제네릭과 가변인수를 함께 쓸 때는 신중하라

가변인수와 제네릭

가변인수는 메서드에 넘기는 인수의 개수를 클라이언트가 조절할 수 있게 해주는데, 구현 방식에 허점이 있다. 가변인수 메서드를 호출하면 가변인수를 담기 위한 배열이 자동으로 하나 만들어진다. 그런데 내부로 감춰야 했을 배열이 클라이언트에 노출되는 문제가 생긴다. 그 결과 varargs 매개변수에 제네릭이나 매개변수화 타입이 포함되면 알기 어려운 컴파일 경고가 발생한다.

실체화 불가 타입은 런타임에는 컴파일타임보다 타입 관련 정보를 적게 담고 있다. 그리고 거의 모든 제네릭과 매개변수화 타입은 실체화되지 않는다. 메서드를 선언할 때 실체화 불가 타입으로 varargs 매개변수를 선언하면 컴파일러가 경고를 보낸다. 가변인수 메서드를 호출할 때도 varargs 매개변수가 실체화 불가 타입으로 추론되면, 그 호출에 대해서도 경고를 낸다.

매개변수화 타입의 변수가 타입이 다른 객체를 참조하면 힙 오염이 발생한다. 이렇게 다른 타입 객체를 참조하는 상황에서는 컴파일러가 자동 생성한 형변환이 실패할 수 있으니, 제네릭 타입 시스템이 약속한 타입 안전성의 근간이 흔들려버린다.

static void dangerous(List<String>... stringLists) {
    List<Integer> intList = List.of(42);
    Object[] objects = stringLists;
    objects[0] = intList;       // 힙 오염 발생
    String s = stringLists[0].get[0];   // ClassCastException
}

위 메서드에서는 형변환하는 곳이 보이지 않는데도 인수를 건네 호출하면 ClassCastException을 던진다. 마지막 줄에 컴파일러가 생성한 보이지 않는 형변환이 숨어 있기 때문이다. 이처럼 타입 안정성이 깨지니 제네릭 varargs 배열 매개변수에 값을 저장하는 것은 안전하지 않다.

@SafeVarargs 애너테이션

자바 7에서 @SafeVarargs 애너테이션이 추가되어 제네릭 가변인수 메서드 작성자가 클라이언트 측에서 발생하는 경고를 숨길 수 있게 되었다. 메서드 작성자가 그 메서드가 타입 안전함을 보장하는 장치다.
메서드가 이 배열에 아무것도 저장하지 않고 그 배열의 참조가 밖으로 노출되지 않는다면 타입 안전하다. 달리 말하면, 이 varargs 매개변수 배열이 호출자로부터 그 메서드로 순수하게 인수들을 전달하는 일만 한다면(varargs의 목적) 그 메서드는 안전하다.
이때, varargs 매개변수 배열에 아무것도 저장하지 않고도 타입 안정성을 깰 수도 있으니 주의해야 한다.

static <T> T[] toArray(T... args) {
    return args;
}

위 메서드가 반환하는 배열의 타입은 이 메서드에 인수를 넘기는 컴파일타임에 결정되는데, 그 시점에는 컴파일러에게 충분한 정보가 주어지지 않아 타입을 잘못 판단할 수 있다. 따라서 자신의 varargs 매개변수 배열을 그대로 반환하면 힙 오염을 이 메서드를 호출한 쪽의 콜스택으로까지 전이하는 결과를 낳을 수 있다.

제네릭 varargs 매개변수를 안전하게 사용하는 메서드

@SafeVarargs
static <T> List<T> flatten(List<? extends T>... lists) {
    List<T> result = new ArrayList<>();
    for(List<? extends T> list : lists)
        result.addAll(list);
    return result;
}

배열 내용의 일부 함수를 호출만 하는 (varargs를 받지 않는) 일반 메서드에 넘기는 것은 안전하다. 제네릭이나 매개변수화 타입의 varargs 매개변수를 받는 모든 메서드에 @SafeVarargs를 달자. 그래야 사용자를 헷갈리게 하는 컴파일러 경고를 없앨 수 있다. 이 말은 안전하지 않은 varargs 메서드는 절대 작성해서는 안 된다는 뜻이기도 하다.

제네릭 varargs 메서드 생성 규칙

  • varargs 매개변수 배열에 아무것도 저장하지 않아야 한다.
  • 그 배열(혹은 복제본)을 신뢰할 수 없는 코드에 노출하지 않아야 한다.

@SafeVarargs 애너테이션은 재정의할 수 없는 메서드에만 달아야 한다. 재정의한 메서드도 안전할지는 보장할 수 없기 때문이다. 자바 8에서 이 애너테이션은 오직 정적 메서드와 final 인스턴스 메서드에만 붙일 수 있고, 자바 9부터는 private 인스턴스 메서드에도 허용된다.

제네릭 varargs 매개변수를 List 매개변수로 대체

@SafeVarargs
static <T> List<T> flatten(List<List<? extends T>>... lists) {
    List<T> result = new ArrayList<>();
    for(List<? extends T> list : lists)
        result.addAll(list);
    return result;
}

audience = flatten(List.of(friends, romans, countrymen));

이 방식의 장점은 컴파일러가 이 메서드의 타입 안정성을 검증할 수 있다는 데 있다. @SafeVarargs 애너테이션을 우리가 직접 달지 않아도 되며, 실수로 안전하다고 판단할 걱정도 없다. 단점은 클라이언트 코드가 살짝 지저분해지고 속도가 조금 느려질 수 있다.

가변인수와 제네릭은 어울리지 않는다. 가변인수 기능은 배열을 노출하여 추상화가 완벽하지 못하고, 배열과 제네릭의 타입 규칙이 서로 다르기 때문이다. 제네릭 varargs 매개변수는 타입 안전하지는 않지만, 허용된다. 메서드에 제네릭(혹은 매개변수화된) varargs 매개변수를 사용하고자 한다면, 먼저 그 메서드가 타입 안전한지 확인한 다음 @SafeVarargs 애너테이션을 달아 사용하는 데 불편함이 없게 하자.

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