자바 : Heap pollution 이란?

-🚀 Heap pollution?

자바에서 힙 오염은 매개변수 유형이 서로 다른 타입을 참조할 경우 발생하는 문제인데, 문제는 컴파일 중에 정상적으로 처리되며 경고를 발생시키지 않는다. 나중에 런타임 시점에 힙 오염으로 ClassCastException이 발생한다. 

public class HeapPollutionDemo
{
    public static void main(String[] args)
    {
        Set s = new TreeSet<Integer>();
        Set<String> ss = s;              // unchecked warning
        s.add(new Integer(42));          // another unchecked warning
        Iterator<String> iter = ss.iterator();
 
        while (iter.hasNext())
        {
            String str = iter.next();    // ClassCastException thrown
            System.out.println(str);
        }
    }
}

[결과]
Exception in thread "main" java.lang.ClassCastException: 
class java.lang.Integer cannot be cast to class java.lang.String 
(java.lang.Integer and java.lang.String are in module java.base of loader 'bootstrap')
at com.study.ReifiableSample.heapPollution(ReifiableSample.java:22)
at com.study.ReifiableSample.main(ReifiableSample.java:50)

🚀 제네릭 타입

 우선 위키 제네릭에 대한 정의를 보면 "제네릭은 2004 년 J2SE 5.0 버전의 Java 프로그래밍 언어에 추가된 제네릭 프로그래밍 기능이다. 그것들은 "컴파일 타임 타입 안전을 제공하면서 타입이나 메서드가 다양한 타입의 객체에서 작동할 수 있도록"Java 타입 시스템을 확장하도록 설계되었다."이다. 사용법은 링크를 통해 살펴보길 바란다.

이렇게 중간에 나오면서 문제점이 생기는데 기존 Set 클래스는 제네릭이 아니였기에 내부적으로는 저장 타입이 Object였다. 하지만 Set 클래스를 제네릭으로 만들면서, 기존 Set과 제네릭이 적용된 Set의 호환성에서의 문제가 생긴 것이다. 단편적인 예로 Set을 들었지만 컬렉션 모두 해당된다. 이미 많은 라이브러리 등에서 사용되었으므로 기존 Set과 새로운 제네릭 Set은 인터페이스가 되어야만 했다.

그래서 자바는 제네릭 클래스의 타입 파라미터를 컴파일이 끝난 시점에 제거하도록 만들었다.
타입 파라미터가 사라진 자리에는 Object 를 삽입해서 실행 시점에서는 기존의 클래스와 똑같은 클래스가 되도록 함으로써 하위 호환성을 해결한 것이다. 
ex)
public static <T> boolean addAll(Collection<? super T> c, T...elements)
가변 매개 변수를 사용할 경우에 내부적으로는 아래와 같이 처리된다.
public static <T> boolean addAll(java.util.Collection c, java.lang.Object[] elements)

이렇게 Object 배열로 처리되면, 잠재적으로 문제가 발생할 수도 있다. 이러한 경고를 없애기 위해서 @SafeVarargs라는 어노테이션을 추가하면 된다. 위의 Collections 클래스의 addAll() 메서드도 Java7부터는 추가되어 있다.

코드를 통해 알아보자.

Set s = new TreeSet<Integer>();
Set <String> ss = s;
s.add(42);

Set s 변수는 구체적인 제네릭을 지정되어 있지 않고, TreeSet을 <Integer>로 명시해서 생성하였다. 당연히 여기에 값을 할당한다면, s.add(42); 이런 식으로 넣어야 할 것이다. 

그다음 줄을 보면 이번에는 Set이 <String>으로 명시가 되어 있는 ss에, Integer s가 담긴다. 그래서 값을 넣을 때 ss.add("42"); 이런 식으로 넣어줘야 한다.

Iterator <String> iter = ss.iterator();
while (iter.hasNext())
{
      String str = iter.next(); // ClassCastException thrown
      System.out.println(str);
}

ss가 <String> 이였으니, iter <String> 임이 당연하다. 여기까지 코드를 짜도 사실 컴파일러는 어떠한 에러나 경고도 잡지 않는다.
하지만 돌려보면 예외처리가 발생하게 된다. 안에 들어있는 요소는 정수인데 껍데기는 String이다. 이 부분이 heap pollution이다. 물론 s.add(42);를 지우고, ss.add("42"); 를 하면 정상 출력은 된다. 하지만 중요한 점은 heap pollution의 가능성이 존재한다는 것이다.

 

🚀 타입 캐스팅 연산자는 컴파일러가 체크하지 않는다.

우리는 여기서 하나 더 짚고 넘어가야 할 특징이 있다. 컴파일러가 컴파일을 진행하다가 타입 캐스팅 연산을 만났을 때 캐스팅 대상 객체를 캐스팅할 수 있느냐 없느냐는 검사하지 않는다. 단지 캐스팅했을 때 대입되는 참조 변수에 저장할 수 있느냐만 검사할 뿐이다. 그래서 대상 객체가 캐스팅할 수 없는 타입으로 캐스팅을 시도하면 컴파일 타임이 아니라 런타임에 익셉션이 발생하는 것이다.

Set s = new TreeSet <Integer>();
Set <String> ss = s; 

컴파일러가 따로 체크를 하지 않고 가상 머신에게 맡기는 것이다.

 

 

참고자료

위키피디아 : https://en.wikipedia.org/wiki/Heap_pollution

Heap pollution - Wikipedia

https://velog.io/@adduci/Java-%ED%9E%99-%ED%8E%84%EB%A3%A8%EC%85%98-Heap-pollution

[Java] 힙 펄루션 (Heap pollution)

 

추가로 보면 좋은 자료

https://medium.com/@joongwon/java-java%EC%9D%98-generics-604b562530b3

[ Java] Java의 Generics