[Java] 다형성(Polymorphism)에 대해

다형성은 많을 다, 모양 형을 써서 여러 가지 형태가 될 수 있는 성질을 말합니다.

자바의 다형성은 객체 지향 프로그래밍(OOP)에서 다음을 말합니다.

• 하나의 클래스나 인터페이스를 여러 다른 방식으로 사용할 수 있는 성질
• 하나의 참조변수로 여러 타입의 객체를 참조할 수 있는 성질

 

자바에서 다형성이 중요한 이유

1. 코드 재사용성 : 다형성을 통해 하나의 인터페이스나 클래스를 여러 다른 클래스로 구현할 수 있으므로 코드를 재사용하고 유지보수하기 쉽습니다.
2. 유연성과 확장성 : 새로운 클래스를 추가하거나 기존 클래스를 변경하지 않고도 시스템에 쉽게 새로운 기능을 추가할 수 있습니다.
3. 인터페이스와 추상 클래스 활용 : 다형성은 인터페이스와 추상 클래스를 효과적으로 활용하여 설계 패턴을 적용하고 코드의 추상화 수준을 높일 수 있습니다.
4. 다양한 객체 처리 : 다형성을 통해 객체들을 통일된 방식으로 다룰 수 있으므로, 코드가 보다 일반화되고 객체 간의 상호작용이 단순화됩니다.
5. 다중 상속 대체 : 자바에서는 다중 상속을 지원하지 않지만 다형성을 통해 여러 클래스로부터 상속받은 것처럼 동작할 수 있어서 다중 상속의 일부 단점을 극복할 수 있습니다.
6. 동적 바인딩 : 다형성을 이용하면 실행 시간에 객체의 실제 타입에 따라 메서드가 동적으로 바인딩되므로 실행 중에 유연한 동작을 구현할 수 있습니다.

이러한 이유로 다형성은 자바의 객체 지향 프로그래밍에서 핵심 개념 중 하나이며, 코드의 유지보수성과 확장성을 향상시키는 데 중요한 역할을 합니다.

 

이 전 상속에 대해 설명하면서 인스턴스를 생성할 때 다음과 같이 인스턴스 타입과 참조 타입을 일치시켜 사용했습니다.

Parent p = new Parent();
Child c = new Child();

 

이렇게 인스턴스 타입과 참조 변수 타입을 일치시켜 사용하는 것이 일반적이지만, 상속관계에 있을 경우에 조상 클래스 타입의 참조변수가 자식 타입의 인스턴스를 참조하도록 하는것도 가능합니다.

Child c = new Child();
// 참조변수 - Child 
// 인스턴스 타입 Child
// 이렇게 일치시켜서 사용하는 것이 일반적

Parent p = new Child();
// 참조변수 - Parent : 부모 클래스
// 인스턴스 타입 - Child : 자식 클래스

 

 

타입을 일치시켜 사용하는 것과 부모 타입으로 참조변수를 사용하는 것의 차이는 무엇일까?

상속관계를 갖는 Tv (Parent) 클래스와 CaptionTv (Child) 클래스가 있다고 가정해봅시다.

이 두 클래스의 인스턴스를 생성하고 사용하기 위해서는 이렇게 선언할 수 있습니다.

Tv t = new CaptionTv(); // (1)
CaptionTv s = new CaptionTv(); // (2)

(1)의 경우에는 인스턴스 타입이 자식 클래스 CaptionTv라고 해도 모든 멤버를 사용할 수는 없고, 오직 부모 클래스에 대한 멤버에만 접근이 가능합니다.

+ 자식 클래스의 멤버인 caption() 메소드와 text에 대해 접근 및 사용이 불가능합니다.
+ 하지만 만약 자식 클래스에서 부모 클래스를 재정의(Override)했다면 자식 클래스의 메소드가 실행됩니다.
+ 자식 클래스에도 부모 클래스의 멤버변수가 있어도, 부모 클래스의 멤버 변수가 사용됩니다.

(2)의 경우에는 당연히 자식 클래스 뿐만 아니라 부모 클래스의 멤버까지 모두 사용 및 접근이 가능합니다.

 

다형성을 사용한 예시

List<String> lists = new ArrayList<String>;
Map<String, String> m = new HashMap<String,String>();

다형성을 활용하여 참조 타입을 부모 타입으로 설정했습니다. 이 때 의존도를 낮추고 코드의 재사용성을 높일 수 있습니다.

 

만약 HashMap을 사용하다가 ConcurrentHashMap으로 바꾸어야 하는 경우에 아래와 같이 다형성을 활용하지 않고 코드를 짠다면, 

HashMap에만 지원하고 ConcurrentHashMap에 지원하지 않는 메소드를 사용한 부분을 갈아엎어야 하는 문제가 발생합니다.

HashMap<String, String> m = new HashMap<String,String>(); // 변경 전
ConcurrentHashMap<String, String> m = new ConcurrentHashMap<String,String>(); // 변경 후

하지만 참조변수를 부모 클래스에 의존하여 생성한 경우 부모 클래스가 제공하는 멤버에만 접근 가능하기 때문에

1) 유연한 변경이 가능하고, 2) HashMap에만 지원하고 ConcurrentHashMap에는 지원하지 않는 메소드를 사용하는 상황 자체를 막아줍니다.

+ 자식 클래스에서 부모 클래스의 메소드를 오버라이딩한 메소드는 자식 클래스의 메소드가 적용되기 때문에 걱정할 필요 X

이런 이유로 다형성을 이용해 결합도가 낮아져, 유지보수의 장점을 얻었다고 말할 수 있습니다.

Map<String, String> m = new HashMap<String,String>(); // 변경 전
Map<String, String> m = new ConcurrentHashMap<String,String>(); // 변경 후

 

자식 타입의 참조변수로 부모 타입의 인스턴스를 참조하는 것은 불가능

CaptionTv s = new Tv(); // error

자식 타입을 참조변수로, 부모 타입의 인스턴스를 참조하여 인스턴스를 생성하는 것은 불가능합니다.

왜냐하면 자식 타입의 참조변수가 부모 타입보다 멤버 개수가 더 많기 때문에 이를 허용하지 않는 것입니다.

위 그림처럼 부모가 자식보다 멤버가 더 적기 때문에 부모는 자식을 참조할 수 있지만 (물론 자식 멤버를 사용 및 접근하진 못함),

자식은 부모를 참조할 수 없습니다. ( 자식 타입의 참조변수로 인스턴스를 생성했는데 자식 타입의 멤버를 접근/사용 하지 못하는 말도 안되는 상황이 발생하기 때문에 컴파일 에러로 이런 상황을 막은 듯 합니다 )

 

<요약>

1. 부모 타입의 참조 변수로 자식 타입의 인스턴스를 참조할 수 있습니다.
   
   1. 이 성질을 이용해 객체간 결합도를 낮추고, 의존성을 분리하여 유지보수의 장점과 다른 코드의 변화를 만들어내지 않아도 되어 생산성이 높아지는걸 볼 수 있었습니다.
   2. 이 경우 만약 자식 클래스에서 부모 클래스의 메소드를 오버라이딩 한 경우, 자식 클래스의 메소드가 사용됩니다.
   3. 이 경우 만약 자식 클래스에도 부모 클래스의 멤버 변수를 가질 경우, 부모 클래스의 멤버 변수가 사용됩니다.
2. 자식 타입의 참조 변수로 부모 타입의 인스턴스를 참조할 수는 없습니다.

---

<참고 자료>

[ JAVA ] 다형성이란?