이 사이트의 실습은 자바스크립트를 켜야 움직입니다. 아래는 같은 내용을 글로 적은 것입니다.

기초개념 › Java

제네릭

List<String>의 <String>은 무엇을 해 주는가

List<String>의 <String>은 "이 리스트에는 String만 담는다"고 컴파일러에게 알려 주는 표시입니다. 이 표시가 있으면 컴파일러는 String이 아닌 것을 담으려는 줄을 막고, 리스트에서 꺼낸 것이 String이라는 것도 알아서 바로 String 변수에 담게 해 줍니다. 표시를 지우면 리스트는 아무 객체나 받고, 컴파일러는 꺼낸 것이 무엇인지 알지 못합니다. 그래서 꺼낼 때마다 (String)이라고 직접 적어야 하고, 잘못 담은 것은 컴파일할 때가 아니라 실행 중에 꺼내는 순간에야 드러납니다. 이 실습은 <String>, 담는 값, (String)을 바꿔 가며 같은 코드를 컴파일하고 실행해, 컴파일러가 무엇을 알려 주고 무엇이 출력되는지를 봅니다.

실행으로 대조 · JDK 21에서 여덟 가지 조합을 javax.tools로 컴파일하고 실행해 대조

이 실습에 나오는 개념

제네릭

클래스나 메서드가 다룰 타입을 매개변수로 받는 기능이다. List<String>처럼 타입을 지정하면 컴파일 시점에 타입이 검사되어 잘못된 타입을 넣는 실수를 막고 형 변환 코드가 필요 없다. 타입 정보는 컴파일 후 지워지므로(타입 소거) 실행 중에는 List<String>과 List<Integer>를 구분할 수 없다.

타입 인자(<String>)

타입 인자는 List<String>처럼 제네릭 클래스나 인터페이스의 이름 뒤에 꺾쇠괄호 <> 안에 적는 타입이다. List<String>은 "String을 담는 List"를 뜻하고, 이렇게 타입 인자를 붙인 타입을 매개변수화된 타입이라고 한다. 컴파일러는 이 표시를 보고 add로 담는 값이 String인지 확인하며, get으로 꺼낸 값을 String으로 다루므로 꺼낼 때 (String)을 직접 적지 않아도 된다. 타입 인자에는 참조 타입만 쓸 수 있어서 List<int>는 오류이고 List<Integer>라고 적어야 한다. 타입 인자를 빼고 List라고만 적으면 로 타입이 된다.

로 타입(raw type)

List<String>처럼 타입을 적을 수 있는 제네릭 클래스를 <...> 없이 List라고만 쓴 것이다. 제네릭이 없던 Java 5 이전의 코드와 함께 쓸 수 있도록 남겨 둔 방식이다. 컴파일러는 로 타입 변수에 무엇을 넣는지 검사하지 못하고 unchecked 경고만 내므로, List<Integer>가 가리키는 리스트에 String을 넣는 코드도 컴파일된다. 그 잘못은 나중에 값을 꺼내는 자리에서 ClassCastException으로 드러난다. 새로 쓰는 코드에서는 쓰지 않으며, 원소 타입을 모를 때는 List<?>를 쓴다.

ClassCastException

ClassCastException은 객체를 그 객체의 타입이 아닌 타입으로 바꾸려 할 때 실행 중에 일어나는 예외이다. (String) names.get(0)처럼 캐스팅을 적으면 컴파일러는 바꿀 수 있는 관계의 타입인지만 보고 통과시키고, 꺼낸 객체가 실제로 그 타입인지는 실행 중에 JVM이 확인한다. 꺼낸 객체가 Integer인데 (String)으로 바꾸려 하면 이 예외가 일어나고, 처리하는 코드가 없으면 프로그램이 그 줄에서 멈춘다. 잘못된 객체를 담은 줄이 아니라 꺼내서 바꾸는 줄에서 드러나는 것이 특징이다. 제네릭의 타입 인자를 쓰면 잘못 담는 줄을 컴파일러가 미리 막아 주므로 이런 예외를 만날 일이 줄어든다.

이렇게 바꿔 보세요

• 처음 설정으로 — <String>이 있으면 컴파일러가 담는 값과 꺼낸 값의 타입을 알아서 처리합니다. 컴파일에 성공하고 3이 출력됩니다.
• <String>을 지우면 — 컴파일러가 꺼낸 것이 무엇인지 몰라 Object라고만 알고, String 변수에 담는 줄에서 컴파일 오류가 납니다.
• <String>을 지우고 (String)을 적으면 — 컴파일러가 하던 일을 사람이 (String)으로 직접 적은 것입니다. 컴파일에 성공하고 3이 출력됩니다.
• 숫자를 담으면 — 컴파일러가 담는 줄에서 막습니다. 컴파일 오류이고, 실행되지 않습니다.
• <String>을 지우고 숫자를 담으면 — 컴파일은 성공하지만 실행 중 꺼내는 줄에서 ClassCastException으로 멈춥니다.

처음 설정으로 실행하면

1. 컴파일러가 소스를 위에서부터 읽습니다. List<String> names = new ArrayList<>(); 줄에서 List 뒤의 <String>을 읽고, "names에는 String만 담는다"고 기억합니다. <String>은 이 리스트에 담을 것의 타입을 컴파일러에게 알려 주는 표시입니다.
2. 컴파일러가 names.add("김철수"); 줄을 확인합니다. 담으려는 "김철수"는 String이고, names는 String만 담는 리스트이므로 통과합니다.
3. 컴파일러가 String first = names.get(0); 줄을 확인합니다. names에는 String만 담기로 했으므로, 꺼낸 것이 String이라는 것을 컴파일러가 알고 있습니다. 그래서 String 변수 first에 바로 담아도 됩니다. (String)을 적지 않아도 됩니다.
4. 컴파일이 성공해 실행할 Main 클래스 파일이 만들어집니다.
5. java Main으로 실행합니다. main이 시작되고, new ArrayList가 빈 리스트를 만들어 names가 가리키게 합니다.
6. names.add("김철수"); 줄이 실행됩니다. "김철수"가 리스트에 담깁니다.
7. String first = names.get(0); 줄이 실행됩니다. 리스트에서 "김철수"를 꺼내 first에 담습니다.
8. System.out.println(first.length()); 줄이 실행됩니다. first는 "김철수"이고, length()가 글자 수 3을 돌려주므로 3을 출력합니다.

실행 결과

• <String>은 "names에는 String만 담는다"고 컴파일러에게 알려 주는 표시입니다. 컴파일러는 이 표시를 보고 add 줄에서 담는 값이 String인지 확인했고, get 줄에서 꺼낸 것이 String이라는 것도 알아서 (String) 없이 바로 String 변수에 담게 해 주었습니다.
• <String>은 프로그램이 실행할 코드가 아니라 컴파일러가 컴파일하면서 확인하는 표시입니다. 이 표시가 있어서 잘못된 줄을 실행하기 전에 막을 수 있습니다.

코드

import java.util.ArrayList;
import java.util.List;

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        // <String>: 이 리스트에는 String만 담는다는 표시
        List<String> names = new ArrayList<>();
        names.add("김철수");
        String first = names.get(0);
        System.out.println(first.length());
    }
}

이 모형의 전제

컴파일러와 실행 환경은 JDK 21.0.12.1(javac 21)이고, 컴파일은 경고 옵션을 켜지 않은 기본 옵션으로 했습니다. 여덟 가지 조합을 모두, 화면의 코드와 같은 소스(import 줄까지 줄 단위로 같은 글)를 javax.tools로 컴파일하고, 컴파일에 성공한 것은 클래스 파일을 새 클래스 로더로 읽어 Main.main을 실행해 표준 출력과 예외를 잡은 결과와 대조했습니다. 대조한 것은 컴파일 성공 여부, 첫 번째 오류의 진단 코드와 영어 메시지(compiler.err.prob.found.req의 "int cannot be converted to String"과 "Object cannot be converted to String"을 화면의 두 가지 오류 설명으로 옮겼습니다), 오류의 개수와 오류가 난 줄, Main 클래스 파일이 만들어졌는지, 컴파일러가 오류 말고 남긴 노트, 실행했을 때의 출력, 실행 중 예외의 종류와 메시지와 예외가 난 줄입니다. 단계 문장이 기대는 사실도 따로 실행해 확인했습니다. <String>이 없는 리스트에 123을 담는 줄은 실행 중에도 예외 없이 지나가고 리스트에 1개가 담기며, 꺼내는 (String) 줄에서야 ClassCastException이 났습니다(메시지: Integer를 String으로 바꿀 수 없음). <String>이 없어도 꺼낸 것을 Object 변수에 담는 줄은 컴파일되고, 꺼낸 것에 캐스팅 없이 length()를 부르는 줄은 컴파일되지 않습니다. <String>이 있으면 꺼낸 것에 length()를 바로 부를 수 있습니다. 기본 옵션에서 로 타입이 든 조합(컴파일에 성공한 것은 물론 오류가 난 것도)은 오류가 아니라 노트 두 줄(안전하지 않은 작업을 쓴다는 것과 -Xlint:unchecked로 다시 컴파일하라는 것)만 남겼고, 경고(warning)로는 나오지 않았습니다. 경고 옵션 -Xlint:unchecked와 -Xlint:rawtypes를 켜서 따로 컴파일하면 List와 ArrayList를 <> 없이 쓴 선언 줄에 로 타입 경고가, names.add 줄에 unchecked 호출 경고가 났고, (String)으로 꺼내는 줄에는 경고가 없었습니다. <String>이 있고 (String)도 적은 조합은 기본 옵션에서 노트도 없이 컴파일되고, -Xlint:all을 켜면 불필요한 캐스트라는 경고가 났습니다. <String>이 있는 리스트에 123을 담는 오류는 javac가 줄여 알린 것으로(노트: Some messages have been simplified), -Xdiags:verbose로 다시 컴파일하면 add(int)에 맞는 메서드가 없다는 compiler.err.cant.apply.symbols 오류였습니다. 문서는 WebFetch로 열어 확인했습니다. Java Language Specification(Java SE 21)의 4.5절과 4.5.1절(List<String>처럼 제네릭 클래스에 타입 인자를 붙인 것이 매개변수화된 타입이고, 타입 인자는 참조 타입이어야 해서 List<int>는 쓸 수 없음), 4.8절(<>를 붙이지 않은 이름이 로 타입이고 옛 코드와의 호환을 위해서만 허용되며, 로 타입 멤버의 일부 접근이 unchecked 경고를 낸다는 것), 5.5절과 5.1.6절(검사가 필요한 참조 타입 변환은 실행 중에 객체의 클래스를 확인하고 틀리면 ClassCastException이 날 수 있다는 것), 그리고 자바 튜토리얼 "Why Use Generics?"(제네릭은 컴파일할 때 더 강하게 검사하고, 꺼낼 때의 캐스팅을 없애 준다는 것)를 따랐습니다. 열린 문서는 요약된 답으로 돌아와 원문을 모두 직접 읽지는 못했고, jls-4.html은 앞쪽 100000자까지만 읽었습니다(4.5절과 4.8절은 그 안에 있었습니다). 123이 Integer 객체로 리스트에 담긴다는 것은 명세 5.1.7절(박싱)을 열어 확인한 것이 아니라, 실행 중 예외 메시지에서 관찰한 것입니다. 오류의 종류, 개수, 어느 줄에서 나는지, 노트가 남는지는 명세가 정한 것이 아니라 이 javac에서 관찰한 것입니다. 화면의 코드는 클래스 하나에 main만 둔 모양입니다. <String>이 있어도 컴파일러의 검사를 피하는 방법이 있고, 제네릭 클래스나 메서드를 직접 만드는 것, 와일드카드, 실행 중에는 <String>이 남지 않는다는 것(타입 소거)도 이 실습은 다루지 않았습니다. 이것들은 "세부 동작 실습: 제네릭"에서 다룹니다.

앞 실습: 예외 · 다음 실습: List와 Map