[Java] inner 클래스와 종류에 대해

내부 클래스(inner class)

내부 클래스(inner class)란, 다른 클래스 안에 정의된 클래스를 의미한다.
내부 클래스는 자신을 감싼 외부 클래스에서만 쓰여야 하며, 그 외의 쓰임새가 있다면 별도의 클래스로 만들어야 한다.

내부 클래스를 선언하는 이유는 두 클래스가 서로 긴밀한 관계임을 나타내기 위함이다.
이를 적절히 사용하면 클래스를 논리적으로 구조화하여 패키지를 간소화할 수 있고 private 접근제어자를 이용해 클래스 자체를 캡슐화 할 수 있다.

내부 클래스의 종류

종류로는 다음과 같다.

정적 멤버 클래스
비정적 멤버 클래스
익명 클래스
지역 클래스

비정적 멤버 클래스

비정적 멤버 클래스는 외부 클래스의 인스턴스를 통해서만 객체를 생성할 수 있다.
외부 클래스의 인스턴스를 통해 생성된 비정적 멤버 클래스의 인스턴스는, 인스턴스화가 될 때 외부 인스턴스와 암묵적으로 연결되며 변경할 수 없다.
즉, 비정적 멤버 클래스의 인스턴스가 생성될 때, 자신을 생성한 외부 인스턴스에 대한 참조를 항상 가지게 된다.
심지어 외부 클래스의 멤버를 참조하지 않아도, 클래스 파일에는 내부적으로 숨겨진 외부 참조가 존재하게 된다.
따라서 비정적 멤버 클래스에서 정규화된 this로 외부 클래스의 멤버에 접근할 수 있다.

하지만 이런 특징으로 인해 메모리 누수가 발생할 수 있다.
만약, 외부 클래스는 더이상 사용되지 않고 내부(멤버) 클래스만 사용된다고 하면, 외부 클래스를 메모리에서 제거해줘야 한다.
따라서 외부 클래스를 참조하지 않는 멤버 클래스라면 정적 멤버 클래스로 선언하자.
정적 멤버 클래스는 내부적으로도 외부 클래스를 참조하지 않는다.

아래는 비정적 멤버 클래스를 사용한 간단한 예시 코드이다.

public class Outer {

    public int num = 10;

    public static class 정적_멤버_클래스 {
    }

    public class 비정적_멤버_클래스 {

        int x = 5;

        public void addX(int x) {
            this.x += x;
        }

        public void logic() {
            Outer.this.num = x; // 비정적 멤버 클래스에서 외부 클래스로 정규화된 this를 사용해 접근할 수 있다.
        }

        public int getX() {
            return x;
        }
    }
}

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        Outer outer = new Outer();
        Outer.비정적_멤버_클래스 비정적_멤버_클래스 = outer.new 비정적_멤버_클래스(); // 비정적 멤버 클래스는 외부 클래스의 인스턴스 없이 생성할 수 없다.

        System.out.println(비정적_멤버_클래스.getX()); // 5
        비정적_멤버_클래스.addX(10);
        비정적_멤버_클래스.logic();
        System.out.println(비정적_멤버_클래스.getX() + " " + outer.num); // 15 15
    }
}

정적 멤버 클래스

비정적 멤버 클래스에 static 키워드를 붙인 클래스이다.
정적 멤버 클래스와 다르게, 외부 클래스의 인스턴스를 통하지 않고 정적 멤버 클래스의 인스턴스를 생성할 수 있다.
따라서 정적 멤버 클래스는 외부 클래스의 간접 참조가 존재하지 않는다.

정적 멤버 클래스에 붙는 static은, 일반적으로 static이 메모리 상에서 동작하는 방식과는 다르다.
static이더라도 인스턴스화 할 때 마다 매번 새로운 인스턴스를 생성하기 때문이다.

정적 내부 클래스에서 외부 클래스로의 접근은 static 필드나 메서드으로만 접근이 가능하다.
만약 외부 클래스의 non-static 필드로 접근하기 위해선 외부 클래스의 인스턴스를 통해서만 접근할 수 있다.

아래는 정적 멤버 클래스를 사용한 간단한 예시 코드이다.

public class Outer {

    public int num = 10;
    private static int privateStaticNum = 10;

    public int getNum() {
        return num;
    }

    public static void print(int num) {
        System.out.println(num);
    }

    public static class 정적_멤버_클래스 {

        int x = 5;

        public void addX(int x) {
            this.x += x;
        }

        public void logic() {
            // Outer.this.num = x; // 컴파일 오류
            // x += Outer.num; // 컴파일 오류
            x += Outer.privateStaticNum; // static 필드로 접근이 가능하다. 심지어 private 임에도 가능하다.

            int num = new Outer().getNum(); // 외부 클래스의 non-static 필드로 접근하기 위해선 외부 인스턴스를 통해야 한다.
            Outer.print(num); // static 메서드로 접근이 가능하다.
        }

        public int getX() {
            return x;
        }
    }
}

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        Outer.정적_멤버_클래스 정적_멤버_클래스 = new Outer.정적_멤버_클래스();
        System.out.println(정적_멤버_클래스.getX()); // 5

        정적_멤버_클래스.addX(10);
        System.out.println(정적_멤버_클래스.getX()); // 15

        정적_멤버_클래스.logic(); // 10
        System.out.println(정적_멤버_클래스.getX()); // 25

        Outer.정적_멤버_클래스 정적_멤버_클래스2 = new Outer.정적_멤버_클래스();
        System.out.println(정적_멤버_클래스 == 정적_멤버_클래스2); // false
    }
}

익명 클래스

익명 클래스는 클래스 이름이 존재하지 않는 내부 클래스이다.
클래스나 인터페이스를 선언과 동시에 객체를 생성할 수 있다.

아래는 익명 클래스를 사용하는 간단한 예시 코드이다.

@Getter
@NoArgsConstructor
@AllArgsConstructor
public class Member {

    private Long id;
    private String name;
}

public class JdbcTemplateTest {

    private static final RowMapper<Member> rowMapper = new RowMapper<Member>() { // 익명 클래스 (인터페이스 구현)
        @Override
        public Member mapRow(ResultSet rs, int rowNum) throws SQLException {
            return new Member(
                    rs.getLong("id"),
                    rs.getString("name")
            );
        }
    };

    Member zz = new Member() { // 익명 클래스
        @Override
        public String toString() {
            return "new Member Instance";
        }
    };
}

class ma {
    public static void main(String[] args) {
        JdbcTemplateTest jdbcTemplateTest = new JdbcTemplateTest();
        Member zz = jdbcTemplateTest.zz;
        System.out.println(zz); // "new Member Instance"
    }
}

지역 클래스

지역 멤버와 동일하다.
단지 클래스일 뿐이다.

non-static 문맥일 때만 외부 클래스를 정규화된 this로 참조할 수 있다.

아래와 같이 사용할 수 있다.

public class Outer {

    public int num = 10;

    public void logic() {

        class 지역_클래스 {

            int x = 100;

            public void setX(int x) {
                this.x = x;
            }

            public void add() {
                Outer.this.num += x; // 외부 인스턴스 참조 가능
            }
        }

        지역_클래스 지역_클래스 = new 지역_클래스();
        System.out.println("초기 X: " + 지역_클래스.x); // 100

        지역_클래스.setX(num);
        System.out.println("수정 이후 X: " + 지역_클래스.x); // 10

        지역_클래스.add();
        System.out.println("지역_클래스.add() 이후 num: " + this.num);
    }
}

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        Outer outer = new Outer();
        outer.logic();
    }
}