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[이펙티브자바] 아이템39-명명 패턴보단 애너테이션을 사용하라

전통적으로 도구나 프레임워크나 특별히 다뤄야 할 프로그램 요소에는 딱 구분되는 명명 패턴을 적용해왔다.

예를 들어, 테스트 프레임워크인 JUnit은 버전3까진 테스트 메서드 이름을 test로 시작하게끔했다. 효과적이라고 보일 수 있겠지만 이는 많은 단점을 가지고 있다.

명명패턴의 단점

  • 1)오타가 나면 안된다.
    • tsetSafetyOverride처럼 오타를 내면 테스트를 수행하지 않아 개발자는 이 메서드가 통과했다고 오해할 수도 있다.
  • 2)올바른 프로그램 요소에서만 사용되리라 보증할 방법이 없다.
    • 예컨대 메서드가 아닌 클래스 이름을 TestSafetyMechanisms로 지어 Junit에 던져줬다고 했을때 Junit은 경고 메시지조차 출력하지 않지만 개발자가 이도한 테스트는 전혀 수행되지 않는다.
  • 3)프로그램 요소를 매개변수로 전달할 마땅한 방법이 없다.
    • 특정 예외를 던져야만 성공하는 테스트가 있다고 해보자.
    • 기대하는 예외 타입을 테스트에 매개변수로 전달해야한는 상황이다.
    • 예외의 이름을 테스트 메서드 이름에 덧붙이는 방법도 있지만, 보기도 나쁘고 깨지기 쉽다(아이템62)
    • 컴파일러는 메서드 이름에 덧붙인 문자열이 예외를 가리키는지 알 도리가 없다. 테스트를 실행하기 전에는 그런 이름의 클래스가 존재하는지 혹은 예외가 맞는지 조차 알 수 없다. (IDE의 도움이라면 가능하지 않을까 싶다)

애너테이션

애너테이션은 위 모든 문제를 해결해주는 멋진 개념으로, Junit도 4부터 전면 도입하였다.

이번 아이템에선 애너테이션의 동작 방식을 보여주고자 직접 제작한 작은 테스트 프레임워크를 사용할 것이다.

Test라는 이름의 애너테이션을 정의한다 해보자. 자동으로 수행되는 간단한 테스트용 애너테이션으로, 예외가 발생하면 해당 테스트를 실패로 처리한다.

마커 애너테이션 타입

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// 코드 39-1 마커(marker) 애너테이션 타입 선언
/**
 * 테스트 메서드임을 선언하는 애너테이션이다.
 * 매개변수 없는 정적 메서드 전용이다.
 */
@Retention(RetentionPolicy.RUNTIME)
@Target(ElementType.METHOD)
public @interface Test {
}
  • @Retention@Target과 같이 애너테이션 선언에 다는 애너테이션을 메타애너테이션(meta-annotation)이라 한다.
    • @Retention(RetentionPolicy.RUNTIME) 메타애너테이션은 @Test가 런타임에도 유지되어야 한다는 표시다. 만약 이 메타애너테이션을 생략하면 테스트 도구는 @Test를 인식할 수 없다.
    • @Target(ElementType.METHOD) 메타애너테이션은 @Test가 반드시 메서드 선언에서만 사용돼야 한다고 알려준다. 따라서 클래스 선언, 필드 선언 등 다른 프로그램 요소에는 달 수 없다.
  • 주석으로 “매개변수 없는 정적 메서드 전용이다” 라고 쓰여있는데 이 제약을 컴파일러가 강제할 수 있으면 좋겠지만, 그렇게 하려면 적절한 애너테이션 처리기를 직접 구현해야 한다.
    • 관련 방법은 javax.annotation.processing API 문서를 참고하기 바란다.
    • 적절한 애너테이션 처리기 없이 인스턴스 메서드나 매개변수가 있는 메서드에 달면 컴파일은 잘 되겠지만, 테스트 도구를 실행할 때 문제가 된다.

마커 애너테이션을 사용한 테스트 클래스

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// 코드 39-2 마커 애너테이션을 사용한 프로그램 예
public class Sample {
    @Test
    public static void m1() { // 설공해야 한다.
    }

    public static void m2() {
    }

    @Test
    public static void m3() { // 실패해야 한다.
        throw new RuntimeException("실패");
    }

    public static void m4() {
    }

    @Test
    public void m5() { // 잘못 사용한 예: 정적 메서드가 아니다.
    }

    public static void m6() {
    }

    @Test
    public static void m7() { // 실패해야 한다.
        throw new RuntimeException("실패");
    }

    public static void m8() {
    }
}
  • @Test 애너테이션이 Sample 클래스의 의미에 직접적인 영향을 주지는 않는다.
  • 단지 이 애너테이션에 관심 있는 프로그램에게 추가 정보를 제공할 뿐이다.
  • 대상 코드의 의미는 그대로 둔 채 그 애너테이션에 관심 있는 도구에서 특별한 처리를 할 기회를 준다.

마커 애너테이션을 처리하는 프로그램 RunTests

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public class RunTests {
    public static void main(String[] args) throws ClassNotFoundException, InvocationTargetException, IllegalAccessException {
        int tests = 0;
        int passed = 0;
        Class<?> testClass = Class.forName(args[0]);
        for (Method m : testClass.getDeclaredMethods()) {
            if (m.isAnnotationPresent(Test.class)) {
                tests++;
                try {
                    m.invoke(null);
                    passed++;
                } catch (InvocationTargetException wrappedExc) {
                    Throwable exc = wrappedExc.getCause();
                    System.out.println(m + "실패: " + exc);
                } catch (Exception exception) {
                    System.out.println("잘못 사용한 @Test: " + m);
                }
            }
        }
        System.out.printf("성공: %d, 실패: %d%n", passed, tests - passed);
    }
}
  • 이 테스트 러너는 명령줄로부터 완전 정규화된 클래스 이름을 받아, 그 클래스에서 @Test 애너테이션이 달린 메서드를 차례로 호출한다.
  • 여기서 isAnnotationPresent가 실행할 메서드를 찾아주는 메서드다.
  • 테스트 메서드가 예외를 던지면 리플렉션 메커니즘이 InvocationTargetException으로 감싸서 다시 던진다.
  • 그래서 이 프로그램은 InvocationTargetException을 잡아 원래 예외에 담긴 실패 정보를 추출해(getCause) 출력한다.
  • 만약 InvocationTargetException 외의 예외가 발생한다면 @Test 애너테이션을 잘못 사용했다는 뜻이다.
    • 아마도 인스턴스 메서드, 매개변수가 있는 메서드, 호출할 수 없는 메서드 등에 달았을 것이다.
  • 앞 코드에서 두 번째 catch 블록은 이처럼 잘못 사용해서 발생한 예외를 붙잡아 적절한 오류 메시지를 출력한다.
  • 아래는 이 RunTests로 Sample을 실행했을때의 출력 메시지다.

스크린샷 2022-09-12 오후 10 50 22

매개변수 하나를 받는 애너테이션 타입

이제 특정 예외를 던져야만 성공하는 테스트를 지원하도록 해보자. 그러려면 새로운 애너테이션 타입이 필요하다.

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// 코드 39-4 매개변수 하나를 받는 애너테이션 타입
/**
 * 명시한 예외를 던저야만 성공하는 테스트 메서드 애너테이션
 */
@Retention(RetentionPolicy.RUNTIME)
@Target(ElementType.METHOD)
public @interface ExceptionTest {
    Class<? extends Throwable> value();
}
  • 이 애너테이션의 매개변수 타입은 Class<? extend Throwable>이다.
  • 여기서 와일드카드 타입은 “Throwable을 확장한 클래스의 Class 객체”라는 뜻이며, 따라서 모든 예외 타입을 다 수용한다.
    • 이는 한정적 타입 토큰(아이템33)이 또 하나의 활용 사례다.

매개변수 하나를 받는 애너테이션을 실제 활용하는 예시

class 리터럴은 애너테이션 매개변수의 값으로 사용됐다.

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// 코드 39-5 매개변수 하나짜리 애너테이션을 사용한 프로그램 (241쪽)
public class Sample2 {
    @ExceptionTest(ArithmeticException.class)
    public static void m1() {  // 성공해야 한다.
        int i = 0;
        i = i / i;
    }
    @ExceptionTest(ArithmeticException.class)
    public static void m2() {  // 실패해야 한다. (다른 예외 발생)
        int[] a = new int[0];
        int i = a[1];
    }
    @ExceptionTest(ArithmeticException.class)
    public static void m3() { }  // 실패해야 한다. (예외가 발생하지 않음)
}

매개변수 하나를 받는 애너테이션을 처리하는 프로그램

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// 마커 애너테이션과 매개변수 하나짜리 애너태이션을 처리하는 프로그램 (241-242쪽)
public class RunTests {
    public static void main(String[] args) throws Exception {
        int tests = 0;
        int passed = 0;
        Class<?> testClass = Class.forName(args[0]);
        for (Method m : testClass.getDeclaredMethods()) {
            if (m.isAnnotationPresent(Test.class)) {
                tests++;
                try {
                    m.invoke(null);
                    passed++;
                } catch (InvocationTargetException wrappedExc) {
                    Throwable exc = wrappedExc.getCause();
                    System.out.println(m + " 실패: " + exc);
                } catch (Exception exc) {
                    System.out.println("잘못 사용한 @Test: " + m);
                }
            }

            if (m.isAnnotationPresent(ExceptionTest.class)) {
                tests++;
                try {
                    m.invoke(null);
                    System.out.printf("테스트 %s 실패: 예외를 던지지 않음%n", m);
                } catch (InvocationTargetException wrappedEx) {
                    Throwable exc = wrappedEx.getCause();
                    Class<? extends Throwable> excType =
                            m.getAnnotation(ExceptionTest.class).value();
                    if (excType.isInstance(exc)) {
                        passed++;
                    } else {
                        System.out.printf(
                                "테스트 %s 실패: 기대한 예외 %s, 발생한 예외 %s%n",
                                m, excType.getName(), exc);
                    }
                } catch (Exception exc) {
                    System.out.println("잘못 사용한 @ExceptionTest: " + m);
                }
            }
        }

        System.out.printf("성공: %d, 실패: %d%n",
                passed, tests - passed);
    }
}
  • @Test 애너테이션용 코드와 비슷해보인다. 한 가지 차이라면, 이 코드는 애너테이션 매개변수의 값을 추출하여 테스트 메서드가 올바른 예외를 던지는지 확인하는데 사용한다.
  • 형변환 코드가 없으니 ClassCastException 걱정은 없다. 따라서 테스트 프로그램이 문제 없이 컴파일되면 애너테이션 매개변수가 가리키는 예외가 올바른 타입이라는 뜻이다.
  • 해당 예외의 클래스 파일이 컴파일 타임에는 존재했으나 런타임에는 존재하지 않을 수 는 있다. 이런 경우라면 테스트 러너가 TypeNotPresentException을 던질 것이다.

배열 매개변수를 받는 애너테이션 타입

예외를 여러 개 명시하고 그중 하나가 발생하면 성공하게 만들 수도 있다. 애너테이션 매커니즘에는 이런 쓰임에 아주 유용한 기능이 기본으로 들어있다.

@ExceptionTest 애너테이션의 매개변수 타입을 Class 객체의 배열로 수정해보자.

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@Retention(RetentionPolicy.RUNTIME)
@Target(ElementType.METHOD)
public @interface ExceptionTest {
    Class<? extends Throwable>[] value();
}
  • 배열 매개변수를 받는 애너테이션용 문법은 아주 유연하다.
  • 단일 원소 배열에 최적화했지만, 앞서의 @ExceptionTest들도 모두 수정 없이 수용한다.
  • 원소가 여럿인 배열을 지정할 때는 다음과 같이 원소들을 중괄호로 감싸고 쉼표로 구분해주기만 하면 된다.
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// 코드 39-7 배열 매개변수를 받는 애너테이션을 사용하는 코드 (242-243쪽)
@ExceptionTest({ IndexOutOfBoundsException.class,
                    NullPointerException.class })
public static void doublyBad() {   // 성공해야 한다.
    List<String> list = new ArrayList<>();

    // 자바 API 명세에 따르면 다음 메서드는 IndexOutOfBoundsException이나
    // NullPointerException을 던질 수 있다.
    list.addAll(5, null);
}

배열 매개변수를 받는 애너테이션을 지원하는 테스트 러너

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// 배열 매개변수를 받는 애너테이션을 처리하는 코드 (243쪽)
if (m.isAnnotationPresent(ExceptionTest.class)) {
    tests++;
    try {
        m.invoke(null);
        System.out.printf("테스트 %s 실패: 예외를 던지지 않음%n", m);
    } catch (Throwable wrappedExc) {
        Throwable exc = wrappedExc.getCause();
        int oldPassed = passed;
        Class<? extends Throwable>[] excTypes =
                m.getAnnotation(ExceptionTest.class).value();
        for (Class<? extends Throwable> excType : excTypes) {
            if (excType.isInstance(exc)) {
                passed++;
                break;
            }
        }
        if (passed == oldPassed)
            System.out.printf("테스트 %s 실패: %s %n", m, exc);
    }
}

반복 가능한 애너테이션 타입

  • 자바 8에서는 여러 개의 값을 받는 애너테이션을 다른 방식으로도 만들 수 있다.
  • 배열 매개변수를 사용하는 대신 애너테이션에 @Repeatable 메타애너테이션을 다는 방식이다.
  • @Repeatable을 단 애너테이션은 하나의 프로그램 요소에 여러 번 달 수 있다.
    • 단, @Repeatable 애너테이션을 사용시 주의할점이 있다.
    • 첫 번째, @Repeatable을 단 애너테이션을 반환하는 ‘컨테이너 애너테이션’을 하나 더 정의하고, @Repeatable에 이 컨테이너 애너테이션의 class 객체를 매개변수로 전달해야 한다.
    • 두 번째, 컨테이너 애너테이션은 내부 애너테이션 타입의 배열을 반환하는 value 메서드를 정의해야 한다.
    • 마지막으로 컨테이너 애너테이션 타입에는 적절한 보존 정책(@Retention)적용 대상(@Target)을 명시해야 한다. 그렇지 않으면 컴파일되지 않을 것이다.
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// 반복 가능한 애너테이션
@Retention(RetentionPolicy.RUNTIME)
@Target(ElementType.METHOD)
@Repeatable(ExceptionTestContainer.class)
public @interface ExceptionTest {
    Class<? extends Throwable> value();
}

// 컨테이너 애너테이션
@Retention(RetentionPolicy.RUNTIME)
@Target(ElementType.METHOD)
public @interface ExceptionTestContainer {
    ExceptionTest[] value();
}

앞서의 배열 방식(코드39-7) 대신 반복 가능 애너테이션을 적용해보자.

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// 코드 39-9 반복 가능 애너테이션을 두 번 단 코드 (244쪽)
@ExceptionTest(IndexOutOfBoundsException.class)
@ExceptionTest(NullPointerException.class)
public static void doublyBad() {
    List<String> list = new ArrayList<>();

    // 자바 API 명세에 따르면 다음 메서드는 IndexOutOfBoundsException이나
    // NullPointerException을 던질 수 있다.
    list.addAll(5, null);
}
  • 반복 가능 애너테이션은 처리할 때도 주의를 요한다.
  • 반복 가능 애너테이션을 여러 개 달면 하나만 달았을 때와 구분하기 위해 해당 ‘컨테이너’ 애너테이션 타입이 적용된다.
  • getAnnotationByType 메서드는 이 둘을 구분하지 않아서 반복 가능 애너테이션과 그 컨테이너 애너테이션을 모두 가져오지만, isAnnotationPresent 메서드는 둘을 명확히 구분한다.
    • 따라서 반복 가능 애너테이션을 여러 번 단 다음 isAnnotationPresent로 반복 가능 애너테이션이 달렸는지 검사한다면 “그렇지 않다”고 알려준다(컨테이너가 달렸기 때문에). 그 결과 애너테이션을 여러 번 단 메서드들을 모두 무시하고 지나친다.
    • 같은 이유로, isAnnotationPresent로 컨테이너 애너테이션이 달렸는지 검사한다면 반복 가능 애너테이션을 한 번만 단 메서드를 무시하고 지나친다.
  • 결론적으로, 애너테이션이 달려 있는 수와 상관없이 모두 검사하려면 둘을 따로따로 확인해야 한다.
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// 코드 39-10 반복 가능 애너테이션 다루기 (244-245쪽)
if (m.isAnnotationPresent(ExceptionTest.class)
        || m.isAnnotationPresent(ExceptionTestContainer.class)) {
    tests++;
    try {
        m.invoke(null);
        System.out.printf("테스트 %s 실패: 예외를 던지지 않음%n", m);
    } catch (Throwable wrappedExc) {
        Throwable exc = wrappedExc.getCause();
        int oldPassed = passed;
        ExceptionTest[] excTests =
                m.getAnnotationsByType(ExceptionTest.class);
        for (ExceptionTest excTest : excTests) {
            if (excTest.value().isInstance(exc)) {
                passed++;
                break;
            }
        }
        if (passed == oldPassed)
            System.out.printf("테스트 %s 실패: %s %n", m, exc);
    }
}
  • 반복 가능 애너테이션을 사용해 하나의 프로그램 요소에 같은 애너테이션을 여러 번 달때의 코드 가독성을 높여보았다.
  • 이방식으로 코드 가독성을 개선할 수 있따면 이 방식을 사용하도록 하자. 하지만 애너테이션을 선언하고 이를 처리하는 부분에선 코드 양이 늘어나며, 특히 처리 코드가 복잡해져 오류가 날 가능성이 커짐을 명심하자.

정리

  • 이번 아이템의 테스트 프레임워크는 아주 간단하지만 애너테이션이 명명패턴보다 낫다는점은 확실히 보여준다.
  • 테스트는 애너테이션으로 할 수 있는 일 중 극히 일부일 뿐이다.
  • 여러분이 다른 프로그래머가 소스코드에 추가 정보를 제공할 수 있는 도구를 만드는 일을 한다면 적당한 애너테이션 타입도 함께 정의해 제공하자.
  • 애너테이션으로 할 수 있는 일을 명명패턴으로 처리할 이유는 없다.
  • 도구 제작자를 제외하곤, 일반 프로그래머가 애너테이션 타입을 직접 정의할 일은 거의 없다.
    • 하지만 자바 프로그래머라면 예외 없이 자바가 제공하는 애너테이션 타입들은 사용해야 한다.(아이템 40, 27)
    • IDE나 정적 분석 도구가 제공하는 애너테이션을 사용하면 해당 도구가 제공하는 진단 정보의 품질을 높여줄 것이다.
    • 단, 그 애너테이션들은 표준이 아니니 도구를 바꾸거나 표준이 만들어지면 수정 작업을 조금 거쳐야 할 것이다.

Lombok 의 Annotation 처리 방법

애너테이션하면 가장 바로 떠올릴 수 있는게 Lombok 이다. 그러다 Lombok의 동작 방식에 관해 찾아보게 되었는데 여기 포스팅에서 처럼 동일하게 @Getter 어노테이션이 달린 모든 클래스를 순회하면서 getter메서드를 자동으로 생성해주는 것 같다.

추가적으로 아래 출처들도 같이 살펴보면 유익할 것이다.

Spring Security 에서의 @AuthenticationPrincipal

This post is licensed under CC BY 4.0 by the author.

[이펙티브자바] 아이템38-확장할 수 있는 열거 타입이 필요하면 인터페이스를 사용하라

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