Inheritance Modifiers (final, open, abstract)

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Kotlin의 상속변경자인 final, open, abstract에 대해서 알아본다.

상속(Inheritance)이란

상속은 기존의 클래스를 재사용해 자식 클래스가 부모 클래스의 멤버를 물려받는 것을 뜻한다. Java에서 상속은 extends 키워드를 이용해 가능했다.

class Parent {}
class Child extends Parent {}

상속에는 다음과 같은 특징이 있다.

상속은 기존에 만들어 놓은 클래스의 재사용, 확장을 위해 사용한다.
Java에서는 단일 상속만 가능하다.
부모(super), 자식(sub)클래스가 존재한다. 각각 기반(base), 파생(derived) 클래스라고도 부른다.
Java에서 Object 클래스는 모든 클래스의 최상위에 위치한다.
- 모든 클래스는 Object 클래스에 정의된 11개의 메소드를 상속받는다. (toString(), equals(), hashCode() 등)
private 멤버 변수는 상속이 안된다.
super 키워드를 이용해 상위 클래스의 멤버/메소드에 접근할 수 있다.

상속은 더 정확히 말해서 구현 상속(서브클래싱)과 인터페이스 상속(서브타이핑)으로 분류할 수 있으며, 순수하게 코드를 재사용하기 위한 목적으로 상속을 구현하는 것을 구현 상속, 다형적인 협력을 위해 부모 클래스와 자식 클래스가 인터페이스를 공유할 수 있도록 상속을 이용하는 것을 인터페이스 상속이라고 부른다. <오브젝트>(위키북스, 2019)

Java와 상속

Java에서 클래스는 기본 설정으로 모두 상속이 가능했으며, 클래스 앞에 final 키워드를 붙이면 상속을 막을 수 있었다.

public final class NotInheritable {
    // ... Class contents
}

객체지향적인 관점에서 취약한 기반 클래스(fragile base class) 문제가 발생할 수 있다. 자식 클래스는 부모 클래스의 불필요한 세부사항에 엮이게 된다. 부모 클래스의 작은 변경에도 자식 클래스는 컴파일 오류와 실행 에러라는 문제가 발생할 수 있다. 상속을 사용한다면 발생하게 되는 객체지향 프로그래밍의 근본적인 취약성이다.

Kotlin과 상속

이러한 문제를 해결하기 위해 Kotlin에서 클래스는 기본적으로 final이며 open을 통해 베이스 클래스로 만들도록 했다.

상속변경자는 총 3가지가 존재한다.

final
open
abstract

final

상속이 불가능한 상속변경자이다. 클래스의 기본이고, 생략이 가능하다.

open

상속을 허용한다.

abstract

인스턴스화 하기 위해서는 상속을 해서 새로운 클래스를 정의해야 한다.

추상 클래스라고 하며, 공통된 코드, 동작 등을 정의할 때 사용한다.

Spring 개발할 때 Kotlin과 상속

Spring Boot 2.x 버전부터는 CGLIB Proxy 방식으로 Bean을 관리하고 있다. CGLIB Proxy는 target class를 상속받아 생성하기 때문에 상속이 가능한 상태여야 한다. 그런데 Kotlin에서는 final 상속변경자가 클래스에 기본적으로 적용된다. 따라서 상속이 불가능한 상태가 된다.

이를 해결하기 위해서는 클래스에 전부 open을 붙여 주어야 하는데, 이러한 작업은 매우 번거롭다. Kotlin에서는 이것을 해결하기 위해 all-open 플러그인을 제공한다.

plugins {
    kotlin("plugin.jpa") version "1.4.32"
}

plugin.spring 플러그인을 추가하면 아래 어노테이션에 대해 all-open을 자동으로 추가시킨다. kotlin-allopen, plugin.spring은 동일한 프로젝트이다.

@Component
@Async
@Transactional
@Cacheable
@SpringBootTest
@Configuration, @Controller, @RestController, @Service, @Repository, (@Component로 메타어노테이션이 적용되어 있으므로 자동 적용)

하지만 Spring을 사용하면서 JPA도 사용하곤 하는데, JPA 어노테이션에 대해서도 명시를 해줘야 한다.

// build.gradle.kts
allOpen {
    annotation("javax.persistence.Entity")
    annotation("javax.persistence.MappedSuperclass")
    annotation("javax.persistence.Embeddable")
}

위의 코드처럼 allOpen을 명시적으로 적용해야 @Entity 클래스가 open으로 선언된다. open 상속변경자가 적용되지 않으면 Proxy 기반으로 Lazy 로딩을 할 수 없다.

@ManyToOne 등 관계를 설정하고 fetch = FetchType.LAZY를 적용했을 때의 예시이다.

@Entity
class Book(
    @Column(nullable = false)
    val title: String,
    
    @ManyToOne(fetch = FetchType.LAZY)
    @JoinColumn(nullable = false)
    val order: Order,
) : BaseEntity()

@Entity
class Order(
    @Column(nullable = false)
    val number: String,
) : BaseEntity()

다음은 테스트 코드이다.

@Test
fun `lazy loading test`() {
    // Order, Book 생성
    val order = orderRepository.save(Order("202208-01")
    val book = bookRepository.save(Book("New Book", order))
    
    // 영속성 컨텍스트 초기화
    entityManager.clear()
    
    // Lazy Loading이 적용되어 book에 대한 쿼리가 발생하지 않을 거라 예상
    val foundBook = bookRepository.findByIdOrNull(book.id!!)!!
}

Lazy 로이 적용되어 book에 대한 쿼리가 발생하지 않을 거라 예상했지만 결과는 다르다.

order에 대한 조회 쿼리가 발생하고 있는 모습이다. IntelliJ의 디버깅 툴을 이용해 확인하면 다음과 같다.

Order의 Proxy 객체가 아니라 실제 Order 객체를 만들어 사용하고 있는 모습이다.

Kotlin은 기본적으로 final이므로, 상속을 기반으로 작동하는 Proxy 객체를 생성하지 못하기 때문이다.

따라서 open을 적용하면 제대로 Lazy 로딩이 동작하고, Proxy 기반으로 Order 객체를 가져오게 된다.

⚠️ 위 내용의 출처, 이미지와 자세한 내용 모두 이 블로그를 참고한다.

정리

Java, Kotlin 둘 다 객체지향 프로그래밍에서 사용되는 개념인 상속을 지원한다.

Java에서는 abstract, final 등의 modifier로 상속 관련 설정이 가능하며, 기본적으로 모든 클래스가 상속이 가능하며 final 키워드를 지정하면 상속을 막을 수 있었다.
Kotlin에서는 상속변경자인 final, open, abstract를 지정할 수 있다. final을 기본값으로 하여 상속을 막아두었다.
Spring과 Kotlin을 같이 사용할 때는 CGLIB을 이용한 Proxy 기능을 활성화하기 위해서는 Kotlin에서 기본값이 final인 점을 감안하여 allopen 플러그인을 적용해야 한다.