자바 중첩 클래스와 내부 클래스

☕️  김영한의 실전 자바 - 중급 1편 을 듣고 작성하는 복습 블로그 입니다.

 

0. 배경

클래스를 그냥 단일 클래스로 생성해서 사용할 수 있지만, 중첩해서 쓰거나 내부에 쓰거나 다양한 방식으로도 활용할 수 있다 

다양하게 활용되는 클래스 중 중첩 클래스와 내부 클래스에 대해서 알아보자

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1. 중첩 클래스

💡 클래스 안에 클래스를 중첩해서 사용하는 것

class Outer {
	class Nested {...}
}

• 중첩 클래스는 중첩이라는 말에서 알 수 있듯이 클래스 안에 클래스를 넣어서 사용하는 것을 의미한다
• 이는 클래스를 정의하는 위치에 따라서 분류가 달라진다
• 총 4가지가 있고, 인스턴스 소속에 따라 크게 2가지로 분류할 수 있다

인스턴스 소속	중첩 클래스 이름	설명
전혀 다른 인스턴스	정적 중첩 클래스 (static nested)	static 을 사용해 선언
바깥 인스턴스 소속	내부 클래스 (inner)	인스턴스 내부에 선언
	지역 클래스 (local)	코드 블록에 선언
	익명 클래스 (anoymous)	이름 없는 클래스

 

❓ 중첩 (Nested) vs 내부 (Inner)
중첩 : 다른 것이 내부에 위치하거나 포함되는 구조적인 관계
→ 단순히 위치만 안에 있고, 내 것이 아닌 것

내부 : 나의 내부에 있는 나를 구성하는 요소
→ 위치도 안에 있고, 내 것인 것

 

중첩과 내부는 위치가 안에 있는 것은 같지만, 내것인지 내것이 아닌지로 나뉜다.

🙆‍♀️ 내 것인 경우 → 중첩

🙅‍♀️ 내 것이 아닌 경우 → 내부

 

중첩클래스를 사용하는 이유는

1. 논리적 그룹화 
   • 특정 클래스가 다른 하나의 클래스 안에서만 사용되는 경우 중첩 클래스를 사용하면 그룹화를 할 수 있다
   • 다른 곳에서 사용할 필요가 없는 클래스가 노출되지 않기 때문에 개발자의 혼란을 줄여준다
2. 캡슐화
   • 중첩 클래스는 바깥 클래스의 private 멤버에 접근할 수 있다
   • 두 클래스를 긴밀하게 연결하고, 불필요한 public 메서드를 제거할 수 있다

 

이젠 각각의 중첩 클래스에 대해서 알아보자

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2. 정적 중첩 클래스 (static nested class)

💡  서로 관계가 없는 클래스 두 개를 중첩해둔 클래스

• 정적 중첩 클래스는 클래스 앞에 static 을 붙여서 만든다
• static 을 붙여서 만들기 때문에 외부의 클래스와 관계 없이 클래스 로딩 시 Method Area 에 로딩된다

public class NestedOuter {
    private static int outCalssValue = 3;
    private int outInstanceValue = 2;
    static class Nested {
        private int nestedInstanceValue = 1;
        public void print() {
            System.out.println(nestedInstanceValue);
            System.out.println(outInstanceValue);
            System.out.println(outCalssValue);
        }
    }
}

• 자신의 멤버변수인 nestedInstanceValue 에는 접근 🙆‍♀️
• 바깥 클래스의 인스턴스변수인 outInstanceValue 에는 접근 🙅‍♀️
• 바깥 클래스의 클래스변수인 outClassValue 에는 접근 🙆‍♀️

 

사실상 NestedOuter 와 Nested 클래스는 클래스를 따로 2개를 만든 것과 같다

class NestedOuter {
}

class Nested {
}

→ 유일한 차이는 같은 클래스이기 때문에 private 접근 제어자에 접근할 수 있다.

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3. 내부 클래스

💡  바깥 클래스 인스턴스에 소속된다

• static 을 붙이지 않고 class 로 만든다
• 쉽게 말해서 인스턴스 멤버가 된다

public class InnerOuter {
    private static int outClassValue = 3;
    private int outInstanceValue = 2;
    class Inner {
        private int innerInstanceValue = 1;
        public void print() {
            System.out.println(innerInstanceValue);
            System.out.println(outInstanceValue);
            System.out.println(outClassValue);
        }
    }
}

• 자신의 멤버변수인 nestedInstanceValue 에는 접근 🙆‍♀️
• 바깥 클래스의 인스턴스변수인 outInstanceValue 에는 접근 🙆‍♀️
• 바깥 클래스의 클래스변수인 outClassValue 에는 접근 🙆‍♀️

InnerOuter outer = new InnerOuter();
InnerOuter.Inner inner = outer.new Inner();

• 내부 클래스의 경우 new 바깥클래스의 인스턴스 참조.new 내부클래스() 로 생성할 수 있다
• 실제로는 내부 인스턴스가 바깥 인스턴스 안에 생성되지 않고, 내부 인스턴스가 바깥 인스턴스의 참조를 보관하는 방식으로 생성된다
• 하지만, 개념상 인스턴스 안에 생성된다고 이해하면 된다

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4. 지역 클래스

💡  지역 변수와 같은 위치에 생성되는 클래스

• 내부 클래스의 특징을 그대로 가진다
• 바깥 클래스의 인스턴스 변수에 접근할 수 있다
• 지역변수와 같이 코드 블럭 안에서 정의된다
• 지역 변수처럼 접근 제어자를 사용할 수 없다

class Outer {
	public void process() {
		int localVar = 0;
		class Local { .. }
	}
}

 

 

4-1. 생명 주기 문제 

지역 클래스의 경우 생명 주기 문제를 가진다 

변수의 생명 주기는 아래 표와 같다

변수명	생존 주기	변수 존재 영역
클래스 변수	클래스 정보를 읽어들이는 순간부터 프로그램 종료까지	메서드 영역
인스턴스 변수	인스턴스가 GC 되기 전까지	힙 영역
지역 변수	메서드 호출이 종료될 때까지	스택 영역

 

만약 지역 클래스 내부에서 외부 클래스의 지역 변수를 사용한다면 생명 주기가 맞지 않게 되는데

이런 경우는 어떻게 동작할까?

class Outer {
    public Printer process() {
        int processVar = 1;
        class Local implements Printer {
            int localVar = 2;

            @Override
            public void print() {
                System.out.println("processVar = " + processVar);
                System.out.println("localVar = " + localVar);
            }
        }
        return new Local();
    }

    public static void main(String[] args) {
        Outer outer = new Outer();
        Printer printer = outer.process();
        printer.print();
    }
}

 

Outer 클래스 내부의 process() 메소드에 Local 지역 클래스가 있다.

Local 지역 클래스의 print() 메소드에선

• process() 메소드의 지역 변수인 processVar (생명주기 : process() 메소드가 호출될때까지)
• Local 클래스의 인스턴스 변수인 localVar (생명주기 : Local 클래스가 GC에서 삭제될 때까지

을 출력한다.

 

그리고 main 에서는 process() 메소드를 호출하고 print() 메서드를 호출하는데 

어랏 ... ? 🤔

process() 메소드를 호출하고 나면 processVar 변수는 생명이 다해서 사라지는 걸로 알고 있는데

print() 메소드 내부에서 processVar 변수를 사용하고 있다 !!!! ? 

 

→ 이건 지역 변수 캡처를 통해서 해결된다.

 

 

4-2. 지역 변수 캡처

💡  지역 클래스의 인스턴스를 생성하는 시점에 필요한 지역 변수를 복사해서 생성한 인스턴스에 넣어준다

 

간단하게 말하면 지역 클래스의 인스턴스를 생성할 때 밖에서 참조하고 있는 지역 변수가 있다면 복사해서 만들어준다

1. 지역 클래스 인스턴스 생성 시도 
2. 사용하는 지역변수 복사
3. 지역 변수 복사 완료
4. 인스턴스 생성 완료

의 과정을 통해 지역 클래스의 인스턴스가 생성되기 때문에 위와 같은 생명주기 문제가 발생하지 않는다

이렇게 복사를 하기 때문에 지역 클래스가 접근하는 지역 변수는 중간에 값이 변하면 안된다. (사실상 final)

 

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5. 익명 클래스

💡  클래스 이름이 없는 지역 클래스

• 익명 클래스는 지역 클래스의 특별한 종류 중에 하나다
• 지역 클래스이지만, 클래스의 이름을 가지지 않는다

Printer printer = new Printer() {
    int value = 0;

    @Override
    public void print() {
        System.out.println("value = " + value);
    }
};

• 위의 코드처럼 클래스의 이름을 생략하고 클래스의 선언과 생성을 동시에 처리할 수 있다
• Printer 은 인터페이스인데 인터페이스를 생성하는 것처럼 보이지만, 인터페이스를 구현한 익명 클래스를 생성하는 것이다
• 익명 클래스는 부모 클래스를 상속받거나 인터페이스를 구현해야 하므로 상위 클래스나 인터페이스가 필요하다

익명 클래스를 사용하면 인자로 클래스를 바로 넘길 수 있다

hello(new Process() {
    @Override
    public void run() {
        int randomValue = new Random().nextInt(6) + 1;
        System.out.println("주사위 = " + randomValue);
    }
});

 

→ 이게 좀 더 발전해서 람다가 됐다!! (lambda)