☕ 내부 클래스(Inner Class) 장점 & 종류 총정리

내부 클래스 (Inner Class)

내부 클래스(inner class)란 하나의 클래스 내부에 선언된 또 다른 클래스를 의미한다.

보통 사용자 클래스 자료형이 필요하면, 메인 클래스 외부에 선언하거나, 따로 독립적인 클래스 파일을 만들어 불러와 사용해 왔다. 내부 클래스는 대신 클래스 내에 선언되어 사용되며, 내부에 정의된다는 점을 제외하고는 일반적인 클래스와 다르지 않다. 우리가 어느 클래스에 변수나 상수가 필요하다면 클래스 멤버로서 클래스 내에서 선언하여 사용해 왔듯이, 선언 주체를 변수에서 클래스로 바꾼다면 그것이 내부 클래스인 것이다.

이처럼 내부 클래스는 보통 두 클래스가 서로 긴밀한 관계가 있거나, 하나의 클래스또는 메소드에서만 사용되는 클래스일 때 이용되는 기법이라고 보면 된다.

내부(inner) 클래스는 중첩(nested) 클래스로 분류되기도 한다.

// Creature 클래스는 내부 클래스들의 외부 클래스
class Creature {
	int life;
    
    // Animal 클래스는 Creature 클래스의 내부 클래스
    class Animal { 

    }
	
    // Insect 클래스는 Creature 클래스의 내부 클래스
    class Insect {

    }
    
    public void method() {
        Animal animal = new Animal();
    	Insect insect = new Insect();
        // ...
    }
}

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내부 클래스의 장점

 

1. 클래스를 논리적으로 그룹화

클래스가 여러 클래스와 관계를 맺지 않고 하나의 특정 클래스와만 관계를 맺는다면, 외부에 클래스를 새로 작성하는 것이 아닌 내부 클래스로 작성할 수 있다.

이런 경우 내부 클래스와 외부 클래스를 함께 관리하는 것이 가능해 유지보수 면에서나 코드 이해성 면에서 편리해진다.

또한 내부 클래스로 인해 새로운 클래스를 생성하지 않아도 되므로 패키지를 간소화할 수 있다.

코드로 예시를 들어보자.

평소대로라면 아래처럼 외부 혹은 다른 파일로 클래스를 선언해놓고, 인스턴스화 하여 사용해왔을 것이다.

class Creature {
    int life;

    public void method() {
        Animal animal = new Animal(); // Animal 객체는 오로지 Creature 클래스의 메소드 내에서만 사용된다고 가정 
        // ...
    }
}

// 외부에 선언된 클래스
class Animal {

}

그런데 만일 Animal 클래스 자료형이 오로지 Creature 클래스의 메소드 내에서만 선언되어 사용된다면, Animal 클래스를 Creature 클래스 내부로 넣어줌으로써 보다 코드 자원의 이해에 도움이 된다. (한눈에 자원 상관 관계 파악에 도움됨)

class Creature {
    int life;
	
    // 클래스 멤버 같이 Creature 클래스 안에다 넣어 선언한다.
    class Animal {

    }

    public void method() {
        Animal animal = new Animal(); // Animal 객체는 오로지 Creature 클래스의 메소드 내에서만 사용된다고 가정 
        // ...
    }
}

 

2. 더욱 타이트한 캡슐화의 적용

내부 클래스에 private 제어자를 적용해줌으로써, 캡슐화를 통해 클래스를 내부로 숨길 수 있다.

즉, 캡슐화를 통해 외부에서의 접근을 차단하면서도, 내부 클래스에서 외부 클래스의 멤버들을 제약 없이 쉽게 접근할 수 있어 구조적인 프로그래밍이 가능해 진다. 그리고 클래스 구조를 숨김으로써 코드의 복잡성도 줄일 수 있다.

class Creature {
    private int life = 50;
	
    // private class 로, 오로지 Creature 외부 클래스에서만 접근 가능한 내부 클래스로 설정
    private class Animal {
        private String name = "호랑이";

        int getOuter() {
            return life; // 외부 클래스의 private 멤버를 제약 없이 접근 가능
        }
    }

    public void method() {
        Animal animal = new Animal(); 

        // Getter 없이 내부 클래스의 private 멤버에 접근이 가능
        System.out.println(animal.name); // 호랑이

        // 내부 클래스에서 외부 클래스이 private 멤버를 출력
        System.out.println(animal.getOuter()); // 50
    }
}

 

3. 가독성이 좋고 유지 관리가 쉬운 코드

결국은 내부 클래스를 작성하는 경우 클래스를 따로 외부에 작성하는 경우보다, 물리적으로 논리적으로 외부 클래스에 더 가깝게 위치하게 된다. 따라서 시각적으로 읽기가 편해질 뿐 아니라 유지보수에 있어 이점을 가지게 된다.

한 클래스를 다른 클래스의 내부 클래스로 선언하면 두 클래스 멤버들 간에 서로 자유로이 접근할 수 있고, 그리고 외부에는 불필요한 클래스를 감춰서 클래스간의 연관 관계 따지는 것과 같은 코드의 복잡성을 줄일 수 있다는 장점이 있기 때문이다.

간단하게 말하자면 어차피 A 클래스안에서만 사용하기 위한 클래스이니 괜히 연관관계 생각없이 내부에 선언해 직관적으로 사용하자는 취지인 것이다.

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내부 클래스 종류

클래스 멤버 변수도 선언되는 위치나 접근제어자에 따라 역할과 이름이 달라지듯이, 내부 클래스도 선언된 위치, static 키워드의 유무 등에 따라 4가지로 내부 클래스가 구분된다.

내부 클래스에는 아래 표와같이 총 4가지가 있는데, 이중에서 중점적으로 봐야할 요소는 static 클래스와 익명 클래스 이다.
추후에 배우겠지만 static 클래스는 디자인 패턴에서 싱글톤 패턴과 Holder 패턴에서 쓰이는 기법중 하나이고, 익명 클래스는 자바8의 람다 표현식의 기본 골자이기 때문이다.

내부 클래스	특징
인스턴스 클래스 (instance class)	외부 클래스의 멤버변수 선언 위치에 선언하며, 외부 클래스의 인스턴스 멤버처럼 다뤄진다. 주로 외부 클래스의 인스턴스 멤버들과 관련된 작업에 사용될 목적으로 선언된다.
스태틱 클래스 (static class)	외부 클래스의 멤버변수 선언 위치에 선언하며, 외부 클래스의 static 멤버처럼 다뤄진다. 다만 주의할점은 static이라고 해서 new 생성자 초기화를 못하는 건 아니다. 즉, 일반적인 static 필드 변수나 static 메서드와 달리, staic 내부 클래스는 같은 static이지만 메모리 구조나 기능이 전혀 다르다.
지역 클래스 (local class)	외부 클래스의 메서드나 초기화블럭 안에 선언하며, 선언된 메서드 블록 영역 내부에서만 사용될 수 있다.
익명 클래스 (anonymous class)	클래스의 선언과 객체의 생성을 동시에 하는 이름없는 클래스이다. 주로 클래스를 일회용으로 사용할때 자주 이용된다.

class Outer{
	class InstanceInner { ... } // 인스턴스 클래스
	static class StaticInner { ... } // 스태틱 클래스
    
    void method1(){
    	class LocalInner { ... } // 지역 클래스
    }
}

클래스 멤버 접근 제어자 특성과 비슷하다라고 보면 된다.

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인스턴스 클래스

• 클래스의 멤버 변수 선언부에 위치하고 static 키워드가 없는 내부 클래스
• 외부 클래스의 멤버로 취급되기 때문에 외부 클래스의 객체 먼저 생성한 후 내부 클래스의 객체를 생성이 가능하다
• 인스턴스 클래스 내부에는 instance 멤버만 선언할 수 있다. (static 멤버는 선언 불가)
• 주로 외부 클래스의 인스턴스 멤버들과 관련된 작업에 사용될 목적으로 선언된다.

class PocketBall {
    // 인스턴스 변수
    int size = 100;
    int price = 5000;

    // 인스턴스 내부 클래스
    class PocketMonster {
        String name = "이상해씨";
        int level = 10;
        
        // static int cost = 100; - 에러! 인스턴스 내부 클래스에는 static 변수를 선언할 수 없다.
        static final int cost = 100; // final static은 상수이므로 허용

        public void getPoketMember() {
            // 별다른 조치없이 외부 클래스 맴버 접근 가능
            System.out.println(size);
            System.out.println(price);

            // 내부 클래스 멤버
            System.out.println(name);
            System.out.println(level);
            System.out.println(cost);
        }
    }
}

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        
        PocketBall ball = new PocketBall(); // 먼저 외부 클래스를 인스턴스화 해주고
        PocketBall.PocketMonster poketmon = ball.new PocketMonster(); // 외부클래스.내부클래스 형식으로 내부클래스를 초기화 하여 사용할 수도 있다
        poketmon.getPoketMember();
        
        // 위의 단계를 한줄로 표현
        PocketBall.PocketMonster poketmon2 = new PocketBall().new PocketMonster();
    }
}

외부 클래스를 인스턴스화하면 외부 클래스의 코드가 메모리에 올라오게 되고 이 때 내부 클래스의 코드도 메모리에 올라오게 된다. 이렇게 코드를 메모리에 올린 이후에야 내부 클래스의 인스턴스를 생성할 수가 있다.

다만 내부 클래스는 다른 클래스에서 직접 사용하는 것보다 해당(외부) 클래스에서만 사용하는 것이 일반적이므로, 위의 메인 코드와 같이 내부 클래스의 인스턴스를 다른 클래스에서 만드는 경우는 드물다.

 

이름이 같은 외부 클래스 메서드 호출

만일 다음과 같이 내부 클래스에서 외부 클래스와 동일한 메서드명을 사용할때 외부 클래스의 메서드를 호출하려면 어떻게 해야 할까?

// 외부 클래스
public class Main {

    public print(String txt) {
        System.out.println(txt);
    }

	// 내부 클래스
    class Sub {
        public print() {         
        }
    }
}

클래스가 상속관계에 있을때는 super 키워드를 통해 부모 메서드를 호출할 수 있었다. 하지만 외부-내부 클래스 관계는 상속 관계가 아니기 때문에 다른 방법으로 외부 클래스의 멤버를 호출해야 한다.

이때 정규화된 this를 사용하면 바깥 인스턴스의 메서드를 호출하거나 바깥 인스턴스의 참조를 가져올 수 있다.

정규화된 this란 클래스명.this 형태로 바깥 클래스의 이름을 명시하는 용법을 말한다.

public class Main {

    public void print(String txt) {
        System.out.println(txt);
    }

    class Sub {
        public void print() {
            Main.this.print("외부 클래스 메소드 호출");
            System.out.println("내부 클래스 메소드 호출");
        }
    }
}

public static void main(String[] args) {
    Main.Sub s = new Main().new Sub();
    s.print();
    /*      
    외부 클래스 메소드 호출
    내부 클래스 메소드 호출
    */
}

이 다음에 배울 static 내부 클래스에서는 정규화된 this 문법을 사용할 수 없다.

 

인스턴스 클래스 컴파일

• 내부 클래스는 클래스 안의 클래스 형태이기 때문에 컴파일 형태가 남다르다.
• 컴파일시 생성되는 클래스 파일명은 "외부클래스$내부클래스.class" 형태이다.

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스태틱 클래스

• static 키워드가 붙은 내부 클래스
• 단, 일반적인 static 필드 변수나 static 메서드와 똑같이 생각하면 안된다.
• static 클래스 내부에는 instance 멤버와 static 멤버 모두 선언 할 수 있다.
• 그러나 일반적인 static 메서드와 동일하게 외부 클래스의 인스턴스 멤버에는 접근이 불가하고, 정적(static) 멤버에만 접근할 수 있다. 

class PocketBall {
    int size = 100;
    static int price = 5000;

    // static 내부 클래스
    static class PocketMonster {
        static String name = "이상해씨";
        int level = 10;

        public static void getPoketMember() {
            // 외부 클래스 인스턴스 맴버 접근 불가능
            // System.out.println(size);
            
            // 외부 클래스 스태틱 멤버 접근 가능
            System.out.println(price);
			
            // 내부 클래스 멤버도 스태틱 맴버만 접근 가능
            System.out.println(name);
            // System.out.println(level);
        }
    }
}

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        // 스태틱 내부 클래스의 인스턴스는 외부 클래스를 먼저 생성하지 않아도 된다.
        PocketBall.PocketMonster poketmon = new PocketBall.PocketMonster();
        System.out.println(poketmon.level);
        System.out.println(PocketBall.PocketMonster.name);

        // 클래스.정적내부클래스.정적메소드()
        PocketBall.PocketMonster.getPoketMember();
    }
}

 

static 클래스에 대한 오해

가장 많은 사람들이 실수하는 오해가 static 클래스가 그 외의 static 필드 변수나 static 메소드와 같이, 'static 이니까 메모리에 하나만 올라가는 인스턴스'로 착각 한다는 점이다.

우선 결론부터 말하면 static 클래스는, 키워드가 static이 들어갔을 뿐이지, 우리가 알던 static 멤버와는 전혀 다른 녀석이다.

다음 코드를 보면 static 변수와 내부 인스턴스 클래스 그리고 내부 static 클래스가 있다.

이들을 각각 메인 메소드에서 변수로 받아 같은지 다른지 비교해보면, static 변수는 우리의 예상대로 메모리에서 한번만 생성 되니까 반환 되는 데이터는 같다.

하지만 내부 static 클래스는 일반 클래스처럼 초기화를 할때마다 다른 객체가 만들어짐을 볼 수 있다. (static 인데 말이다)

public class Main {
    // 스태틱 필드 변수
    static Integer num = new Integer(0);

    // 내부 인스턴스 클래스
    class InnerClass{
    }

    // 내부 스태틱 클래스
    static class InnerStaticClass{
    }
    
    public static void main(String[] args) {

        // 스태틱 필드 변수는 유일해서 서로 같다
        Integer num1 = Main.num;
        Integer num2 = Main.num;
        System.out.println(num1 == num2); // true


        // 생성된 내부 클래스 인스턴스는 서로 다르다
        Main.InnerClass inner1 = new Main().new InnerClass();
        Main.InnerClass inner2 = new Main().new InnerClass();
        System.out.println(inner1 == inner2); // false


        // 생성된 내부 스태틱 클래스 인스턴스는 서로 다르다
        Main.InnerStaticClass static1 = new InnerStaticClass();
        Main.InnerStaticClass static2 = new InnerStaticClass();
        System.out.println(static1 == static2); // false
    }
}

복잡하게 생각할 필요없이 static 클래스는 static 이라고 해서 메모리에 한번만 로드되는 객체 개념이 아닌 것이다.

즉, 내부 인스턴스 클래스 처럼 외부 인스턴스를 먼저 선언하고 초기화해야 하는 선수 작업 필요 없이, 내부 클래스의 인스턴스를 바로 생성할 수 있다는 차이점이 존재 할 뿐이다.

 

내부 클래스는  static 클래스로 선언하자

만일 내부 클래스를 이용하는데, 내부 클래스에서 바깥 외부의 인스턴스를 사용할 일이 없다면 static 클래스로 선언해주어야 한다. (실제로 인텔리제이 같은 IDE에서도 경고를 띄운다)

왜냐하면 static이 아닌 내부 인스턴스 클래스는 외부와 연결이 되어 있어 '외부 참조'를 갖게되어 메모리를 더 먹고, 느리며, 또한 GC 대상에서 제외되는 여러 문제점을 일으키기 때문이다.

이에 대한 자세한 고찰은 다음 포스팅을 참고하길 바란다.

[JAVA] ☕ 내부 클래스는 static 으로 선언 안하면 큰일 난다

 

static 클래스 컴파일

• 위의 인스턴스 내부 클래스와 같다.

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로컬 클래스

• 메소드 내부에 위치하는 클래스 (지역 변수와 같은 성질을 지님)
• 지역 변수처럼 해당 메서드 내부에서만 한정적으로 사용된다. (해당 메소드 실행 외에는 클래스 접근 및 사용 불가)
• 접근제한자와 static을 붙일 수 없다.
  메소드 내부에서만 사용되므로 접근을 제한할 필요가 없고, 원래 메소드 내에는 static 멤버를 선언할 수 없기 때문이다.

class PocketBall {
    int size = 100;
    int price = 5000;

    public void pocketMethod() {
        int exp = 5000;
        
        // 메소드 내에서 클래스를 선언
        class PocketMonster {
            String name = "이상해씨";
            int level = 10;

            public void getPoketLevel() {
                System.out.println(level); // 인스턴스 변수 출력
                System.out.println(exp); // 메소드 지역 상수 출력
            }
        }
		
        // 메소드 내에서 클래스를 선언
        class PocketMonster2 {
            String name = "리자몽";
            int level = 50;
        }

        new PocketMonster().getPoketLevel();
        System.out.println("메소드 실행 완료");
    }
}

메소드 내에서 잠시 사용하는 지역 변수 개념과 같이 지역 클래스 자료형을 사용하고 버리는 것으로 이해하면 된다.

메소드 내의 모든 내용은 스택 프레임 안에 생성됐다가 메소드 종료 시 사라지게 되므로, 당연히 다른 곳에서는 접근 및 사용 자체가 불가능하다.

메소드 내에서 인스턴스를 생성한 후 사용하고 메소드 종료와 함께 레퍼런스가 사라지면서 힙 메모리 영역의 실제 데이터도 나중에 GC(가비지 컬렉터)에 의해 지워지게 된다.

 

로컬 클래스 지역 상수 접근

• 메서드내의 로컬 클래스에서 지역 변수에 접근해서 값을 사용하려고 할때 반드시 final 상수화 된 지역 변수만 사용이 가능하다.
• 변수에 final을 안붙여도 실행이 되는 이유는, JDK1.8부터 지역 클래스에서 접근하는 지역 변수 앞에 final 을 생략할 수 있기 때문이다. (컴파일러가 자동으로 붙여줌)
• 그러나 지역 변수(상수)의 값이 바뀌는 문장이 있으면 이는 상수가 아닌 변수이니, 컴파일 에러가 발생한다.

 

로컬 클래스 컴파일

• 컴파일시 생성되는 클래스 파일명 : "외부클래스$1내부 클래스.class"
• 지역 클래스는 여러 메소드 내에서 생성이 가능하니 같은 클래스명이 중복될수 있어 앞에 숫자로 구분한다.

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익명 클래스

• 익명 클래스는 클래스 이름이 존재하지 않는 이너 클래스다. (자바스크립트의 익명 함수로 생각해도 된다)
• 단 하나의 객체만을 생성하는 일회용 클래스
• 클래스의 선언과 동시에 객체를 생성
• 익명 클래스는 생성자가 존재하지 않는다.
• 익명 클래스는 기존에 존재하는 클래스를 메서드 내에서 일회용으로 클래스 내부 구성을 선언하여 필요한 메서드를 재정의 하여 사용하는 기법이다.

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
    	// Object 클래스를 일회성으로 익명 클래스로 선언하여 변수 o 에 저장
        Object o = new Object() {
            @Override
            public String toString() {
                return "내 마음대로 toString 바꿔보리기 ~";
            }
        };
		
        // 익명 클래스의 객체의 오버라이딩한 메서드를 사용
        String txt = o.toString();
        System.out.println(txt); // 내 마음대로 toString 바꿔보리기 ~
    }
}

[JAVA] ☕ 익명 클래스(Anonymous Class) 개념 & 문법 정리

 

익명 클래스 컴파일

• 컴파일시 생성되는 클래스 파일명 : "외부클래스$1.class"
• 익명 클래스이기 때문에 클래스명은 없고 오로지 숫자로 구분한다.

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# 참고자료

https://www.youtube.com/watch?v=P1rDdH465Is 

https://codevang.tistory.com/110