자바에서 불변 리스트(Immutable List) 만들기: 멀티스레드 환경에서의 활용과 중요성

멀티스레드 환경에서 불변 객체는 매우 중요한 역할을 합니다. 불변 객체는 한 번 생성되면 상태가 변하지 않으므로, 여러 스레드에서 동시에 접근하더라도 안전하게 사용할 수 있습니다. 이런 불변성을 가지는 리스트를 만드는 방법과, 불변 객체가 가지는 이점을 이번 글에서 살펴보겠습니다.

 

불변 리스트가 필요한 이유

멀티스레드 환경에서는 여러 스레드가 동시에 객체에 접근하고 수정할 수 있습니다. 만약 어떤 스레드가 리스트의 데이터를 수정하면 다른 스레드는 그 변경 사항을 알지 못해 데이터 불일치나 예기치 않은 버그가 발생할 수 있습니다.

이를 방지하려면 데이터의 상태를 유지하는 불변 객체를 사용하는 것이 유용합니다. 불변 객체는 한 번 생성된 이후에는 절대 수정할 수 없기 때문에, 스레드 안전성이 자연스럽게 확보됩니다.

 

자바에서 불변 리스트 만들기

Java는 불변 리스트를 생성하는 여러 가지 방법을 제공합니다. 그 중에서도 Collections.unmodifiableList()와 List.of()를 사용하여 불변 리스트를 쉽게 만들 수 있습니다.

1. Collections.unmodifiableList()

Collections.unmodifiableList() 메서드는 원본 리스트를 수정할 수 없도록 감싸서 반환합니다. 이 메서드는 이미 생성된 리스트를 불변으로 만들어야 할 때 유용합니다.

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

public class ImmutableListExample {
    public static void main(String[] args) {
        List<String> modifiableList = new ArrayList<>();
        modifiableList.add("Java");
        modifiableList.add("Python");

        List<String> unmodifiableList = Collections.unmodifiableList(modifiableList);
        
        System.out.println("Unmodifiable List: " + unmodifiableList);
        
        // 아래 코드를 실행하면 UnsupportedOperationException이 발생합니다.
        // unmodifiableList.add("C++");
    }
}

 

⚠️ 주의: Collections.unmodifiableList()는 리스트의 내용을 변경하지 못하게 할 뿐, 원본 리스트가 수정될 경우 변경 사항이 반영된다는 점에 유의해야 합니다. 따라서 원본 리스트 자체도 수정하지 않도록 주의가 필요합니다.

 

2. List.of()

Java 9부터 제공되는 List.of() 메서드는 리스트를 한 번에 불변 객체로 생성합니다. 이 메서드는 기존 리스트를 감싸는 방식이 아니라, 처음부터 수정할 수 없는 리스트를 생성하므로 더 안전한 방법입니다.

import java.util.List;

public class ImmutableListExample {
    public static void main(String[] args) {
        List<String> immutableList = List.of("Java", "Python", "C++");
        
        System.out.println("Immutable List: " + immutableList);
        
        // 아래 코드를 실행하면 UnsupportedOperationException이 발생합니다.
        // immutableList.add("Ruby");
    }
}

 

List.of()로 생성된 리스트는 원본 리스트가 없기 때문에 외부에서 변경될 우려가 없습니다. 따라서 멀티스레드 환경에서 보다 안전하게 사용할 수 있습니다.

 

불변 리스트와 멀티스레드 환경의 이점

멀티스레드 환경에서 불변 리스트는 다음과 같은 이점을 제공합니다.

1. 스레드 안전성: 불변 객체는 생성 후 상태가 변하지 않기 때문에, 여러 스레드가 동시에 읽기 작업을 수행해도 안전합니다. 데이터의 상태가 불변이므로 추가적인 동기화 작업이 필요 없으며, 이를 통해 성능을 최적화할 수 있습니다.
2. 동기화 비용 절감: 불변 객체를 사용하면 동기화(synchronization)로 인한 오버헤드를 줄일 수 있습니다. 동기화는 멀티스레드 환경에서 중요한 역할을 하지만 성능을 저하시킬 수 있습니다. 불변 객체는 상태 변경이 불가능하므로, 별도의 동기화 없이 스레드 간 안전하게 공유할 수 있습니다.
3. 디버깅과 유지보수 용이성: 불변 객체는 데이터가 의도치 않게 변경되지 않기 때문에, 예측 가능한 코드를 작성하는 데 도움이 됩니다. 따라서 디버깅이 더 쉬워지고, 코드의 유지보수가 수월해집니다.
4. 안전한 공유: 불변 객체는 다른 클래스나 메서드에 안전하게 전달될 수 있습니다. 객체가 변경되지 않으므로, 메서드나 스레드 간 데이터를 공유할 때 예기치 않은 오류를 방지할 수 있습니다.

정리

불변 객체, 특히 불변 리스트는 멀티스레드 환경에서 매우 유용한 도구입니다. Collections.unmodifiableList()와 List.of()는 각각 기존 리스트를 불변으로 감싸는 방법과, 처음부터 불변 리스트를 생성하는 방법을 제공합니다. 이를 통해 불변 객체의 장점을 활용하여 스레드 안전성, 성능 최적화, 디버깅 용이성 등을 확보할 수 있습니다.

불변 객체의 특성을 잘 이해하고 활용하면 안정성과 성능을 모두 고려한 효율적인 멀티스레드 애플리케이션을 구현하는 데 도움이 될 것입니다.