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Chapter 11. null 대신 Optional 클래스

Chapter 11. null 대신 Optional 클래스

1965년 토니 호어라는 컴퓨터과학자가 알골을 설계하면서 처음 null 참조가 등장하였습니다.

컴파일러의 자동 확인 기능으로 모든 참조를 안전하게 사용할 수 있을 것을 목표로 정했고, 그 당시에는 null 참조 및 예외로 값이 없는 상황을 가장 단순하게 구현할 수 있다고 판단 했기에 null 및 관련 예외가 탄생합니다.

이후 토니 호어는 십억 달러짜리 실수라고 했습니다.

11.1 값이 없는 상황을 어떻게 처리할까?


@Getter
public class Person {
    private Car car;
}

@Getter
class Car {
    private Insurance insurance;
}

@Getter
class Insurance {
    private String name;
}

public class Chap11 {

    @Test
    @DisplayName("NullPointerException 발생 경우")
    void test1() throws Exception {
        Person person = new Person();
        assertThatThrownBy(() -> person.getCar().getInsurance().getName())
                .isInstanceOf(NullPointerException.class);
    }
}

Person이 가지고 있는 Car 필드가 만약 null이라면 getInsurance를 호출할 수 없어 NullPointerException이 발생하게 됩니다.

이외에도 Person부터 null이라면? 그 보다 상위 객체가 있어 그 객체가 또 null 이라면? NullPointerException의 지옥에 빠지게 될게 뻔합니다.

11.1.1 보수적인 자세로 NullPointerException 줄이기

사용하는 모든 객체를 null인지 아닌지 체크하는 방법으로 NullPointerException을 피할 수 있습니다.

하지만 Person안의 Car안의 Insurance객체를 사용하기 위해 Person, Car, Insurance 객체를 매번 if로 null을 체크하는 방식은 좋지 않아 보입니다.

11.1.2 null 때문에 발생하는 문제

  • 에러의 근원이다: NullPointerException은 자바에서 가장 흔히 발생하는 예러
  • 코드를 어지럽힌다: 중첩된 null 확인 코드를 추가해야 하므로 null 때문에 코드 가독성이 떨어짐
  • 아무 의미가 없다: null은 아무 의미가 없음. 정적 타입 언어에서 값이 없을을 표현하는 방법으로 적절하지 않음
  • 자바 철학에 위배된다: 자바는 개발자로 부터 모든 포인터를 속였으나, 예외로 null 포인터만 존재
  • 형식 시스템에 구멍을 만든다: 모든 참조 형식에 null을 할당할 수 있기 때문에 애초에 해당 null이 어떤 의미로 사용되었는지 알 수 없음

11.1.3 다른 언어는 null 대신 무얼 사용하나?

그루비나 코틀린 같은 언어는 안전 내비게이션 연산자 (?.)를 도입해서 null 문제를 해결했습니다.

안전 내비게이션 연산자는 호출 체인에 null인 참조가 있으면 결과로 null을 반환하고 아니면 정상적으로 결과를 반환합니다.

class Kotlin {
    fun test1() {
        val person = Person()
        person?.car?.insurance?.name
    }

}

또한, 필드를 선언할 때부터 null이 할당 될수 있는 필드인지를 지정할 수도 있습니다.

class Kotlin {
    private val car: Car? // null 허용
    private val insurance: Insurance // null 허용 안함
}

자바에서는 안전 내비게이션 연산자 대신 Optional<T> 클래스를 제공하여 해결합니다.

11.2 Optional 클래스 소개

Java 8 하스켈과 스칼라의 영향을 받아 java.util.Optional<T>라는 새로운 클래스를 제공합니다.

값이 있으면 Optional 클래스는 값을 감싸고, 없으면 Optional.empty 메소드로 Optional을 반환하는 선택형값을 캡슐화하는 클래스 입니다.

null과 Optional.empty는 차이가 없어보이지만, 활용하는데에는 차이가 많습니다.

가령 Optional.empty의 경우 다른 객체를 반환하거나, 예외를 던지는 등의 작업을 할 수 있습니다.

11.3 Optional 적용 패턴

11.3.1 Optional 객체 만들기

빈 Optional

Optional.empty 메소드를 사용하여 생성할 수 있습니다.

public class Chap11 {
    void test2() throws Exception {
        Optional<Object> empty = Optional.empty();
    }
}

null이 아닌 값으로 Optional 만들기

Optional.of를 이용하여 생성할 수 있습니다. 이때, 값이 null이라면 즉시 NullPointerException이 발생합니다.

public class Chap11 {
    void test2() throws Exception {
        Person person = new Person();
        Optional<Person> optionalPerson = Optional.of(person);
    }
}

null값으로 Optional 만들기

Optional.ofNullable() 메소드를 이용하여 null의 가능성이 있는 객체를 생성할 수 있습니다.

값이 널이라면 empty를 아니라면 of로 생성됩니다.

public class Chap11 {
    void test2() throws Exception {
        Person person = null;
        Optional<Person> optionalPerson = Optional.ofNullable(person);
    }
}

11.3.2 맵으로 Optional의 값을 추출하고 변환하기

map 메소드를 이용하여 값에 접근하여 변환하여 값을 가져올수 있습니다.

Stream에서의 map의 역할 또한 위와 동일합니다.

public class Chap11 {
    void test2() throws Exception {
        Insurance insurance = new Insurance();
        Optional<Insurance> optionalInsurance = Optional.ofNullable(insurance);
        Optional<String> optionalName = optionalInsurance.map(Insurance::getName);
    }
}

11.3.3 flatMap으로 Optional 객체 연결

위에서 살펴봤던 person.getCar().getInsurance().getName()의 경우 person뿐만 아니라 car, insurance도 Optional 감싸져 있을텐데 그렇다면 map내에서 또 다른 map을 호출해야 할 것이고, 그럴때 마다 Optional은 계속 감싸지게 될 것입니다.

public class Chap11 {
    void test2() throws Exception {
        Optional<Person> person = Optional.empty();
        Optional<Optional<Optional<String>>> optional = person.map(Person::getCar)
                .map(car -> car.map(Car::getInsurance))
                .map(car -> car.map(insurance -> insurance.map(Insurance::getName)));
    }
}

이런 부분은 flatMap을 이용하여 해결할 수 있습니다.

public class Chap11 {
    void test2() throws Exception {
        person.flatMap(Person::getCar)
                .flatMap(Car::getInsurance)
                .map(Insurance::getName);
    }
}

💡 도메인 모델에 Optional을 사용했을 때 데이터를 직렬화할 수 없는 이유

자바 언어 아키텍트인 브라이언 고츠는 Optional의 용도가 선택형 반환값을 지원하는 것이라고 못박았습니다.

Optional 클래스는 필드 형식을 사용할 것을 가정하지 않았으므로 Serializable 인터페이스를 구현하지 않기 때문에 직렬화할 수 없습니다.

그렇기 때문에 필요에 따라 Optional 클래스로 감싼 객체를 반환하는 Getter를 만드는 것을 권장합니다.

11.3.4 Optional 스트림 조작

Java 9에서는 Opiotnal을 포함하는 Stream을 쉽게 처리할 수 있도록 Optional에 stream() 메소드를 추가했습니다.

public class Chap11 {
    void test1() throws Exception {
        List<Person> people = List.of(new Person());
        List<String> strings = people.stream()
                .map(Person::getCar)
                .map(optCar -> optCar.flatMap(Car::getInsurance))
                .map(optIns -> optIns.map(Insurance::getName))
                .flatMap(Optional::stream)
                .toList();
    }

}

Optional에 있는 stream() 메소드는 Optional을 Stream으로 변환합니다.

이 때, Optional.empty는 Stream.empty로 변환되기 때문에 최종 연산에서 제외되게 됩니다.

public final class Optional<T> {
    public Stream<T> stream() {
        if (!isPresent()) {
            return Stream.empty();
        } else {
            return Stream.of(value);
        }
    }
}

11.3.5 디폴트 액션과 Optional 언랩

  • get(): Optional에서 값을 꺼내지만, 값이 없으면 NoSuchElementException이 발생
  • orElse: 값이 없으면 가져올 기본값 제공
  • orElseGet: orElse에 대응하는 Lazy 버전의 메소드 입니다. 값이 없을 떄만 Supplier 함수가 실행
  • orElseThrow: 값이 존재하지 않을 시, 발생시킬 예외를 지정할 수 있음
  • ifPresent: 값이 존재하면 실행
  • ifPresentOrElse: 첫 번째 함수는 값이 있으면 실행, 두 번쨰 함수는 값이 없을 경우 실행

11.3.6 두 Optional 합치기

public class Chap11 {

    public Optional<Insurance> nullSafeFindCheapestInsurance(
            Optional<Person> person,
            Optional<Car> car
    ) {
        return person.flatMap(p -> car.map(c -> findCheapestInsurance(p, c)));
    }

    private Insurance findCheapestInsurance(Person person, Car car) {
        // 다양한 보험회사가 제공하는 서비스 조회
        // 모든 결과 데이터 비교
        return chapestCompany;
    }

}

person의 flatMap을 호출함으로써 person이 값이 존재해야 실행이 될것이고, car의 map을 호출함으로써 값이 존재하지 않으면 empty를 반환하게 됩니다.

즉, 두 가지 모두 값이 존재하지 않으면 empty를 반환하게 됩니다.

11.3.7 필터로 특정값 거르기

filter 메소드를 통해 특정 조건에 해당하지 않으면 empty를 반환하도록 할 수 있습니다.