[Live Study] 8주차 과제: 인터페이스

이 스터디는 백기선님께서 Github와 유튜브로 진행하시는 스터디 입니다.

참여하시고 싶으신 분은 아래 링크를 참고해 주세요 :)

대부분의 내용은 [O’REILLY] Java in a Nutshell, 7th Edition 에서 참고 하였습니다.

(최대한 직접 해석하면서 읽고 있으며 모르는 단어는 번역기로 찾았습니다.)

학습 목표

자바의 인터페이스에 대해 학습하세요.

인터페이스를 정의하는 방법

인터페이스란?

자바는 클래스를 하나만 상속이 가능한 특성이 있는데 이는 객체지향 프로그래밍에서 큰 제약이기 때문에 인터페이스(Interface)라는 개념을 도입하였습니다.

인터페이스라는 이름답게 디자인(설계)적인 요소를 위한 유형이므로 메소드를 정의하지만 기본적으로 구현 코드는 제공하지 않습니다.

다만 인터페이스를 구현(implementation)하는 클래스에서 메소드의 내용을 구현해야합니다.

인터페이스 정의

• 인터페이스의 모든 메소드는 추상적입니다.
• 인터페이스는 공용 API를 정의하기 때문에 암시적으로 public 이므로 생략하는 것이 일반적입니다.
• 인스턴스 필드를 정의할 수 없습니다. (필드는 구현의 세부사항이고 인터페이스는 구현이 아니라 사양입니다.)
• 인터페이스는 인스턴스화 할 수 없으므로 생성자가 필요 없습니다.
• 인터페이스는 중첩될 수 있습니다.
• Java 8부터 인터페이스에 static 메소드를 정의할 수 있습니다. (Java의 설계 결함으로 알려져 있습니다.)
• Java 8부터 인터페이스에 default 메소드를 정의할 수 있습니다.
• Java 9부터 인터페이스에 private 메소드를 정의할 수 있습니다.

public interface Animal {
    String getName();
    int getLegs();
}

메소드 정의만 있고 구현은 없습니다.

인터페이스를 구현하는 방법

인터페이스를 구현하는 클래스를 만드는 방법은 상속과 비슷하지만 키워드가 다릅니다.

상속과 개념적으로 다르고 인터페이스를 구현하는 의미이기 때문에 implements 키워드를 사용합니다.

그리고 인터페이스에 정의되어 있는 메소드를 필수적으로 구현해야 합니다.

public class Cat implements Animal {

    @Override
    public String getName() {
        return "고양이";
    }

    @Override
    public int getLegs() {
        return 4;
    }

}

필수적으로 getName(), getLegs() 메소드를 구현해야 합니다.

인터페이스 레퍼런스를 통해 구현체를 사용하는 방법

먼저 위에서 Animal 인터페이스를 구현한 Cat 클래스처럼 다른 구현체를 만들어보겠습니다.

public class Bird implements Animal {

    @Override
    public String getName() {
        return "새";
    }

    @Override
    public int getLegs() {
        return 2;
    }

}

이제 Animal 인터페이스의 구현체인 Cat, Bird 클래스가 있습니다.

이 두 클래스를 인스턴스화 하여 메소드를 호출 해보겠습니다.

Cat cat = new Cat();
Bird bird = new Bird();

System.out.println(cat.getName()); // 고양이
System.out.println(cat.getLegs()); // 4

System.out.println(bird.getName()); // 새
System.out.println(bird.getLegs()); // 2

cat, bird 인스턴스는 Animal 타입으로도 생성 가능합니다.

Animal cat = new Cat();
Animal bird = new Bird();

Animal 인터페이스를 파라미터로 받는 메소드가 있다면 Cat, Bird 타입의 인스턴스를 파라미터로 사용할 수 있습니다.

public void printAnimal(Animal animal) {
    System.out.println("이름 : " + animal.getName());
    System.out.println("다리 개수 : " + animal.getLegs());
}

Cat cat = new Cat();
Bird bird = new Bird();

printAnimal(cat);
printAnimal(bird);

인터페이스 상속

인터페이스는 다른 인터페이스를 상속(확장)할 수 있습니다.

클래스가 다른 클래스를 상속하는 것과 동일하게 extends 키워드를 사용하여 인터페이스를 상속할 수 있습니다.

부모 인터페이스의 모든 메소드와 상수를 상속하고 새 메소드와 상수를 정의할 수 있습니다.

public interface PrintableAnimal extends Animal {
    void print();
}

// 구현 클래스
public class Puppy implements PrintableAnimal {

    // Animal 인터페이스 메소드 구현
    @Override
    public String getName() {
        return "강아지";
    }

    // Animal 인터페이스 메소드 구현
    @Override
    public int getLegs() {
        return 4;
    }

    // PrintableAnimal 인터페이스 메소드 구현
    @Override
    public void print() {
        System.out.println("이름 : " + getName());
        System.out.println("다리개수 : " + getLegs());
    }

}

PrintableAnimal의 구현체를 만들면 PrintableAnimal의 부모 인터페이스인 Animal 인터페이스의 메소드도 구현해야 합니다.

또한 클래스는 단 하나의 클래스만 상속이 가능하지만 인터페이스는 여러 인터페이스를 상속할 수 있습니다.

public interface PrintableAnimal extends Animal, Comparable<PrintableAnimal> {
    void print();
}

// 구현체
public class Puppy implements PrintableAnimal {

    // Animal 인터페이스 메소드 구현
    @Override
    public String getName() {
        return "강아지";
    }

    // Animal 인터페이스 메소드 구현
    @Override
    public int getLegs() {
        return 4;
    }

    // PrintableAnimal 인터페이스 메소드 구현
    @Override
    public void print() {
        System.out.println("이름 : " + getName());
        System.out.println("다리개수 : " + getLegs());
    }

    // Comparable 인터페이스 메소드 구현
    @Override
    public int compareTo(PrintableAnimal o) {
        return getLegs() - o.getLegs();
    }
}

Puppy 클래스의 계층 구조

Puppy 클래스는 계층 구조에 따라 Animal, PrintableAnimal 타입으로 인스턴스화가 가능합니다.

그리고 위에서 사용했던 printAnimal 메소드도 사용할 수 있습니다.

Puppy puppy1 = new Puppy();
PrintableAnimal puppy2 = new Puppy();
Animal puppy3 = new Puppy();

printAnimal(puppy1);
printAnimal(puppy2);
printAnimal(puppy3);

인터페이스의 기본 메소드 (Default Method)

Java 8 부터 도입된 기능으로 구현을 포함하는 메소드를 포함한 인터페이스를 정의할 수 있습니다.

위에서 정의한 PrintableAnimal 인터페이스의 print() 메소드를 매번 구현할 필요가 없다고 느끼면 기본 메소드로 정의하여 사용할 수 있습니다.

또한 상속한 인터페이스의 메소드도 기본 메소드로 정의할 수 있습니다.

// 인터페이스
public interface PrintableAnimal extends Animal, Comparable<PrintableAnimal> {
    // 자신의 메소드를 기본 메소드로 구현
    default void print() {
        System.out.println("이름 : " + getName());
        System.out.println("다리개수 : " + getLegs());
    }

    // Comparable 인터페이스의 메소드를 상속하여 기본 메소드 구현
    @Override
    default int compareTo(PrintableAnimal o) {
        return getLegs() - o.getLegs();
    }
}

// 구현체
public class Snake implements PrintableAnimal {

    @Override
    public String getName() {
        return "뱀";
    }

    @Override
    public int getLegs() {
        return 0;
    }

}

// 사용하기
Snake snake = new Snake();
snake.print(); // PrintableAnimal의 기본 메소드 사용

default 키워드를 사용하여 기본 메소드를 구현할 수 있고 기본 메소드는 구현체에서 필수로 구현할 필요가 없습니다.

하위 호환성

기본 메소드는 구현체에서 필수적으로 해당 메소드를 구현할 필요가 없기 때문에 하위 호환이 가능합니다.

만약 PrintableAnimal 인터페이스에 새로운 기능의 추가가 필요하다면 기존에는 메소드 정의 후 각 구현체에서 구현이 필요했거나 인터페이스를 래핑하는 기본 클래스가 필요했지만 기본 메소드로 구현한다면 인터페이스의 구현체인 Snake 클래스에는 영향이 없습니다.

public interface PrintableAnimal extends Animal, Comparable<PrintableAnimal> {

    // ...

    // 기본 메소드 추가
    default void otherDefaultMethod() {
        System.out.println("other default method");
    }

}

// 구현체는 변화 없음...
public class Snake implements PrintableAnimal, Printer {

    @Override
    public String getName() {
        return "뱀";
    }

    @Override
    public int getLegs() {
        return 0;
    }
}

기본 메소드 주의 사항

만약 아래와 같이 Snake 클래스에서 두 인터페이스를 상속하는데 각 인터페이스에 print() 기본 메소드가 정의되어 있다면 어떻게 할까요?

public interface Printer {

    default void print() {
        System.out.println(getClass().getSimpleName());
    }
}

public class Snake implements PrintableAnimal, Printer {
    // 어떤 print() 메소드를 사용하게 될까...
}

요즘 IDE는 너무 똑똑하기 때문에 문제를 발견하는데는 어려움이 없습니다.

Intellij는 똑똑합니다.

Snake 클래스에서 print 메소드를 직접 구현해야하며 두 인터페이스의 메소드를 사용하는 방법도 있습니다.

public class Snake implements PrintableAnimal, Printer {

    // ...

    @Override
    public void print() {
        PrintableAnimal.super.print(); // PrintableAnimal의 print() 메소드 호출
        Printer.super.print(); // Printer의 print() 메소드 호출

        // 혹은 직접 구현...
    }
}

인터페이스의 static 메소드

Java 8에서 도입된 기능으로 인터페이스에 static 메소드 추가가 가능합니다.

클래스에서와 동일하게 사용 가능하며 기본적으로 public으로 간주합니다.

static 메소드 이므로 상속이 불가능 합니다.

public interface PrintableAnimal extends Animal, Comparable<PrintableAnimal> {

    static String getDescription() {
        return "출력기능이 있는 동물 인터페이스";
    }
}

System.out.println(PrintableAnimal.getDescription()); // 출력기능이 있는 동물 인터페이스v

인터페이스의 private 메소드

Java 9에서 도입된 기능으로 이미 Java 8에서 기본 메소드 사용이 가능해졌기 때문에 로직을 분리하기 위해 사용할 수 있습니다.

• private 메소드 이기 때문에 인터페이스에서 구현이 되어 있어야하고 추상(abstract) 메소드일 수 없습니다.
• 구현체에서 구현할 수 없고 자식 인터페이스에서도 상속이 불가능 합니다.
• static 메소드도 private이 가능합니다.

public interface PrintableAnimal extends Animal, Comparable<PrintableAnimal> {

    static String getDescription() {
        return "출력기능이 있는 동물 인터페이스";
    }

    // 자신의 메소드를 기본 메소드로 구현
    // private 메소드 사용
    default void print() {
        printName();
        printLegs();
    }
    
    // private 메소드로 기본 메소드에서 사용할 로직 분리 1
    private void printName() {
        System.out.println("이름 : " + getName());
    }
    
    // private 메소드로 기본 메소드에서 사용할 로직 분리 2
    private void printLegs() {
        System.out.println("다리개수 : " + getLegs());
    }

    // Comparable 인터페이스의 메소드를 상속하여 기본 메소드 구현
    @Override
    default int compareTo(PrintableAnimal o) {
        return getLegs() - o.getLegs();
    }

    default void otherDefaultMethod() {
        System.out.println("other default method");
    }
}

이번 포스팅의 모든 예제를 종합한 완전체 느낌…