Java 의 Optional 개념과 올바르게 사용하는 방법

Optional

먼저 Optional 을 설명하기전에 NPE(=NullPointerException) 에 대해서 알아보자.

NPE(=NullPointerException)

개발시 예외처리중 가장 많이 발생하는 오류가 NPE(=NullPointerException) 이다. NPE 를 방어하려면 null 여부를 검사해야 하는데 변수가 많을시에 코드의 가독성과 유지보수성이 떨어지기 때문에 null 대신 초기값을 사용하길 권장하기도 한다.

Optional?

Java8 에서 처음 도입되었으며 Optional<T> 클래스를 사용하여 NPE를 방지할 수 있도록 도와준다. Optional 이란 Null 이 될 가능성을 가진 값을 객체로 감싸는 래퍼 클래스이다. 또한 하기 코드처럼 value 에 값을 저장하기 때문에 값이 null 이더라도 바로 NPE가 발생하지 않으며, 클래스이므로 각종 메소드를 제공해준다.

public final class Optional<T> {
  ...
  // If non-null, the value; if null, indicates no value is present
  private final T value;
  ...
}

사용법에 대해서는 공식문서 를 참고해도 좋다.

Optional 을 잘못 사용하는 경우 발생하는 문제

• NPE 대신 NoSuchElementException 가 발생

  Optional<Test> optionalTest = ...;
  
  // Optional 이 갖는 value 가 없으면 NoSuchElementException 가 발생
  

• Optional 은 직렬화를 할 수 없다. (즉, 선택형 반환값을 지원하는 용도로만 사용해야 한다.)
  • 클래의 내부를 살펴보면 java.io.Serializable 인터페이스를 구현하지 않는다. 그러므로 NotSerializableException 예외가 발생한다.
  • 또한 클래스 필드 형식으로 사용할 것을 가정하지 않았기 때문에, Serializable 인터페이스를 구현하지 않는다. 따라서 도메인 모델에 Optional을 사용한다면 직렬화시 문제가 생길 수 있다.
  • 그래서 별도로 Optional 메소드를 도메인에 추가하는 방식을 권장한다.

    public class Bong {
        // 직렬화 용도
        private Test test;
    
        // Optional 용도
        public Optional<Test> getTestAsOptional() {
            return Optional.ofNullable(test);
        }
    }
    

• 코드의 가독성 하락

  // 해당 test 메소드는 optionalTest 값이 비어있으면 NoSuchElementException가 발생한다. 그 부분을 Optional 로 대응했다고 하더라도 optionalTest 객체 자체가 null 이면 NPE 가 발생할 수 있다. 그러므로 하기 test2 메소드와 같이 수정해야한다.
  public void test(Optional<Test> optionalTest) {
      Test test = optionalTest.orElseThrow(IllegalStateException::new);
      // 후 처리 로직
  }
  
  // 이렇게되면 검사가 더 추가되므로 코드가 복잡해지며 코드 글자수까지 증가했다. 즉, Optional 을 남용하면 가독성이 떨어질 수 있음을 보여주는 예시이다.
  public void test2(Optional<Test> optionalTest) {
      if (optionalTest != null && optionalTest.isPresent()) {
          // 후 처리 로직
      }
      
      throw new IllegalStateException();
  }
  

• 오버헤드 증가
  • Optional은 객체를 감싸는 컨테이너이므로 Optional 객체 자체를 저장하기 위한 메모리가 추가로 필요하다. (공간적 비용)
  • Optional 안에 있는 객체를 얻기 위해서는 Optional 객체를 통해 접근해야 하므로 접근 비용이 증가한다. (시간적 비용)

올바른 Optional 사용법

• Optional 변수에 Null을 할당하지 말자

  // Optional 변수에 null을 할당하는 것은 Optional 변수 자체가 null인지 또 검사해야 하는 문제를 야기한다. 그러므로 값이 없는 경우라면 Optional.empty()로 초기화하도록 하자.
  public Optional<Test> getTest() {
      Optional<Test> emptyTest = null;
      ...
  }
  

• 값이 없을 때 Optional.orElseGet()과 같은 함수로 기본 값을 반환하라

  // Optional의 장점 중 하나는 함수형 인터페이스를 통해 가독성좋고 유연한 코드를 작성할 수 있다는 것이다. 가급적이면 isPresent()로 검사하고 get()으로 값을 꺼내기 보다는 orElseGet 등을 활용해 처리하도록 하자.
  // orElseGet 은 값이 준비되어 있지 않은 경우, orElse는 값이 준비되어 있는 경우에 사용하면 된다. 만약 null을 반환해야 하는 경우라면 orElse(null)을 활용하도록 하자. 만약 값이 없어서 throw 해야하는 경우라면 orElseThrow를 사용하면 되고 그 외에도 다양한 메소드들이 있으니 적당히 활용하면 된다.
  public String getTest(Long id) {
      String test = "";
      return Optional.ofNullable(test).orElse("test empty");
  }
  

• 단순히 값을 얻으려는 목적으로만 Optional을 사용하지 마라

  // 단순히 값을 얻으려고 Optional을 사용하는 것은 Optional을 남용하는 대표적인 경우이다. 이러한 경우에는 굳이 Optional을 사용해 비용을 낭비하는 것 보다는 직접 값을 다루는 것이 좋다.
  
  // Optional을 남용하는 나쁜코드
  public String getTest(Long id) {
      String name = ... ;
      
      return Optional.ofNullable(name).orElse("default value");
  }
  
  // 좋은 코드
  public String getTest(Long id) {
      String name = ... ;
      
      return name == null 
        ? "default value" 
        : name;
  }
  

• 생성자, 수정자, 메소드 파라미터 등으로 Optional을 넘기지 마라
  • Optional을 파라미터로 넘기는 것은 상당히 의미없는 행동이다. 왜냐하면 넘겨온 파라미터를 위해 자체 null체크도 추가로 해주어야 하고, 코드도 복잡해지는 등 상당히 번거로워지기 때문이다. Optional은 반환 타입으로 대체 동작을 사용하기 위해 고안된 것임을 명심해야 하며, 앞서 설명한대로 Serializable을 구현하지 않으므로 필드 값으로 사용하지 않아야 한다.
  • Optional을 접근자에 적용하는 경우도 마찬가지이다. 하기 코드에서 name을 얻기 위해 Optional.ofNullable()로 반환하고 있는데, Getter에 Optional을 얹어 반환하는 것을 두고 남용하는 것이다.

    ...
    private final String name;
    
    public Optional<String> getName() {
        return Optional.ofNullable(name);
    }
    

• Collection의 경우 Optional이 아닌 빈 Collection을 사용하라

  // testList 에 Null 이 올수 있다고 가정하자.
  
  // 잘못된 코드
  public Optional<List<User>> getTestList() {
      List<User> testList = ...;
  
      return Optional.ofNullable(testList);
  }
  
  // 좋은 코드
  public List<User> getTestList() {
      List<User> testList = ...;
  
      return testList == null 
        ? Collections.emptyList() 
        : testList;
  }  
  

  // 하기 케이스라면 map에 getOrDefault 메소드가 있으니 이걸 활용하는 것이 훨씬 좋다.
  
  // 잘못된 코드
  public Map<String, Optional<String>> getTestMap() {
      Map<String, Optional<String>> items = new HashMap<>();
      items.put("bong1", Optional.ofNullable(...));
      items.put("bong2", Optional.ofNullable(...));
      
      Optional<String> item = items.get("bong1");
      
      if (item == null) {
          return "default value"
      } else {
          return item.orElse("default value");
      }
  }
  
  // 좋은 코드
  public Map<String, String> getTestMap() {
      Map<String, String> items = new HashMap<>();
      items.put("bong1", ...);
      items.put("bong2", ...);
      
      return items.getOrDefault("bong1", "default value");
  }  
  

• 반환 타입으로만 사용하라
  • Optional은 반환 타입으로써 에러가 발생할 수 있는 경우에 결과 없음을 명확히 드러내기 위해 만들어졌으며, Stream API와 결합되어 유연한 체이닝 api를 만들기 위해 탄생한 것이다. 언어를 만드는 사람의 입장에서는 Null을 반환하는 것보다 값의 유무를 나타내는 객체를 반환하는 것이 합리적일 것이다.

참고

• https://mangkyu.tistory.com/
• https://madplay.github.io/