chapter 11 null 대신 Optional 클래스

이 장의 내용

• null 참조의 문제점과 null을 멀리해야 하는 이유
• null 대신 Optional : null로부터 안전한 도메인 모델 재구현하기
• Optional 활용 : null 확인 코드 제거하기
• Optional에 저장된 값을 확인하는 방법
• 값이 없을 수도 있는 상황을 고려하는 프로그래밍

11.1 값이 없는 상황을 어떻게 처리할까?

public String getCarInsuranceName(Person person) {
  return person.getCar().getInsurance().getName();
}

위 코드에서 person이 null이거나 getCar(), getInsurance()가 null을 반환한다면 어떻게 될까?

11.1.1 보수적인 자세로 NullPointerException 줄이기 

public String getCarInsuranceName(Person person) {
  if(person != null) { //null 확인 코드 때문에 나머지 호출 체인의 들여쓰기 수준이 증가한다.
    Car car = person.getCar();
    if(car != null) {
      Insurance insurance = car.getInsurance();
      if(insurance != null) {
        return insurance.getName();
      }
    }
  }
  return "Unknown";
}

위 코드는 변수를 참조할때마다 null을 확인한다. 따라서 중첩된 if가 추가되면서 코드 들여쓰기 수준이 증가한다.

이와같은 반복 패턴 코드를 '깊은 의심(deep doubt)'라 부른다. 이를 반복하다보면 코드의 구조가 엉망이 되고 가독성도 떨어진다.

//null 확인 코드마다 출구가 생긴다
public String getCarInsuranceName(Person person) {
  if(person == null) {
    return "Unknown";
  }
  Car car = person.getCar();
  if(car == null) {
    return "Unknown";
  }
  Insurance insurance = car.getInsurance();
  if(insurance == null) {
    return "Unknown";
  }
  return insurance.getName();
}

위 코드처럼 중첩 if 블록을 없앨 수 있지만, 너무 많은 출구(return)이 생겼기 때문에 유지보수가 어려워지고 실수가 발생하기 쉽다.

11.1.2 null 때문에 발생하는 문제 

• 에러의 근원이다 : NullPointerException은 자바에서 가장 흔한 에러
• 코드를 어지럽힌다 : 중첩된 null 확인 코드로 가독성 저하
• 아무 의미가 없다 : null은 아무 의미도 표현하지 않음
• 자바 철학에 위배된다 : 자바는 개발자로부터 모든 포인터를 숨겼지만, null은 예외
• 형식 시스템에 구멍을 만든다 : null은 무형식이며 정보를 포함하고있지 않으므로 모든 참조 형식에 null을 할당할 수 있다. 이렇게 할당된 null이 전파되면 애초에 null이 어떤 의미로 사용되었는지 알수 없다.

11.1.3 다른 언어는 null 대신 무얼 사용하나?

그루비 같은 언어에서는 안전 내비게이션 연산자(?.)를 도입해서 null 문제를 해결했다.

def carInsuranceName = person?.car?.insurance?.name

null이 할당될 수 있는 값에 안전 네비게이션 연산자를 이용하면 null 참조 예외 걱정 없이 객체에 접근할 수 있다. 이때 null인 참조가 있으면 결과로 null이 반환된다.

하스켈, 스칼라 등의 함수형 언어는 다른 관점에서 null 문제에 접근한다. 하스켈의 Maybe와 스칼라의 Optional은 주어진 형식의 값을 갖거나 아무 값도 갖지 않을 수 있는 구조를 가진다. 따라서 null 참조 개념은 자연스럽게 사라진다.

11.2 Optional 클래스 소개 

Optional은 선택형값을 캡슐화하는 클래스다. 값이 있으면 Optional 클래스는 값을 감싸고, 값이 없으면 Optional.empty 메서드로 Optional을 반환한다.

null을 참조하면 NullPointerException이 발생하지만 Optional.empty()는 Optional 객체이므로 이를 다양한 방식으로 활용할 수 있다.

Car 변수를 그냥 사용했을때는 null 참조가 할당되었을때 올바른 상황인지 아니지 알수 없다. 하지만 Optional을 사용하면 Optional<Car>로 바뀌고, 이는 값이 없을 수 있음을 명시적으로 보여준다.

11.3 Optional 적용 패턴

11.3.1 Optional 객체 만들기 

빈 Optional

Optional.empty로 빈 Optional 객체를 만들 수 있다.

Optional<Car> optCar = Optional.empty();

null이 아닌 값으로 Optional 만들기

정적 팩토리 메서드 Optional.of로 null이 아닌 값을 포함하는 Optional을 만들 수 있다.

Optional<Car> optCar = Optional.of(car);

이제 car가 null이라면 즉시 NullPointerException이 발생한다.(Optional을 사용하지 않았다면 car 프로퍼티에 접근하려 할 때 에러가 발생했을 것이다.)

 

null값으로 Optional 만들기

정적 팩토리 메서드 Optional.ofNullable로 null 값을 저장할 수 있는 Optional을 만들 수 있다.

Optional<Car> optCar = Optional.ofNullable(car);

이제 car가 null이면 빈 Optional 객체가 반환된다.

11.3.2 맵으로 Optional의 값을 추출하고 변환하기 

이름 정보에 접근하기 전에 insurance가 null 인지 확인해야 한다.

String name = null;
if(insurance != null) {
  name = insurance.getName();
}

위의 코드를 다음과 같이 Optional로 사용할 수 있다.

Optional<Insurance> optInsurance = Optional.ofNullable(insurance);
Optioanl<String> name = optInsurance.map(Insurance::getName);

Optional의 map 메서드는 스트림의 map 메서드와 개념적으로 비슷하다.

Optional이 값을 포함하면 map의 인수로 제공된 함수가 값을 바꾸고, 비어있으면 아무 일도 일어나지 않는다.

11.3.3 flatMap으로 Optional 객체 연결

map을 사용하는 방법을 배웠으므로 다음처럼 map을 이용해서 코드를 재구현할 수 있다.

Optional<Person> optPerson = Optional.of(person);
Optional<String> name = optPerson
  .map(Person::getCar)
  .map(car::getInsurance)
  .map(Insurance::getName);

위 코드에서 optPerson의 형식은 Optional<Person>이므로 map 메서드를 호출할 수 있다. 하지만 getCar는 Optional<Car> 형식의 객체를 반환한다. 즉, map 연산의 결과는 Optional<Optional<Car>> 형식의 객체가 되어 컴파일되지 않는다.

위 문제를 flatMap을 사용해 해결할 수 있다. flatMap은 인수로 받은 함수를 적용해서 생성된 각각의 스트림에서 콘텐츠만 평준화하여 남긴다.

 

Optional로 자동차의 보험회사 이름 찾기

public String getCarInsuranceName(Optional<Person> person) {
  return = person.flatMap(Person::getCar)
    .flatMap(car::getInsurance)
    .map(Insurance::getName)
    .orElse("Unknown"); //결과 Optional이 비어있으면 기본값 사용
}

null을 확인하느라 조건 분기문을 추가해서 코드를 복잡하게 만들지 않으면서도 쉽게 이해할 수 있는 코드를 완성했다.

Optional을 인수로 받거나 Optioanl을 반환하는 메서드를 정의한다면 결과적으로 이 메서드가 빈 값을 받거나 빈 결과를 반환할 수 있음을 잘 문서화해서 제공하는 것과 같다.

 

도메인 모델에서 Optional을 사용했을 때 데이터를 직렬화할 수 없는 이유

설계 단계에서 Optional은 선택형 반환값을 지원하는 것일 뿐, 필드 형식으로 사용될 것을 가정하지 않았기 때문에 Serializable 인터페이스를 구현하지 않는다. 따라서 직렬화 모델이 필요하다면 다음 예제와 같이 Optional로 값을 반환받을 수 있는 메서드를 추가하는 것을 권장한다.

public class Person {
  private Car car;
  public Optional<Car> getCarAsOptional() {
    return Optional.ofNullable(car);
  }
}

11.3.4 Optional 스트림 조작 

List<Person>을 인수로 받아 자동차를 소유한 사람들이 가입한 보험 회사의 이름을 포함하는 Set<String>을 반환하도록 메서드를 구현해야 한다.

public Set<String> getCarInsuranceNames(List<Person> persons) {
  return persons.stream()
    .map(Person::getCar) //Stream<Optional<Car>>
    .map(optCar -> optCar.flatMap(Car::getInsurance)) //Stream<Optional<Insurance>>
    .map(optIns -> OptIns.map(Insurance::getName)) //Stream<Optional<String>>
    .flatMap(Optional::stream) //Stream<String>
    .collect(toSet()); //Set<String>
}

스트림 요소를 조작하려면 변환, 필터 등의 일련의 긴 체인이 필요한데, Optional로 값이 감싸있으면 이 과정이 조금 더 복잡해진다.

11.3.5 디폴트 액션과 Optional 언랩

Optional 클래스는 Optional 인스턴스에 포함된 값을 읽는 다양한 방법을 제공한다.

• get()은 값을 읽는 가장 간단하면서 가장 안전하지 않은 메서드이다. 래핑된 값이 있으면 해당 값을 반환하고 없으면 NoSuchElementException을 반환한다.
• orElse(T other) 메서드는 Optional이 값을 포함하지 않을 때 기본 값을 제공할 수 있다.
• orElseGet(Supplier<? extends T> other)은 orElse 메서드에 대응하는 게으른 버전의 메서드다. Optional에 값이 없을때만 Supplier가 실행된다. 디폴트 메서드를 만드는데 시간이 걸리거나 Optional이 비어있을 때만 기본값을 생성하고자 할 때 사용한다.
• orElseThrow(Supplier<? extends X> exceptionSupplier)는 Optional이 비어있을때 지정한 예외를 발생시킨다.
• ifPresent(Consumer<? super T> consumer)는 값이 존재할 때 인수로 넘겨준 동작을 실행할 수 있다.
• ifPresentOrElse(Consumer<? super T> action, Runnable emptyAction)은 Optional이 비어있을 때만 실행할 수 있는 Runnable을 인수로 받는다.

11.3.6 두 Optional 합치기

Person과 Car 정보를 이용해서 가장 저렴한 보험료를 제공하는 보험회사를 찾는 몇몇 복잡한 비즈니스 로직을 구현한 외부 서비스가 있다고 가정하자.

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

Optional 클래스는 Optional이 값을 포함하는지 여부를 알려주는 isPresent라는 메서드도 제공한다. 따라서 isPresent를 이용해서 다음처럼 코드를 구현할 수 있다. 

public Optional<Insurance> nullSafeFindCheapestInsurance(
    Optional<Person> person, Optional<Car> car) {
  if (person.isPresent() && car.isPresent()) {
    return Optional.of(findCheapestInsurance(person.get(), car.get()));
  } else {
    return Optional.empty();
  }
}

위 코드는 두 Optional을 인수로 받아서 둘 중 하나라도 비어있으면 빈 Optional<Insurance>를 반환한다.

person과 car의 시그니처만으로 둘 다 아무 값도 반환하지 않을 수 있다는 정보를 명시적을 주지만, 구현 코드는 null 확인 코드와 크게 다르지 않다.

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

위 코드처럼 한 줄의 코드로 메서드를 재구현할 수 있다. 첫 번째 Optional에 flatMap을 호출했으므로 첫 번째 Optional이 비어있다면 인수로 전달된 표현식이 실행되지 않고 빈 Optional을 반환한다.

두 번째 Optional도 마찬가지이고, 두 값이 모두 존재한다면 map 메서드로 전달한 람다 표현식이 안전하게 findCheapestInsurance 메서드를 호출한다.

11.3.7 필터로 특정값 거르기

Insurance insurance = ...;
if(insurance != null && "CambridgeInsurance".equals(insurance.getName())){
  System.out.println("ok");
}

위 코드처럼 객체의 메서드를 호출해서 프로퍼티를 확인해야 하는 경우, 다음과 같이 재구현할 수 있다.

Optional<Insurance> optInsurance = ...;
optInsurance.filter(insurance -> "CambridgeInsurance".equals(insurance.getName()))
  .ifPresent(x -> System.out.println("ok"));

11.4 Optional을 사용한 실용 예제 

11.4.1 잠재적으로 null이 될 수 있는 대상을 Optional로 감싸기 

Object value=map.get("key");

위 코드와 같이 null이 반환될 수 있는 코드를 Optional로 감싸서 개선할 수 있다.

Optional<Object> value= Optional.ofNullable(map.get("key"));

11.4.2 예외와 Optional 클래스 

null을 확인할 때는 if문을 사용했지만 예외를 발생하시키는 메서드는 try/catch 블록을 사용해야 한다.

public static Optional<Integer> stringToInt(String s) {
  try {
    return Optional.of(Integer.parseInt(s));
  } catch (NumberFormatException e) {
    return Optional.empty();
  }
}

위 코드와 같이 정수로 변환할 수 없는 문자열은 빈 Optional로 return하도록 구현할 수 있다.

11.4.3 기본형 Optional을 사용하지 말아야 하는 이유

Optional도 기본형으로 특화된 OptionalInt, OptionalLong, OptionalDouble 등의 클래스를 제공한다.

하지만 Optional의 최대 요소 수는 한개이므로 기본형 특화 Optional로 성능을 향상시킬 수 없다.

또한 기본형 특화 Optional은 map, flatMap, filter등을 제공하지 않고, 생성한 결과를 다른 일반 Optional과 혼용할 수 없다.