Item28. Use Lists Instead of Arrays

배열보다는 리스트를 사용하라

자바 프로그래밍에서 배열과 리스트는 자료를 저장하고 관리하는 데 자주 사용되는 컬렉션입니다. 그러나 두 컬렉션은 설계 철학, 사용 방법, 그리고 제네릭과의 호환성 측면에서 큰 차이점을 가지고 있습니다.

배열은 자바에서 성능 면에서 이점이 있지만, 타입 안전성과 유연성에서 여러 제약이 있습니다. 특히 제네릭과 함께 사용할 때 문제가 발생할 수 있으며, 이는 프로그램의 안정성에 영향을 미칩니다.

반면, 리스트는 제네릭을 통해 컴파일 시점에 타입 오류를 방지하고, 다양한 메서드를 통해 데이터를 유연하게 다룰 수 있게 해줍니다.

코드의 안정성과 유지보수성을 높이기 위해 자바에서는 배열보다는 리스트를 사용하는 것이 더 좋은 선택입니다.

1. 공변성과 불공변성

1.1. 배열의 공변성(Covariance)

배열은 타입 간의 상속 관계를 그대로 따르기 떄문에 서로 상속 관계가 있는 타입끼리 대입이 가능합니다.

예를 들어, Integer[]는 Number[]로 대입할 수 있습니다. 즉, Number[] 타입의 변수에 Integer[] 타입의 값을 넣을 수 있습니다.

Number[] numbers = new Integer[10]; // Integer 배열을 Number 배열로 사용
numbers[0] = 3.14; // 컴파일은 되지만, 실행 시 ArrayStoreException 발생

위 예제에서는 Number[] 타입 변수에 Integer[]를 대입했지만, 실제로는 Double 타입 값을 넣으려다 ArrayStoreException이 발생합니다. 배열의 공변성은 이런 런타임 오류를 유발할 수 있습니다.

1.2. 리스트의 불공변성(Invariance)

리스트는 불공변이기 때문에 타입이 정확히 일치해야만 대입이 가능합니다.

예를 들어, List<Integer>는 List<Number>로 대입할 수 없습니다.

List<Number> numbers = new ArrayList<>(); 
// numbers.add(3.14); // 허용
// numbers.add("String"); // 컴파일 오류 발생: 타입 불일치

리스트는 컴파일 단계에서 타입 불일치 오류를 잡아주기 때문에 안전하게 사용할 수 있습니다.

2. 실체화와 타입 소거

2.1. 배열의 실체화 (Reifiable)

배열은 런타임에도 자신이 어떤 타입인지 알고 있는 실체화 타입입니다. 배열이 생성될 때 자바는 배열의 타입을 저장해두고, 이후 잘못된 타입의 데이터를 추가하려 하면 런타임에 오류를 발생시킵니다.

2.2. 리스트의 타입 소거 (Type Erasure)

제네릭 리스트는 컴파일 시점에 타입 정보를 사용하지만, 런타임에는 타입 정보가 사라집니다. 즉, List<String>과 List<Integer>는 컴파일 후 같은 타입으로 처리됩니다. 그러나 컴파일러가 타입 검사를 수행하므로 런타임 오류 없이 안전하게 사용할 수 있습니다.

3. 배열 사용의 단점과 문제점

3.1. 타입 안전성 문제

배열은 런타임에 타입 검사를 수행합니다. 이는 프로그램이 실행되기 전까지 타입 오류를 감지할 수 없습니다.

Object[] objectArray = new Long[1];
objectArray[0] = "Hello"; // 런타임에 ArrayStoreException 발생

위 코드에서 Long[] 배열을 Object[]로 사용했기 때문에, 컴파일은 되지만 실행 중 String을 넣으려 할 때 오류가 발생합니다.

3.2. 제네릭과의 비호환성

배열은 제네릭 타입과 잘 호환되지 않습니다. 제네릭을 사용한 배열을 만들려고 하면 컴파일 경고가 발생하며, 안정적인 코드를 작성하기 어렵습니다.

List<String>[] stringLists = new List<String>[1]; // 컴파일 경고 발생
List<Integer> intList = List.of(42);

Object[] objects = stringLists;
objects[0] = intList; // 타입 안전성 문제가 발생할 수 있음

배열은 제네릭 타입의 변수를 다룰 때 타입 안전성을 보장하지 않으며, 컴파일러가 타입 정보를 확실히 인지하지 못합니다.

4. 리스트 사용의 장점

4.1. 컴파일 시점 타입 체크

리스트는 제네릭을 사용하여 컴파일 시점에 타입을 엄격히 검사합니다. 이는 프로그램 실행 전에 오류를 잡을 수 있어 안전한 코드 작성이 가능합니다.

List<Long> list = new ArrayList<>();
// list.add("Hello"); // 컴파일 오류 발생: 타입 불일치

위 코드에서 리스트는 컴파일 단계에서 "Hello" 문자열을 추가하려는 시도를 막아주며, 타입 일치를 요구합니다.

4.2. 가변 크기와 편리한 메서드 지원

리스트는 요소를 추가하거나 제거할 수 있어 크기 조정이 자유롭습니다. 또한, add, remove, contains 등 다양한 메서드를 지원해 자료를 쉽게 조작할 수 있습니다.

List<String> names = new ArrayList<>();
names.add("Alice");
names.add("Bob");
names.remove("Alice");
System.out.println(names); // [Bob]

5. 코드 예시: 배열을 리스트로 변환하기

배열을 사용한 예시:

public class ArrayExample {
    private String[] names;

    public ArrayExample() {
        this.names = new String[]{"Alice", "Bob", "Charlie"};
    }

    public void printNames() {
        for (String name : names) {
            System.out.println(name);
        }
    }
}

리스트를 사용한 예시:

import java.util.ArrayList;
import java.util.List;

public class ListExample {
    private List<String> names;

    public ListExample() {
        this.names = new ArrayList<>();
        names.add("Alice");
        names.add("Bob");
        names.add("Charlie");
    }

    public void printNames() {
        names.forEach(System.out::println);
    }
}

리스트를 사용하면 추가적인 메모리 관리가 필요 없으며, 코드가 더 안전하고 유연하게 작성될 수 있습니다.