JAVA 불변 객체(Immutable Object)란 무엇이며, 어떻게 만들 수 있을까

프로그래밍을 하다 보면 불변 객체(Immutable Object)라는 용어를 자주 접하게 된다. 특히 함수형 프로그래밍이나 멀티스레드 환경에서 자주 등장하는 개념이다. 이 문서에서는 불변 객체가 무엇인지, 왜 중요한지, 그리고 어떻게 만들 수 있는지를 알아보자.

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1. 불변 객체란?

불변 객체(Immutable Object)는 한번 생성되면 그 상태를 변경할 수 없는 객체를 의미한다. 즉, 객체가 생성된 이후에는 그 내부 상태(필드 값 등)를 절대 바꿀 수 없다.

예를 들어, 자바의 String 클래스는 대표적인 불변 객체이다.

String a = "hello";
String b = a.toUpperCase(); // b는 "HELLO", a는 여전히 "hello"

위 코드에서 a.toUpperCase()를 호출했을 때, a의 값은 변하지 않고 새로운 문자열 객체가 생성되어 b에 저장된다. 이것이 불변 객체의 핵심이다.

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2. 불변 객체가 필요한 이유

2.1 안정성 (Safety)

여러 스레드가 동시에 같은 객체를 참조해도, 그 상태가 바뀌지 않기 때문에 동기화 문제가 발생하지 않는다.

2.2 예측 가능성

객체가 변하지 않기 때문에 **사이드 이펙트(side effect)**를 방지할 수 있고 디버깅이 쉬워진다.

2.3 리팩토링과 유지보수 용이

객체의 상태가 불변이므로 코드 변경에 따른 버그 발생 가능성이 낮고, 유지보수가 용이하다.

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3. 불변 객체 만들기

언어마다 불변 객체를 만드는 방식은 다르지만, 공통적으로 다음과 같은 원칙을 따른다.

• 모든 필드는 final 또는 const로 선언
• 외부에서 필드를 직접 변경할 수 없도록 private 접근제어자 사용
• 생성자를 통해서만 값을 설정
• 컬렉션은 불변 컬렉션으로 wrapping
• setter 메서드 사용 금지
• 상태 변경이 필요한 경우 새로운 객체 생성

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4. 불변 객체 예제 코드 (Java)

public final class Person {
    private final String name;
    private final int age;

    public Person(String name, int age) {
        this.name = name;
        this.age = age;
    }

    public String getName() {
        return name;
    }

    public int getAge() {
        return age;
    }
}

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5. 불변 객체의 장단점과 성능 이슈

장점

• 동시성에 강함: 불변 객체는 상태가 변하지 않기 때문에 동기화를 따로 고려하지 않아도 되어 멀티스레드 환경에서 유리하다.
• 버그 방지: 상태 변경이 불가능하므로 예기치 않은 변경으로 인한 버그를 방지할 수 있다.
• 테스트 용이성: 테스트 코드 작성 시 동일 입력에 대해 항상 같은 출력을 보장하므로 단위 테스트가 쉬워진다.
• 가독성과 유지보수성 향상: 코드의 흐름이 단순해지고 추적이 쉬워진다.

단점

• 메모리 사용 증가: 객체가 변경될 때마다 새로운 인스턴스를 생성해야 하므로 메모리 사용량이 증가할 수 있다.
• 성능 저하 가능성: 빈번한 객체 복사나 생성이 필요한 경우, 성능 저하를 유발할 수 있다.
• 복잡한 구조 처리 어려움: 깊은 중첩 구조를 가진 객체에서 변경이 필요할 경우, 전체 구조를 복사해야 하므로 코드가 복잡해질 수 있다.

성능 이슈 고려 사항

• 불변 객체는 변경이 자주 일어나는 데이터에는 적합하지 않다. 반면, 읽기 중심의 데이터나 공유 객체로 활용되는 경우에는 성능적으로 이점이 크다.
• JVM의 Garbage Collector 성능이나 Escape Analysis 최적화가 잘 작동하는 환경에서는 오히려 성능 저하 없이 불변 객체를 효율적으로 사용할 수 있다.
• 경우에 따라서는 불변과 가변 객체를 적절히 혼합하여 성능과 안정성을 균형 있게 설계하는 것이 바람직하다.

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불변 객체는 단순히 값의 변경을 막는 기술이 아니다. 안정성, 예측 가능성, 유지보수성을 확보하기 위한 중요한 프로그래밍 기법이다. 최근의 대부분 언어에서는 불변 객체를 쉽게 만들 수 있는 문법적 지원을 제공하고 있으며, 멀티스레드 환경이나 함수형 프로그래밍에서는 불변성이 필수적이다.