☕️[Java] 공유 참조와 사이드 이펙트

1️⃣ 공유 참조와 사이드 이펙트.

• 사이드 이펙트(Side Effect)는 프로그래밍에서 어떤 계산이 주된 작업 외에 추가적인 부수 효과를 일으키는 것을 말합니다.
  • 앞서 "b" 의 값을 부산으로 변경한 코드를 다시 분석해봅시다.

b.setValue("부산"); // b의 값을 부산으로 변경해야함
System.out.println("부산 -> b");
System.out.println("a = " + a); // 사이드 이펙트 발생
System.out.println("b = " + b);

• 개발자는 "b" 의 주소값을 서울에서 부산으로 변경할 의도로 값 변경을 시도했습니다.
  • 하지만 "a" , "b" 는 같은 인스턴스를 참조합니다.
    • 따라서 "a" 의 값도 함께 부산으로 변경되어 버립니다.
• 이렇게 주된 작업 외에 추가적인 부수 효과를 일으키는 것을 사이드 이펙트(Side Effect)라 합니다.
• 프로그래밍에서 사이드 이펙트는 보통 부정적인 의미로 사용되는데, 사이드 이펙트는 프로그래밍의 특정 부분에서 발생한 변경이 의도치 않게 다른 부분에 영향을 미치는 경우에 발생합니다.
  • 이로 인해 디버깅이 어려워지고 코드의 안정성이 저하될 수 있습니다.

2️⃣ 사이드 이펙트 해결 방안

• 생각해보면 문제의 해결방안은 아주 단순합니다.
  • 다음과 같이 "a" 와 "b" 가 처음부터 서로 다른 인스턴스를 참조하면 됩니다.

Address a = new Address("서울");
Address b = new Address("서울");

public class RefMain1_2 {

	public static void main(String[] args) {
		Address a = new Address("서울"); // x001
		Address b = new Address("서울"); // x002
		System.out.println("a = " + a);
		System.out.println("b = " + b);

		b.setValue("부산"); // b의 값을 부산으로 변경해야함
		System.out.println("부산 -> b");
		System.out.println("a = " + a); // 사이드 이팩트 발생
		System.out.println("b = " + b);
	}
}

실행 결과

a = Address{value='서울'}
b = Address{value='서울'}
부산 -> b
a = Address{value='서울'}
b = Address{value='부산'}

• 실행 결과를 보면 "b" 의 주소값만 부산으로 변경된 것을 확인할 수 있습니다.

그림 - 생성 코드

• "a" 와 "b" 는 서로 다른 "Address" 인스턴스를 참조합니다.

그림 - 변경 코드

• "a" 와 "b" 는 서로 다른 인스턴스를 참조합니다.
  • 따라서 "b" 가 참조하는 인스턴스의 값을 변경해도 "a" 에는 영향을 주지 않습니다.

3️⃣ 여러 변수가 하나의 객체를 공유하는 것을 막을 방법은 없다.

• 지금까지 발생한 모든 문제는 같은 객체(인스턴스)를 변수 "a" , "b" 가 함께 공유하기 때문에 발생했습니다.
  • 따라서 객체를 공유하지 않으면 문제가 해결됩니다.
    • 여기서 변수 "a", "b" 가 각각 다른 주소지로 변경할 수 있어야 합니다.
      • 이렇게 하려면 서로 다른 객체를 참조하면 됩니다.

객체를 공유.

Address a = new Address("서울");
Address b = a;

• 이 경우 "a", "b" 둘 다 같은 "Address" 인스턴스를 바라보기 때문에 한 쪽의 주소만 부산으로 변경하는 것이 불가능합니다.

객체를 공유하지 않음.

Address a = new Address("서울");
Address ㅠ = new Address("서울");

• 이 경우 "a", "b" 는 서로 다른 "Address" 인스턴스를 바라보기 때문에 한 쪽의 주소만 부산으로 변경하는 것이 가능합니다.

• 이처럼 단순하게 서로 다른 객체를 참조해서, 같은 객체를 공유하지 않으면 문제가 해결됩니다.

  • 즉, 여러 변수가 하나의 객체를 공유하지 않으면 지금까지 설명한 문제들이 발생하지 않습니다.
    • 그런데 여기서 문제가 있습니다.
      • 하나의 객체를 여러 변수가 공유하지 않도록 강제로 막을 수 있는 방법이 없다는 것입니다.
        • 아래의 예시를 봐봅시다.

참조값의 공유를 막을 수 있는 방법이 없다.

Address a = new Address("서울");
Address b = a; // 참조값 대입을 막을 수 있는 방법이 없습니다.

• "b = a" 와 같은 코드를 작성하지 않도록 해서, 여러 변수가 하나의 참조값을 공유하지 않으면 문제가 해결될 것 같습니다.
  • 하지만 "Address" 를 사용하는 개발자 입장에서 실수로 "b = a" 라고 해도 아무런 오류가 발생하지 않습니다.
    • 왜냐하면 자바 문법상 "Address b = a" 와 같은 참조형 변수의 대입은 아무런 문제가 없기 때문입니다.
• 다음과 같이 새로운 객체를 참조형 변수에 대입하든, 또는 기존 객체를 참조형 변수에 대입하든, 다음 두 코드 모두 자바 문법상 정상인 코드입니다.

  Address b = new Address("서울"); // 새로운 객체 참조
  Address b = a; // 기존 객체 공유 참조
  

• 참조값을 다른 변수에 대입하는 순간 여러 변수가 하나의 객체를 공유하게 됩니다.
  • 즉, 객체의 공유를 막을 수 있는 방법이 없습니다!
• 기본형은 항상 값을 복사해서 대입하기 때문에 값이 절대로 공유되지 않습니다.
  • 하지만 참조형의 경우 참조값을 복사해서 대입하기 때문에 여러 변수에서 얼마든지 같은 객체를 공유할 수 있습니다.
• 객체의 공유가 꼭 필요할 때도 있지만, 때로는 공유하는 것이 지금과 같은 사이드 이펙트를 만드는 경우도 있습니다.
  • 물론 개발자가 신경써서 코드를 작성한다면 사이드 이펙트 문제를 일으키지 않을 수 있습니다.
    • 하지만 실제로는 훨씬 더 복잡한 상황에서 이런 문제가 발생합니다.
      ```java
      public class RefMain1_3 {

  public static void main(String[] args) {
  Address a = new Address(“서울”);
  Address b = a;
  System.out.println(“a = “ + a);
  System.out.println(“b = “ + b);

    change(b,"부산");
    System.out.println("a = " + a); // 사이드 이팩트 발생
    System.out.println("b = " + b);   }
  

  private static void change(Address address, String changeAddress) {
  System.out.println(“주소 값을 변경합니다 -> “ + changeAddress);
  address.setValue(changeAddress);
  }
  }
  ```

• 앞서 작성한 코드와 같은 코드입니다.
  • 단순히 "change()" 메서드만 하나 추가되었습니다.
  • 그리고 "change()" 메서드에서 "Address" 인스턴스에 있는 "value" 값을 변경합니다.
    • "main()" 메서드만 보면 "a" 의 값이 함께 부산으로 변경된 이유를 찾기가 더 어렵습니다.

실행 결과

a = Address{value='서울'}
b = Address{value='서울'}
주소 값을 변경합니다 -> 부산
a = Address{value='부산'}
b = Address{value='부산'}