[Java] 인터페이스(interface)

인터페이스란?

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인터페이스란 일종의 추상 클래스이다.

 

인터페이스는 추상 클래스처럼 추상 메서드를 갖지만 추상 클래스보다 추상화 정도가 높아서 추상 클래스와 달리 몸통을 갖춘 일반 메서드 또는 멤버 변수를 가질 수 없다. 오직 추상 메서드와 상수만을 멤버로 가질 수 있다.

 

추상 클래스를 부분적으로만 완성된 '미완성 설계도'라고 한다면, 인터페이스는 구현된 것은 아무것도 없고 밑그림만 그려져 있는 '기본 설계도'라 할 수 있다.

 

인터페이스도 추상 클래스처럼 불완전한 것이기 때문에 그 자체만으로 사용되기보다 다른 클래스를 작성하는데 도움 줄 목적으로 작성된다.

 

 

인터페이스의 작성

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'class' 대신 키워드 'interface'를 이용하여 작성할 수 있다.

interface에도 클래스와 같이 접근제어자로 public 또는 default를 사용할 수 있다.

interface 인터페이스이름 {
    public static final 타입 상수이름 = 값;
    public abstract 메서드이름(매개변수 목록);
}

인터페이스의 멤버들은 다음과 같은 제약사항이 있다.

- 모든 멤버 변수는 public static final 이어야 하며, 이를 생략할 수 있다.
- 모든 메서드는 public abstract 이어야 하며, 이를 생략할 수 있다.
단, static 메서드와 default 메서드는 예외

인터페이스에 정의된 모든 멤버에 예외 없이 적용되는 사항이기 때문에 제어자를 생략할 수 있으며, 편의상 생략하는 경우가 많다. 생략된 제어자는 컴파일 시에 컴파일러가 자동적으로 추가해준다.

 

 

인터페이스의 상속

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인터페이스는 인터페이스로부터만 상속받을 수 있으며, 다중 상속이 가능하다.

* 인터페이스는 클래스의 Object클래스와 같은 최고 조상이 없다.

interface Movable {
    void move(int x, int y);
}

interface Attackable {
    void attack(Unit u);
}

interface Fightable extends Movable, Attackable {
    
}

 

 

인터페이스의 구현

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인터페이스도 추상 클래스처럼 인스턴스를 생성할 수 없으며, 자신에 정의된 추상 메서드의 몸통을 만들어주는 클래스를 생성하는데, 키워드 'implements'를 사용한다.

class 클래스이름 implements 인터페이스이름 {
    // 인터페이스에 정의된 추상 메서드를 구현해야 한다.
}

class Fighter implements Fightable {
    public void move(int x, int y)  { /* 구현 */ }
    public void attack(Unit u)      { /* 구현 */ } 
}

 

만일 인터페이스의 메서드 중 일부만 구현하다면, abstract를 붙여 추상 클래스로 선언해야 한다.

interface Fightable {
    void move(int x, int y);
    void attack(Unit u);
}
class Fighter implements Fightable {
    public void move(int x, int y)  { /* 구현 */ }
    public void attack(Unit u)      { /* 구현 */ }
}

abstract class Fighter implements Fightable {
    public void move(int x, int y) { /* 구현 */ }
}

 

상속과 구현을 동시에 할 수도 있다.

interface Fightable {
    void move(int x, int y);
    void attack(Unit u);
}
class 자손클래스 extends 조상클래스 implements 인터페이스이름 {

}

class Fighter extends Unit implements Fightable {
    public void move(int x, int y)  { /* 구현 */ }
    public void attack(Unit u)      { /* 구현 */ }
}

 

 

인터페이스를 이용한 다중 상속

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인터페이스는 statc 상수만 정의할 수 있으므로 조상 클래스의 멤버 변수와 충돌하는 경우는 거의 없고 충돌된다 하더라도 클래스 이름을 붙여서 구분이 가능하다. 그리고 추상 메서드는 구현 내용이 전혀 없으므로 조상 클래스의 메서드와 선언부가 일치하는 경우에는 당연히 조상 클래스 쪽의 메서드를 상속받으면 되므로 문제 되지 않는다.

 

그러나, 이렇게 하면 상속받는 멤버의 충돌은 피할 수 있지만, 다중 상속의 장점을 잃게 된다. 만일 두 개의 클래스로부터 상속을 받아야 할 상황이라면, 두 조상 클래스 중에서 비중이 높은 쪽을 선택하고 다른 한쪽을 클래스 내부에 멤버로 포함시키는 방식으로 처리하거나 어느 한쪽의 필요한 부분을 뽑아서 인터페이스로 만든 다음 구현하도록 한다.

public interface IVCR {
    public void play();
    public void stop();
    public void reset();
    public int getCounter();
    public void setCounter(int c);
}

public class Tv {
    protected boolean   power;
    protected int       channel;
    protected int       volume;
    
    public void power()         {power = !power;}
    public void channelUp()     {channel++;}
    public void channelDown()   {channel--;}
    public void volumeUp()      {volume++;}
    public void volumeDown()    {volume--;}
}

public class VCR {
    protected int counter;
    
    public void play()              { }
    public void stop()              { }
    public void reset()             { }
    public int getCounter()         { }
    public void setCounter(int c)   { }
}

public class TVCR extends Tv implements IVCR {
    VCR vcr = new VCR();

    public void play()              {
        vcr.play();
    }
    public void stop()              {
        vcr.stop();
    }
    public void reset()             { 
        vcr.reset();
    }
    public int getCounter()         {
        return vcr.getCounter();
    }
    public void setCounter(int c)   { 
        vcr.setCounter(c);
    }

. java 파일에 한 개의 public class만 있어야 하지만 편의상 같은 파일에 작성하였다.

 

VCR클래스 타입의 참조 변수를 멤버 변수로 선언하여 IVCR인터페이스의 추상 메서드를 구현하는 데 사용한다.

IVCR 인터페이스를 구현하기 위해서 새로 메서드를 작성해야 하지만 이처럼 VCR클래스의 인스턴스를 사용하면 손쉽게 다중 상속을 구현할 수 있다.

 

인터페이스를 새로 작성하지 않고도 VCR클래스를 TVCR클래스에 포함시키는 것만으로도 충분하지만, 인터페이스를 이용하면 다형적 특성을 이용할 수 있다는 장점이 있다.

 

 

인터페이스를 이용한 다형성

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다형성에 대해 학습할 때 자손 클래스의 인스턴스를 조상 타입의 참조 변수로 참조하는 것이 가능하다는 것을 배웠다.

인터페이스 역시 이를 구현한 클래스의 조상이라 할 수 있으므로 해당 인터페이스 타입의 참조 변수로 이를 구현한 클래스의 인스턴스를 참조할 수 있으며, 인터페이스 타입으로도 형 변환이 가능하다.

 

인터페이스 Fightable을 클래스 Fighter가 구현했을 때, 다음과 같이 Figher 인스턴스를 Fightable타입의 참조 변수로 참조하는 것이 가능하다.

interface Fightable { }

class Fighter implements Fightable { }
...
	Fightable f = new Fighter();
...

따라서 인터페이스는 다음과 같이 메서드의 매개변수의 타입으로 사용될 수 있다.

void attack(Fightable f){
	...
}

 

인터페이스 타입의 매개변수가 갖는 의미

메서드 호출 시 해당 인터페이스를 구현한 클래스의 인스턴스를 매개 변수로 제공해야 한다는 것이다.

 

그래서 attack메서드를 호출할 때는 매개변수로 Fightable 인터페이스를 구현한 클래스의 인스턴스를 넘겨주어야 한다.

class Fighter extends Unit implements Fightable {
    public void move(int x, int y) { }
    public void attack(Fightable f) { }
}

위와 같이 Fightable 인터페이스를 구현한 Fighter클래스가 있을 때, attack 메서드의 매개변수로 Fighter인스턴스를 넘겨줄 수 있다. 즉, attack(new Fighter()))와 같이 할 수 있다는 것이다.

 

그리고 다음과 같이 메서드의 리턴 타입으로 인터페이스의 타입을 지정하는 것 역시 가능하다.

Fightable method() {
    return new Fighter();
}

 

리턴 타입이 인터페이스라는 것은

메서드가 해당 인터페이스를 구현한 클래스의 인스턴스를 반환하다는 것을 의미한다.

 

interface Parseable {
    void parse(String fileName);
}

class ParserManager {
    public static Parseable getParser(String type) {
        if (type.equals("XML")) {
            return new XMLParser();
        } else if (type.equals("HTML")){
            return new HTMLParser();
        } else if(type.equals("NewXML")) {
            return new NewXMLParser();
        } else
            return null;
    }
}

class XMLParser implements Parseable {
    public void parse(String fileName) {
        System.out.println(fileName + "- XML parsing completed.");
    }
}

class HTMLParser implements Parseable {
    public void parse(String fileName) {
        System.out.println(fileName + "-HTML parsing completed.");
    }
}

class NewXMLParser implements Parseable {
    public void parse(String fileName) {
        System.out.println(fileName + "-NewXML parsing completed.");
    }
}
public class Test {
    public static void main(String[] args) {
        Parseable parser = ParserManager.getParser("XML");
        parser.parse("document.xml");
        parser = ParserManager.getParser("HTML");
        parser.parse("document2.HTML");
        parser = ParserManager.getParser("NewXML");
        parser.parse("document3.NewXML");
    }
}

인터페이스(역할)를 구현하는(부여받은) 클래스를 구현체라고 한다.

getParser 메서드는 static 접근자가 사용돼서 인스턴스의 생성 없이 클래스로 사용할 수 있다.

getParser가 리턴하는 것은 Parseable 인터페이스를 상속받은 클래스의 인스턴스다.

Parseable 인터페이스의 인스턴스 parser는 자손 클래스의 인스턴스를 참조할 수 있다.

parser에 XMLParser 클래스의 인스턴스가 저장되어 parser는 XMLParser 클래스의 인스턴스의 parse 메서드를 사용할 수 있다.

 

클래스는 메서드를 사용하기 위해 필요하다고 가정한다면, 인터페이스를 상속받은 클래스의 메서드의 활용은 인터페이스를 구현해놓음으로써 인터페이스의 자손 클래스를 인스턴스[구현체]로 사용할 수 있다. 따라서 자손 클래스의 인스턴스를 인터페이스의 참조 변수로 참조하는 것이 가능하다. 인터페이스로 여러 자손 클래스를 추가하여 해당 클래스의 인스턴스의 멤버(변수, 메서드)를 사용할 수 있다..?

 

 

인터페이스의 장점

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인터페이스를 사용하는 이유와 그 장점을 정리하면 다음과 같다.

- 개발 시간을 단축시킬 수 있다.
- 표준화가 가능하다.
- 서로 관계없는 클래스들에게 관계를 맺어 줄 수 있다.
- 독립적인 프로그래밍이 가능하다

 

개발 시간을 단축시킬 수 있다.

인터페이스가 작성되면, 이를 사용해서 프로그램을 작성하는 것이 가능하다. 메서드를 호출하는 쪽에서는 메서드의 내용에 관계없이 선언 부만 알면 되기 때문이다.

그리고 동시에 다른 한쪽에서는 인터페이스를 구현하는 클래스를 작성하게 하면, 인터페이스를 구현하는 클래스가 작성될 때까지 기다리지 않고도 양쪽에서 동시에 개발을 진행할 수 있다.

 

표준화가 가능하다.

프로젝트에 기본 틀을 인터페이스로 작성한 다음, 개발자들에게 인터페이스를 구현하여 프로그램을 작성하도록 함으로써 보다 일관되고 정형화된 프로그램의 개발이 가능하다.

 

서로 관계없는 클래스들에게 관계를 맺어 줄 수 있다.

서로 상속관계에 있지도 않고, 같은 조상 클래스를 가지고 있지 않은 서로 아무런 관계도 없는 클래스들에게 하나의 인터페이스를 공통적으로 구현하도록 함으로써 관계를 맺어 줄 수 있다.

 

독립적인 프로그래밍이 가능하다.

인터페이스를 이용하면 클래스의 선언과 구현을 분리시킬 수 있기 때문에 실제 구현에 독립적인 프로그램을 작성하는 것이 가능하다. 클래스와 클래스 간의 직접적인 관계를 인터페이스를 이용해서 간접적인 관계로 변경하면, 한 클래스의 변경이 관련된 다른 클래스에 영향을 미치지 않는 독립적인 프로그래밍이 가능하다.

 

 

인터페이스의 이해

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인터페이스를 이해하기 위해서 다음의 두 가지 사항을 반드시 염두에 두고 있어야 한다.

- 클래스를 사용하는 쪽(User)과 클래스를 제공하는 쪽(Provider)이 있다.
- 메서드를 사용(호출)하는 쪽(User)에서는 사용하려는 메서드(Provider)의 선언 부만 알면 된다.
(내용은 몰라도 된다.)

 

class A {
    public void methodA(B b) {
        b.methodB();
    }
}

class B {
    public void methodB() {
        System.out.println("methodB()");
    }
}
public class Test {
    public static void main(String[] args) {
        A a = new A();
        a.methodA(new B());
    }
}

클래스 A를 작성하려면 클래스 B가 이미 작성되어 있어야 한다. 클래스 B의 methodB()의 선언부가 변경되면, 이를 사용하는 클래스 A도 변경되어야 한다.

 

그러나 클래스 A가 클래스 B를 직접 호출하지 않고 인터페이스를 매개체로 해서 클래스 A가 인터페이스를 통해서 클래스 B의 메서드에 접근하도록 하면, 클래스 B에 변경사항이 생기거나 클래스 B와 같은 기능의 다른 클래스로 대체되어도 클래스 A는 전혀 영향을 받지 않도록 하는 것이 가능하다.

 

두 클래스 간의 관계를 간접적으로 변경하기 위해서는 먼저 인터페이스를 이용해서 클래스 B(Provider)의 선언과 구현을 분리해야 한다.

 

interface I {
    void methodB();
}
class A {
    public void methodA(I i) {
        i.methodB();
    }
}

class B implements I{
    public void methodB() {
        System.out.println("methodB()");
    }
}
public class Test {
    public static void main(String[] args) {
        A a = new A();
        a.methodA(new B());
    }
}

클래스 A를 작성하는 데 있어서 클래스 B가 사용되지 않았다.

클래스 A와 클래스 B는 ' A - B ' 의 직접적인 관계에서 ' A - I - B ' 의 간접적인 관계로 바뀐 것이다.

 

결국 클래스 A는 여전히 클래스 B의 메서드를 호출하지만, 클래스 A는 인터 페이서 I와 직접적인 관계에 있기 때문에 클래스 B의 변경에 영향을 받지 않는다.

 

클래스 A는 인터페이스를 통해 실제로 사용하는 클래스의 이름을 몰라도 되고 심지어는 실제로 구현된 클래스가 존재하지 않아도 문제 되지 않는다. 클래스 A는 오직 직접적인 관계에 있는 인터페이스 I의 영향만 받는다.

 

인터페이스 I는 실제 구현 내용을 감싸고 있는 껍데기이며, 클래스 A는 껍데기 안에 어떤 알맹이가 들어 있는지 몰라도 된다.

interface I {
    void play();
}
class A {
    public void autoplay(I i) {
        i.play();
    }
}

class B implements I{
    public void play() {
        System.out.println("methodB()");
    }
}

class C implements I{
    public void play() {
        System.out.println("methodC()");
    }
}

public class Test {
    public static void main(String[] args) {
        A a = new A();
        a.autoplay(new B());
        a.autoplay(new C());
    }
}

 

클래스 A가 인터페이스 I를 사용해서 작성되긴 하였지만,

이처럼 매개변수를 통해서 구현체(인터페이스 I를 구현한 클래스의 인스턴스)를 동적으로 제공받아야 한다.

 

 

 

디폴트 메서드와 static 메서드

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static 메서드

JDK1.8부터 디폴트 메서드와 static 메서드도 추가할 수 있게 되었다.

그러나 자바를 보다 쉽게 배울 수 있도록 규칙을 단순히 할 필요가 있어서 인터페이스의 모든 메서드는 추상 메서드이어야 한다는 규칙에 예외를 두지 않았다. 덕분에 인터페이스와 관련된 static 메서드는 별도의 클래스에 따로 두었다.

 

가장 대표적인 것으로 java.util.Collection 인터페이스가 있는데, 이 인터페이스와 관련된 static 메서드들이 인터페이스에는 추상 메서드만 선언할 수 있다는 원칙 때문에 별도의 클래스, Collections라는 클래스에 들어가게 되었다.

 

인터페이스의 static 메서드 역시 접근 제어자가 항상 public이며, 생략할 수 있다.

 

 

디폴트 메서드

조상 클래스에 새로운 메서드를 추가하는 것은 별 일이 아니지만, 인터페이스의 경우에는 보통 큰일이 아니다. 인터페이스에 메서드를 추가한다는 것은, 추상 메서드를 추가한다는 것이고, 이 인터페이스를 구현한 기존의 모든 클래스들이 새로 추가된 메서드를 구현해야 하기 때문이다.

 

디폴트 메서드는 추상 메서드의 기본적인 구현을 제공하는 메서드로, 추상 메서드가 아니기 때문에 디폴트 메서드가 새로 추가되어도 해당 인터페이스를 구현한 클래스를 변경하지 않아도 된다.

 

디폴트 메서드는 앞에 키워드 default를 붙이며, 추상 메서드와 달리 일반 메서드처럼 몸통 { }이 있어야 한다. 디폴트 메서드 역시 접근 제어자가 public이며, 생략 가능하다.

interface MyInterface {
	void method();
    default void newMethod();
}

 

새로 추가된 디폴트 메서드가 기존의 메서드와 이름이 중복되어 충돌하는 경우

• 여러 인터페이스의 디폴트 메서드 간의 충돌
  - 인터페이스를 구현한 클래스에서 디폴트 메서드를 오버 라이딩해야 한다.
• 디폴트 메서드와 조상 클래스의 메서드 간의 충돌
  - 조상 클래스의 메서드가 상속되고, 디폴트 메서드는 무시된다.

귀찮으면, 그냥 필요한 쪽의 메서드와 같은 내용으로 오버라이딩하면 된다.