Mutable & Immutable (가변 & 불변)

📝 개념 정의

Immutable (불변) 객체

객체 생성 이후 상태가 바뀌지 않는 객체

종류:

• String
• Boolean, Integer, Float, Long (Wrapper 타입)

---

Mutable (가변) 객체

객체 생성 이후 상태가 변경 가능한 객체

종류:

• StringBuilder, StringBuffer
• ArrayList, HashMap
• 일반 사용자 정의 클래스

---

🤔 String은 정말 불변일까?

String name = "정윤";
name = "jeongyoon";

System.out.println(name);  // jeongyoon

변경된 것처럼 보이지만...

❌ 객체 값이 변경된 것이 아님 ✅ 새로운 객체 생성 + 참조값 변경

---

💡 불변 객체를 사용하는 이유

1. 단순함

생성 시점부터 파괴 시점까지 상태 유지

---

2. Thread Safety (스레드 안전성)

동기화 문제 해결

• Multi-thread 환경에서 동기화 문제 = 공유 자원 동시 쓰기
• 불변 객체는 항상 동일한 값 반환
• 동기화 처리 없이 객체 공유 가능

---

3. 값 변경 방지

예기치 않은 값 변경 차단

---

4. 방어적 복사 불필요

불변 객체를 필드로 사용 시

---

📊 String vs StringBuilder vs StringBuffer

| 특징 | String | StringBuilder | StringBuffer | |------|--------|---------------|--------------| | 가변성 | Immutable | Mutable | Mutable | | 동기화 | - | X | O | | 속도 | 느림 | 빠름 | 보통 | | 사용 | 변경 적음 | 단일 스레드 | 멀티 스레드 |

---

String (Immutable)

ReadOnly - 읽기만 가능

String str = "Hello";
str += " World";  // 새 객체 생성

---

StringBuilder (Mutable)

단일 스레드 환경

StringBuilder sb = new StringBuilder("Hello");
sb.append(" World");  // 같은 객체 수정

---

StringBuffer (Mutable)

멀티 스레드 환경 - synchronized

StringBuffer sb = new StringBuffer("Hello");
sb.append(" World");  // 동기화 보장

---

🔨 불변 객체 구현 방법

1. Setter 제거

상태 변경 메서드 사용 안 함

public class Person {
    private final String name;
    
    public Person(String name) {
        this.name = name;
    }
    
    public String getName() {
        return name;
    }
    
    // ❌ setName() 없음
}

---

2. final 클래스

상속 방지

public final class ImmutableClass {
    // ...
}

---

3. 모든 필드 private final

public final class Person {
    private final String name;
    private final int age;
    
    public Person(String name, int age) {
        this.name = name;
        this.age = age;
    }
}

---

4. 가변 컴포넌트 접근 차단

방어적 복사 사용

---

🛡️ 방어적 복사 (Defensive Copy)

개념

생성자 인자나 getter에서 객체 복사본 반환

---

방어적 복사 없을 때

public class Names {
    private final List<Name> names;
    
    public Names(List<Name> names) {
        this.names = names;  // 주소 공유
    }
}

// 사용
List&lt;Name&gt; originalNames = new ArrayList<>();
originalNames.add(new Name("judy"));

Names crewNames = new Names(originalNames);
originalNames.add(new Name("neo"));  // crewNames도 변경됨!

---

방어적 복사 적용

public class Names {
    private final List<Name> names;
    
    public Names(List<Name> names) {
        // 방어적 복사
        this.names = new ArrayList<>(names);
    }
}

// 사용
List&lt;Name&gt; originalNames = new ArrayList<>();
originalNames.add(new Name("judy"));

Names crewNames = new Names(originalNames);
originalNames.add(new Name("neo"));  // crewNames는 변경 안 됨!

---

⚠️ 방어적 복사의 한계

얕은 복사 (Shallow Copy)

컬렉션 주소만 변경, 내부 요소는 주소 공유

List&lt;Name&gt; names = new ArrayList<>();
names.add(new Name("judy"));

Names baseNames = new Names(names);
List&lt;Name&gt; getNames = baseNames.getNames();

// 내부 요소 변경 가능
getNames.get(0).setName("neo");  // baseNames도 변경됨!

해결: ✅ 내부 요소도 불변으로 만들기

---

🔒 final의 한계

reference 타입/collection은 final이어도 불변 아님

public class Names {
    private final List<Name> names;
    
    public List<Name> getNames() {
        return names;  // 주소 반환
    }
}

// 사용
List<Name> getNames = baseNames.getNames();
getNames.add(new Name("hash"));  // baseNames도 변경됨!

---

💊 해결 방법

1. Getter에서도 방어적 복사

public List<Name> getNames() {
    return new ArrayList<>(names);
}

---

2. Unmodifiable Collection

public List<Name> getNames() {
    return Collections.unmodifiableList(names);
}

// 사용
List<Name> getNames = baseNames.getNames();
getNames.add(new Name("hash"));  // UnsupportedOperationException

---

📋 방어적 복사 vs Unmodifiable Collection

| 특징 | 방어적 복사 | Unmodifiable | |------|-------------|--------------| | 방식 | 복사본 반환 | 읽기 전용 뷰 | | 수정 시도 | 원본 영향 X | 예외 발생 | | 메모리 | 추가 사용 | 효율적 | | 사용 | 생성자 | Getter |

---

🎯 사용 가이드

생성자 인자로 객체 받을 때

방어적 복사 사용

public Names(List<Name> names) {
    this.names = new ArrayList<>(names);
}

---

Getter로 객체 리턴할 때

방어적 복사 또는 Unmodifiable 선택

// 방어적 복사
public List<Name> getNames() {
    return new ArrayList<>(names);
}

// Unmodifiable
public List&lt;Name&gt; getNames() {
    return Collections.unmodifiableList(names);
}

---

❓ 면접 질문 예시

Q1. Mutable 객체와 Immutable 객체의 차이는?

답변: Mutable 객체는 객체 생성 이후 상태가 변경 가능한 객체이고, Immutable 객체는 객체 생성 이후 상태가 바뀌지 않는 객체입니다. String, Boolean, Integer 등은 Immutable이고, StringBuilder, ArrayList 등은 Mutable입니다.

Q2. 불변 객체를 사용하는 이유는?

답변:

1. 단순함: 생성 시점부터 파괴 시점까지 상태 유지
2. Thread Safety: Multi-thread 환경에서 동기화 처리 없이 객체 공유 가능
3. 값 변경 방지: 예기치 않은 값 변경 차단
4. 방어적 복사 불필요: 불변 객체를 필드로 사용 시 안전

Q3. String, StringBuilder, StringBuffer의 차이는?

답변: String은 Immutable 객체로 변경 시 새 객체를 생성합니다. StringBuilder는 Mutable 객체로 단일 스레드 환경에서 사용하며 빠릅니다. StringBuffer는 Mutable 객체로 synchronized 키워드로 멀티 스레드 환경에서 동기화를 보장하지만 속도가 느립니다.

Q4. 방어적 복사와 Unmodifiable Collection의 차이는?

답변: 방어적 복사는 생성자나 getter에서 객체의 복사본을 반환하여 외부 변경으로부터 보호합니다. Unmodifiable Collection은 읽기 전용 뷰를 반환하여 수정 시도 시 예외를 발생시킵니다. 방어적 복사는 주로 생성자에서, Unmodifiable은 getter에서 사용합니다.

Q5. 방어적 복사를 사용하면 항상 불변성을 보장하나요?

답변: 아니요. 방어적 복사는 얕은 복사로 컬렉션의 주소만 바뀌고 내부 요소들은 여전히 주소를 공유합니다. 원본의 내부 요소를 바꾸면 복사본도 바뀌게 됩니다. 완전한 불변성을 보장하려면 내부 요소들도 불변이어야 합니다.

---

📚 원본 참고 자료

출처: 2023-CS-Study

• 링크: java_mutable_immutable.md
• 내용: Mutable/Immutable, String/StringBuilder/StringBuffer, 방어적 복사

추가 학습 자료

• [Tecoble] 방어적 복사와 Unmodifiable Collection
• [이펙티브 자바 아이템 17] 변경 가능성을 최소화하라