드를 통해 수행합니다.
- 100개의 작업을 전달하고, 10개의 스레드가 작업들을 나눠서 수행합니다.
- 루프 인덱스(index) 값으로 객체 상태를 변경합니다.
- 모든 스레드가 작업을 마치길 기다린 후 상태를 로그로 확인합니다.
package blog.in.action;
import lombok.extern.slf4j.Slf4j;
import org.junit.jupiter.api.Test;
import java.util.concurrent.ExecutorService;
import java.util.concurrent.Executors;
import java.util.concurrent.TimeUnit;
import static java.lang.Thread.MAX_PRIORITY;
import static org.hamcrest.MatcherAssert.assertThat;
import static org.hamcrest.Matchers.equalTo;
class MutableObject {
private int value;
public MutableObject(int value) {
this.value = value;
}
public int getValue() {
return value;
}
public void setValue(int value) {
this.value = value;
}
}
@Slf4j
public class MutableTest {
@Test
void change_state_single_thread() {
final MutableObject mutableObject = new MutableObject(0);
mutableObject.setValue(1);
assertThat(mutableObject.getValue(), equalTo(1));
}
@Test
void change_state_with_multi_thread() throws InterruptedException {
final MutableObject mutableObject = new MutableObject(0);
ExecutorService executorService = Executors.newFixedThreadPool(10);
for (int index = 0; index < 100; index++) {
final int value = index;
executorService.submit(() -> {
mutableObject.setValue(value);
});
}
executorService.shutdown();
executorService.awaitTermination(MAX_PRIORITY, TimeUnit.HOURS);
log.info("result - {}", mutableObject.getValue());
}
}
Test Result
change_state_single_thread 메소드는 정상적으로 테스트가 통과하므로 살펴보지 않겠습니다.
아래 로그는 change_state_with_multi_thread 메소드 수행 결과입니다.
- 최종 값이 98입니다.
- 다중 스레드에 의해 처리되면서 매번 결과가 달라집니다.
23:32:15.953 [main] INFO blog.in.action.MutableTest - result - 98
1.2. Conclusion
상태가 변경될 수 있다는 의미는 변수가 가르키는 객체가 바뀌는 것이 아닙니다.
final 키워드가 붙은 변수로 객체를 참조한다고 해당 객체가 불변이 되는 것은 아닙니다.
특정 객체가 자신의 상태를 변경시킬 수 있는 기능을 외부로 노출했다면 변경 가능한(mutable) 객체라고 판단할 수 있습니다.
변경 가능한 객체는 외부 흐름(혹은 제어)에 의해 상태가 변경되면서 의도치 않은 결과가 발생할 수 있습니다.
이를 스레드 안전하지 않다(not thread safe)고 표현합니다.
2. Immutable Object
변경될 수 없는 객체
생성된 이후에 상태가 변경되지 않는 객체를 의미합니다. 불변 객체라고 표현합니다.
2.1. Example of Immutable Object
불변 객체의 특징을 테스트 코드를 통해 살펴보겠습니다.
- change_state_single_thread 메소드
- 문자열 객체의 concat 메소드를 사용해
Kang을 추가합니다. - concat 메소드를 통해 변경되는 값은
Junhyunny Kang입니다. - immutableObject 변수가 참조하는 객체의 값은
Junhyunny로 변함이 없습니다.
- 문자열 객체의 concat 메소드를 사용해
- change_state_with_multi_thread 메소드
- 문자열 객체를 생성합니다.
- 스레드 10개를 담긴 스레드 풀(thread pool)을 생성합니다.
- 객체의 value 값을 변경하는 작업을 여러 스레드를 통해 수행합니다.
- concat 메소드를 사용해 ` Kang`을 추가합니다.
- 100개의 작업을 전달합니다.
- 100개의 작업을 10개의 스레드가 나눠 수행합니다.
- 모든 스레드가 작업을 마치길 기다립니다.
- immutableObject 변수가 참조하는 객체의 값은
Junhyunny로 변함이 없습니다.
package blog.in.action;
import lombok.extern.slf4j.Slf4j;
import org.junit.jupiter.api.Test;
import java.util.concurrent.ExecutorService;
import java.util.concurrent.Executors;
import java.util.concurrent.TimeUnit;
import static java.lang.Thread.MAX_PRIORITY;
import static org.hamcrest.MatcherAssert.assertThat;
import static org.hamcrest.Matchers.equalTo;
@Slf4j
public class ImmutableTest {
@Test
public void change_state_single_thread() {
final String immutableObject = "Junhyunny";
assertThat(immutableObject.concat(" Kang"), equalTo("Junhyunny Kang"));
assertThat(immutableObject, equalTo("Junhyunny"));
}
@Test
public void change_state_with_multi_thread() throws InterruptedException {
final String immutableObject = "Junhyunny";
ExecutorService executorService = Executors.newFixedThreadPool(10);
for (int index = 0; index < 100; index++) {
final int value = index;
executorService.submit(() -> {
immutableObject.concat(" Kang");
});
}
executorService.shutdown();
executorService.awaitTermination(MAX_PRIORITY, TimeUnit.HOURS);
assertThat(immutableObject, equalTo("Junhyunny"));
}
}
2.2. Conclusion
예시에서 보듯이 Java에서 문자열은 변경이 불가능합니다.
변경이 발생하는 연산은 내부 상태를 바꾸는 것이 아니라 새로운 객체를 만들어 반환합니다.
내부 상태가 변경되지 않기 때문에 여러 스레드에 의해 공유되어도 문제가 없습니다.
이를 스레드 안전하다(thread safe)고 표현합니다.
Java의 대표적인 불변 객체는 String, Boolean, Integer, Float, Long, Double 등이 있습니다.
불변 객체를 사용하면 다음과 같은 장점이 있습니다.
- 생성자, 접근 메소드에 대한 방어 복사가 필요하지 않습니다.
- 멀티 스레드 환경에서 동기화 처리 없이 객체를 공유할 수 있습니다.
다음과 같은 단점이 있습니다.
- 객체의 상태가 변경될 때마다 새로 생성해야하기 때문에 성능 저하나 메모리 누수의 위험이 존재합니다.
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