[Java] 열거형(Enum) 이해하고 사용하기

enum 이란?

enum은 JDK 1.5 부터 도입된 연관된 상수(Constant)들의 집합을 정의하는 특수한 클래스다. enum 에 미리 정의해둔 정해진 값만 사용하도록 강제함으로써 데이터 일관성이 확보되고 가독성,유지보수가 편리해진다. enum 은 싱글톤(Singleton)과 유사하게JVM에서 클래스 로딩 시 단 한번만 인스턴스되고 이후 동일한 객체를 재사용하므로 불필요한 인스턴스 생성이 일어나지 않는다.

enum 을 사용하지 않는 방식의 문제점

[문자열을 이용한 방식의 문제점]

enum 을 사용하지 않고, 단순 문자열 비교를 이용해 회원등급에 따라 할인을 적용하는 메서드를 정의했다.

public class MemberService {
    public int discount(String grade, int price) {
        if (grade.equals("BASIC")) {
            return price - 1000;
        } else if (grade.equals("GOLD")) {
            return price - 3000;
        } else if (grade.equals("DIAMOND")) {
            return price - 5000;
        }
        return price;
    }
}

해당 방식의 문제점은 "BASC", "GOD"처럼 오타가 있어도 컴파일 시점에서 검출할 수 없으며, 파라미터에 미리 정해둔 값이 아닌 임의의 문자열이 들어올 수 있다는 것이다.

[상수를 이용한 방식의 문제점]

다음으로 class 내부에 상수를 정의하고 이용하는 방식이다.

public class MemberGrade {
    public static final String BASIC = "BASIC";
    public static final String GOLD = "GOLD";
    public static final String DIAMOND = "DIAMOND";
}

public class MemberService {
    public int discount(String grade, int price) {
        if (grade.equals(MemberGrade.BASIC)) {
            return price - 1000;
        } else if (grade.equals(MemberGrade.GOLD)) {
            return price - 3000;
        } else if (grade.equals(MemberGrade.DIAMOND)) {
            return price - 5000;
        }
        return price;
    }
}

단순 문자열을 사용하는 문자열 오타를 방지 (MemberGrade.BASIC 사용) 할 수 있다는 점에서 개선되었다. 하지만 문자열 상수를 사용해도 String 타입이기 때문에 파라미터로 어떤 문자열이든 입력할 수 있으며, 개발자가 실수로 문자열 상수를 사용하지 않고 직접 문자열을 사용해도 막을 수 있는 방법은 없다.

[Type-Safe Enum Pattern 을 이용하는 방식의 문제점]

일반적으로 잘 이용되지는 않지만, Enum을 사용하지 않고 Java 클래스를 통해 열거형을 구현하는 방식으로 구현할 수도 있다.

public class MemberGrade {
    public static final MemberGrade BASIC = new MemberGrade("BASIC");
    public static final MemberGrade GOLD = new MemberGrade("GOLD");
    public static final MemberGrade DIAMOND = new MemberGrade("DIAMOND");

    private final String grade;

    private MemberGrade(String grade) {
        this.grade = grade;
    }

    public String getGrade() {
        return grade;
    }
}

먼저 회원 등급을 다루는 클래스를 만들고, 각각의 회원 등급별로 상수를 선언한다. 이때 각각의 상수마다 별도의 인스턴스를 생성하고, 생성한 인스턴스를 대입한다. 이때 각각을 상수로 선언하기 위해 static, final을 사용한다.

static을 사용해서 상수를 메서드 영역에 선언한다.
final을 사용해서 인스턴스(참조값)를 변경할 수 없게 한다.

public class MemberService {
    public int discount(MemberGrade grade, int price) {
        if (grade == MemberGrade.BASIC) {
            return price - 1000;
        } else if (grade == MemberGrade.GOLD) {
            return price - 3000;
        } else if (grade == MemberGrade.DIAMOND) {
            return price - 5000;
        }
        return price;
    }
}

MemberGrade.BASIC, MemberGrade.GOLD, MemberGrade.DIAMOND는 클래스 로딩 시점에 한번만 생성되어 JVM의 메서드 영역에 저장된다. 따라서 해당 클래스를 사용하면 동일한 메모리주소를 참조하므로 비교할 때는 grade == MemberGrade.BASIC와 같이 == 참조값(Ref) 비교를 사용한다.

외부에서 MemberGrade 객체를 생성할 수 없으므로 BASIC, GOLD, DIAMOND 외에는 사용할 수 없도록 강제할 수 있게 되었다. 파라미터로 들어오는 타입도 MemberGrade 로 강제되었다.

하지만 이 방식도 아래와 같은 단점이 있다.

switch 문을 사용할 수 없다. (자바의 switch는 enum을 지원하지만 일반 클래스 타입은 지원하지 않음)
toString(), values() 같은 기본적인 유틸리티 메서드를 제공하지 않아, 필요시 직접 구현해야 하며, 코드가 길어진다.
Java 직렬화시 역직렬화로 인한 중복 인스턴스 생성문제가 있다.
리플렉션을 막지 못한다. enum은 Reflection을 통한 객체 생성을 방지하지만, Type-Safe Enum 방식은 private 생성자를 setAccessible(true)로 변경하여 새로운 인스턴스를 만들 수 있다.

직렬화와 리플렉션 예시를 만들어 하나씩 살펴보면

public class MemberGrade implements Serializable {
    public static final MemberGrade BASIC = new MemberGrade("BASIC");
    ...
}

직렬화를 위해 Serializable 을 구현하고

public class JavaSerializationTest {
    public static void main(String[] args) throws Exception {
        ObjectOutputStream out = new ObjectOutputStream(new FileOutputStream("membergrade.ser"));
        out.writeObject(MemberGrade.BASIC);
        out.close();

        ObjectInputStream in = new ObjectInputStream(new FileInputStream("membergrade.ser"));
        MemberGrade restored = (MemberGrade) in.readObject();
        in.close();

        System.out.println(MemberGrade.BASIC == restored); 
        System.out.println(MemberGrade.BASIC);
        System.out.println(restored);
    }
}

역직렬화해서 비교하면 서로다른 인스턴스다. 결론적으로, Java 직렬화시 Serializable 만으로는 인스턴스가 하나만 생성되는것을 보장할 수 없다.

Constructor<MemberGrade> constructor = MemberGrade.class.getDeclaredConstructor(String.class);
constructor.setAccessible(true);
MemberGrade newInstance = constructor.newInstance("VIP");

System.out.println(MemberGrade.BASIC == newInstance);

리플렉션으로 새로운 인스턴스가 생성되는 것 또한 막을 수 없다.

이처럼 enum 을 사용하지 않았을 때 나타나는 문제점들을 enum 을 사용하면 해결할 수 있다.

enum 주요 메서드

아래와 같은 메서드를 기본 제공하며 활용할 수 있다.

values()	모든 enum 상수를 배열로 반환
valueOf(String name)	문자열을 enum으로 변환
ordinal()	enum 선언 순서를 반환
name()	enum 이름을 반환
toString()	기본적으로 name()을 반환하지만, 오버라이드 가능

ordinal()은 사용하지 않는 것이 좋다. ordinal() 을 활용해 순서로 코드를 작성하게되면, 중간에 상수를 선언하는 위치가 변경되거나, 중간에 새로운 상수를 추가하게 될 경우 경우 버그가 발생할 가능성이 있다.

enum 사용법과 활용

[switch 문에서 enum 사용 방법]

public int discount(MemberGrade grade, int price) {
    return switch (grade) {
        case BASIC -> price - 1000;
        case GOLD -> price - 3000;
        case DIAMOND -> price - 5000;
    };
}

일반적인 switch 문 뿐 아니라 자바 12부터 지원되는 switch expression 을 이용해 간단히 값을 반환하도록 만들 수 있다. enum 이 가지고있는 필드를 switch 문에서 모두 정의했다면 default 가 필요없다.

public int discount(MemberGrade grade, int price) {
    return switch (grade) {
        case BASIC -> price - 1000;
        case GOLD -> price - 3000;
        default -> throw new IllegalStateException("Unexpected value: " + grade);
    };
}

특정 필드를 제외하고, 누락시 처리를 추가하려면 default 를 이용할 수 있다.

[enum과 인터페이스 활용 방법]

인터페이스를 활용해 아래처럼 공통으로 정의될 메서드를 넣어줄 수 있다.

public interface DiscountPolicy {
    int discount(int price);
}

public enum Grade implements DiscountPolicy {
    BASIC {
        @Override
        public int discount(int price) {
            return price - 1000;
        }
    },
    GOLD {
        @Override
        public int discount(int price) {
            return price - 3000;
        }
    },
    DIAMOND {
        @Override
        public int discount(int price) {
            return price - 5000;
        }
    };
}

public class MemberService {
    public int discount(Grade grade, int price) {
        return grade.discount(price);
    }
}

추가적인 if-else나 switch 없이 각 열거형에서 직접 로직을 구현해 역할을 명확하게 정의할 수 있다. enum 값에 따라 각기 다른 동작을 할 수 있게 만들어 상태와 행위를 같이 관리할 수 있다.

[values() 와 valueOf() 사용법]

for (MemberGrade grade : MemberGrade.values()) {
    System.out.println(grade.name());  // BASIC, GOLD, DIAMOND
}

MemberGrade grade = MemberGrade.valueOf("GOLD");
System.out.println(grade);  // GOLD

values() 를 이용해 모든 enum 값을 순회하거나, valueOf 로 문자열을 enum 으로 변환할 수 있다.

[EnumMap과 EnumSet 활용법]

enum을 활용하게 되면 Set, Map 과 같은 자료구조에 넣어서 사용해야 할 수도 있다.

java는 일반적인 HashSet 과 HashMap 보다 빠르게 동작할 수 있도록 Enum 에 최적화된 EnumSet, EnumMap 을 제공한다.

둘다 Thread-safe 하지 않게 구현되어 있다.

Map<MemberGrade, Integer> discountMap = new EnumMap<>(MemberGrade.class);
discountMap.put(MemberGrade.BASIC, 1000);
discountMap.put(MemberGrade.GOLD, 3000);
discountMap.put(MemberGrade.DIAMOND, 5000);

enum 을 키로 사용해 EnumMap 을 사용할 수 있다. enumMap 은 내부적으로 배열기반으로 동작하며, null 키를 허용하지 않으며, null 값을 저장할 수는 있다.

 EnumSet<MemberGrade> highGrades = EnumSet.of(MemberGrade.GOLD, MemberGrade.DIAMOND);
 System.out.println(highGrades.contains(MemberGrade.BASIC)); // false

EnumSet 은 내부적으로 비트 벡터(bit-vector)를 사용해 빠르고 메모리 효율적으로 동작한다. null 값을 허용하지 않으며 enum 만 저장할 수 있다.

[Function 을 이용해 비즈니스로직을 간결히 처리하는 방법]

import java.util.function.Function;

public enum DiscountPolicy {
    NONE(price -> price),              // 할인 없음
    BLACK_FRIDAY(price -> price * 0.7), // 30% 할인
    NEW_USER(price -> price - 3000),   // 신규 가입자 3,000원 할인
    VIP(price -> price * 0.8);         // VIP 고객 20% 할인

    private final Function<Double, Double> discountFunction;

    DiscountPolicy(Function<Double, Double> discountFunction) {
        this.discountFunction = discountFunction;
    }

    public double applyDiscount(double price) {
        return discountFunction.apply(price);
    }
}

각각 할인 정책에 맞는 가격을 반환하는 enum 을 만들어 활용할 수 있다.

public class DiscountService {
    public static void main(String[] args) {
        double originalPrice = 10000;

        System.out.println("일반 가격: " + DiscountPolicy.NONE.applyDiscount(originalPrice));  // 10000
        System.out.println("블랙 프라이데이 가격: " + DiscountPolicy.BLACK_FRIDAY.applyDiscount(originalPrice));  // 7000
        System.out.println("신규 유저 할인 가격: " + DiscountPolicy.NEW_USER.applyDiscount(originalPrice));  // 7000
        System.out.println("VIP 고객 가격: " + DiscountPolicy.VIP.applyDiscount(originalPrice));  // 8000
    }
}

enum 의 특징

[enum 은 컴파일 시 class로 변환된다]

enum 은 단순한 상수 그룹이 아니라, 컴파일되면 내부적으로 java.lang.Enum<T> 를 상속하는 final class 로 변환된다.

public enum MemberGrade {
    BASIC(1000), 
    GOLD(3000), 
    DIAMOND(5000);

    private final int discountAmount;

    MemberGrade(int discountAmount) {
        this.discountAmount = discountAmount;
    }

    public int getDiscountAmount() {
        return discountAmount;
    }
}

javac 명령어를통해 컴파일 후 얻은 바이트 코드를 읽기 좋게 javap -p 명령어로 디어셈블해보면

java.lang.Enum 클래스를 확장하는 클래스인 것을 확인할 수 있다.

[enum 인스턴스는 단 한번만 생성을 보장한다]

enum의 생성자는 반드시 private 이다. (protected 또는 public 으로 지정할 수 없다)

따라서 일반적으로 접근제어자(Access Modifier)를 생략하고 위처럼 생성자를 만든다.

컴파일한 enum 생성자 부분을 보면 자동으로 private 생성자로 매핑된다. 따라서 new 키워드를 사용하여 인스턴스를 만들 수 없다.

[enum 인스턴스는 클래스 로딩시점에 생성된다.]

그럼 enum 인스턴스는 언제 생성되는걸까?

javap -v 로 바이트코드를 더 자세히 살펴보면 위와 같은 결과를 확인할 수 있다.

static {}; 은 static initializer block(정적 초기화 블록)으로 클래스 로딩 시 단 한 번만 실행되며, 해당 클래스의 모든 정적 필드를 초기화하는 역할을 담당한다. Java에서 enum 타입을 컴파일하게 되면, 컴파일러가 자동으로 static initializer block을 생성해 클래스 내부의 정적 상수 필드를 초기화하는 코드를 추가하게 된다. 이후 static {} 블록을 실행해 enum의 모든 인스턴스를 초기화한다.

따라서 JVM이 enum 클래스를 처음 로드할 때, enum 인스턴스가 자동으로 생성된다.

[enum 은 불변객체다]

컴파일 결과를 확인했을 때 내부필드가 private static final 이므로 필드변경이 아예 불가능하다.

[상속을 지원하지 않는다]

Enum 은 내부적으로 java.lang.enum 클래스에 의해 상속된다. 자바는 다중상속을 지원하지 않기 때문에 enum 역시 다른 클래스를 사용받을 수 없다. (인터페이스는 구현 가능하다)

[비교시 equals 또는 == 모두 가능]

enum 의 equals 는 == 비교로 구현되어 있다.

[enum 직렬화 및 역직렬화]

https://docs.oracle.com/javase/1.5.0/docs/guide/serialization/spec/serial-arch.html#enum

Enum 상수는 일반적인 Serializable 또는 Externalizable 객체와는 다른 방식으로 직렬화된다.

직렬화(Serialization)
ObjectOutputStream이 enum 상수의 이름(name())을 직렬화한다. 즉, enum 상수 자체가 아닌 name() 값(String)만 저장된다.
역직렬화(Deserialization)
ObjectInputStream이 직렬화된 이름(String) 을 읽은 후, java.lang.Enum.valueOf(enumType, name) 메서드를 호출하여
해당 enum 상수를 찾아 반환한다.

따라서 새로운 인스턴스가 생성되지 않고, 기존 인스턴스가 재활용된다.

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enum 이란?

enum 을 사용하지 않는 방식의 문제점

enum 주요 메서드

enum 사용법과 활용

enum 의 특징

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