1. clone과 Cloneable의 문제점

Cloneable 인터페이스를 구현한 클래스는 clone 메서드를 public으로 제공하며, 사용자는 이를 통해 객체의 복제가 제대로 이루어지리라 기대합니다. 하지만 clone 메서드의 일반 규약은 몇 가지 허점이 있어, 이를 주의 깊게 다루지 않으면 의도치 않은 결과를 초래할 수 있습니다.

다음은 Object 클래스의 clone 메서드에 대한 명세입니다.

이 객체의 복사본을 생성해 반환합니다. 복사의 정확한 의미는 그 객체를 구현한 클래스에 따라 달라질 수 있지만, 일반적인 의도는 다음과 같습니다. 어떤 객체 x에 대해 다음 조건을 만족해야 합니다

  • x.clone() != x
  • x.clone.getClass() == x.getClass()
  • x.clone().equals(x)


2. clone 메서드 구현하기

1) 단순한 불변 객체의 clone

clone을 사용하는 방법은 굉장히 간단합니다. Cloneable인터페이스를 구현하고 super.clone을 호출하면 됩니다. 이렇게 얻은 객체는 원본의 모든 필드와 동일한 값을 가지게 됩니다.

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@Override
public PhoneNumber clone() {
    try{
        return (PhoneNumber) super.class();
    } catch (CloneNotSupportedException e) {
        throw new AssertionsError(); // 발생할 수 없는 예외
    }
}

가변 상태를 참초하지 않는 클래스의 clone 메서드

위 코드에서 PhoneNumber 클래스는 가변 상태를 참조하지 않으므로 간단히 super.clone()을 호출하여 복제할 수 있습니다. super.clone()은 기본적으로 Object의 clone을 호출하여, 객체의 필드 값들을 그대로 복제합니다. 여기서 중요한 점은, 반환 타입이 PhoneNumber로 명시되었으므로 클라이언트는 따로 형변환을 하지 않아도 된다는 것입니다.

2) 가변 객체를 참조하는 클래스의 문제

문제가 되는 것은 가변 객체를 참조하는 클래스입니다. 예를 들어, Stack 클래스가 있다고 가정해봅시다.

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public class Stack {
    private Object[] elements;
    private int size = 0;
    private static final int DEFAULT_INITIAL_CAPACITY = 16;

    public Stack() {
        this.elements = new Object[DEFAULT_INITIAL_CAPACITY];
    }

    ... 생략
}

clone메서드가 단순히 super.clone의 결과를 그대로 반환하면 Stack인스턴스의 size 필드는 올바른 값을 갖겠지만, elements필드는 원본 Stack 인스턴스와 똑같은 배열을 참조하게 되는 상황이 발생합니다.

3) 가변 상태를 복제하는 clone 메서드

clone 메서드는 사실상 생성자와 같은 역할을 합니다. 원본 객체는 변경되지 않은 상태를 유지하면서, 복제된 객체의 불변식(invariant)이 보장되어야 합니다. 가변 객체를 참조하는 경우, 이 참조 또한 복사하여 새로운 객체가 독립적으로 동작할 수 있도록 해야 합니다.

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@Override
public PhoneNumber clone() {
    try{
        Stack result = (Stack) super.clone();
        result.elements = elements.clone(); // 배열을 별도로 복제
        return result;
    } catch (CloneNotSupportedException e) {
        throw new AssertionsError(); // 발생할 수 없는 예외
    }
}

가변 상태를 참조하는 클래스의 clone 메서드

위 예시에서는 elements 배열도 복제해 result에 할당함으로써 원본과 복제본이 서로 다른 배열을 참조하도록 했습니다. 이 방식으로 복제된 객체는 독립적으로 동작하며, 원본 객체의 상태에 영향을 받지 않습니다.



3. 정리

  • 불변 객체에서는 clone 메서드를 간단히 구현할 수 있지만, 가변 객체를 참조하는 경우에는 복사본이 원본과 독립적으로 동작할 수 있도록 조심해야 합니다.
  • clone은 원본 객체의 상태를 변경하지 않으면서, 복제된 객체의 불변식이 깨지지 않도록 주의 깊게 설계해야 합니다.
  • 또한 clone을 사용하기보다는, 복사 생성자나 정적 팩터리 메서드 같은 다른 복사 방식을 고려하는 것이 더 안전할 수 있습니다.