Java와 Kotlin의 Null 가능성(Nullability

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Null 가능성(Nullability)은 변수가 null 값을 가질 수 있는 능력을 말합니다. 변수에 null이 포함되어 있을 때 변수를 역참조(dereference)하려고 시도하면 NullPointerException이 발생합니다. Null 포인터 예외가 발생할 확률을 최소화하기 위해 코드를 작성하는 방법은 여러 가지가 있습니다.

이 가이드는 null일 가능성이 있는 변수를 처리하는 Java와 Kotlin의 접근 방식 차이점을 다룹니다. 이를 통해 Java에서 Kotlin으로 마이그레이션하고 Kotlin다운(authentic) 스타일로 코드를 작성하는 데 도움을 줄 것입니다.

가이드의 첫 번째 부분에서는 가장 중요한 차이점인 Kotlin의 nullable 타입 지원과 Kotlin이 Java 코드의 타입을 처리하는 방식을 다룹니다. 함수 호출 결과 확인부터 시작되는 두 번째 부분에서는 몇 가지 구체적인 사례를 살펴보며 구체적인 차이점을 설명합니다.

Kotlin의 null 안전성에 대해 더 알아보기.

Nullable 타입 지원

Kotlin과 Java 타입 시스템의 가장 중요한 차이점은 Kotlin의 명시적인 nullable 타입 지원입니다. 이는 어떤 변수가 null 값을 가질 수 있는지 표시하는 방법입니다. 변수가 null이 될 수 있다면, 해당 변수에서 메서드를 호출하는 것은 NullPointerException을 유발할 수 있으므로 안전하지 않습니다. Kotlin은 컴파일 시점에 이러한 호출을 금지하여 수많은 잠재적 예외를 방지합니다. 런타임에 nullable 타입의 객체와 non-nullable 타입의 객체는 동일하게 처리됩니다. nullable 타입은 non-nullable 타입을 감싸는 래퍼(wrapper)가 아닙니다. 모든 검사는 컴파일 시점에 수행됩니다. 즉, Kotlin에서 nullable 타입을 사용하는 데 따른 런타임 오버헤드는 거의 없습니다.

"거의"라고 말한 이유는 내재적(intrinsic) 체크가 생성되기는 하지만, 그 오버헤드가 미미하기 때문입니다.

Java에서는 null 체크를 작성하지 않으면 메서드에서 NullPointerException이 발생할 수 있습니다.

// Java
int stringLength(String a) {
    return a.length();
}

void main() {
    stringLength(null); // `NullPointerException` 발생
}

이 호출은 다음과 같은 출력을 생성합니다.

java.lang.NullPointerException: Cannot invoke "String.length()" because "a" is null
    at test.java.Nullability.stringLength(Nullability.java:8)
    at test.java.Nullability.main(Nullability.java:12)
    at java.base/java.util.ArrayList.forEach(ArrayList.java:1511)
    at java.base/java.util.ArrayList.forEach(ArrayList.java:1511)

Kotlin에서 모든 일반 타입은 명시적으로 nullable로 표시하지 않는 한 기본적으로 non-nullable입니다. a가 null이 아닐 것으로 예상한다면, stringLength() 함수를 다음과 같이 선언하세요.

// Kotlin
fun stringLength(a: String) = a.length

매개변수 a는 String 타입을 가지며, 이는 Kotlin에서 항상 String 인스턴스를 포함해야 하고 null을 포함할 수 없음을 의미합니다. Kotlin에서 nullable 타입은 물음표 ?를 붙여 표시합니다(예: String?). 컴파일러가 stringLength()의 모든 인자가 null이 아니어야 한다는 규칙을 강제하기 때문에, a가 String인 경우 런타임에 NullPointerException이 발생하는 상황은 불가능합니다.

stringLength(a: String) 함수에 null 값을 전달하려고 시도하면 "Null can not be a value of a non-null type String"이라는 컴파일 오류가 발생합니다.

null을 포함한 모든 인자와 함께 이 함수를 사용하려면, 인자 타입 뒤에 물음표를 붙여 String?로 사용하고, 함수 본문 안에서 인자 값이 null이 아닌지 확인해야 합니다.

// Kotlin
fun stringLength(a: String?): Int = if (a != null) a.length else 0

체크를 성공적으로 통과하면, 컴파일러는 해당 체크가 수행된 범위 내에서 변수를 non-nullable 타입인 String인 것처럼 처리합니다.

이 체크를 수행하지 않으면 코드는 "Only safe (?.) or non-nullable asserted (!!.) calls are allowed on a nullable receiver of type String?"라는 메시지와 함께 컴파일에 실패합니다.

null 체크와 메서드 호출을 하나의 연산으로 결합할 수 있게 해주는 안전한 호출 연산자 ?. (If-not-null 축약형)를 사용하여 더 짧게 작성할 수 있습니다.

// Kotlin
fun stringLength(a: String?): Int = a?.length ?: 0

플랫폼 타입

Java에서는 변수가 null이 될 수 있는지 여부를 보여주는 어노테이션을 사용할 수 있습니다. 이러한 어노테이션은 표준 라이브러리의 일부는 아니지만 별도로 추가할 수 있습니다. 예를 들어, JetBrains 어노테이션인 @Nullable 및 @NotNull(org.jetbrains.annotations 패키지), JSpecify의 어노테이션(org.jspecify.annotations), 또는 Eclipse의 어노테이션(org.eclipse.jdt.annotation)을 사용할 수 있습니다. Kotlin은 Kotlin 코드에서 Java 코드를 호출할 때 이러한 어노테이션을 인식하고 어노테이션에 따라 타입을 처리합니다.

Java 코드에 이러한 어노테이션이 없는 경우, Kotlin은 Java 타입을 플랫폼 타입(platform types)으로 취급합니다. 하지만 Kotlin은 이러한 타입에 대한 null 가능성 정보를 가지고 있지 않기 때문에 컴파일러는 해당 타입에 대한 모든 연산을 허용합니다. 다음과 같은 이유로 직접 null 체크 수행 여부를 결정해야 합니다.

• Java와 마찬가지로, null에 대해 연산을 수행하려고 하면 NullPointerException이 발생합니다.
• 컴파일러는 non-nullable 타입의 값에 대해 null 안전 연산을 수행할 때 평소에 보여주던 중복된 null 체크 강조 표시를 하지 않습니다.

null 안전성 및 플랫폼 타입과 관련하여 Java를 Kotlin에서 호출하는 방법에 대해 더 자세히 알아보세요.

확실히 null이 아닌 타입 지원

Kotlin에서 @NotNull이 인자로 포함된 Java 메서드를 오버라이드하려면 Kotlin의 확실히 null이 아닌 타입(definitely non-nullable types)이 필요합니다.

예를 들어, Java의 이 load() 메서드를 살펴보세요.

import org.jetbrains.annotations.*;

public interface Game<T> {
  public T save(T x) {}
  @NotNull
  public T load(@NotNull T x) {}
}

Kotlin에서 load() 메서드를 성공적으로 오버라이드하려면, T1을 확실히 null이 아닌 타입(T1 & Any)으로 선언해야 합니다.

interface ArcadeGame<T1> : Game<T1> {
  override fun save(x: T1): T1
  // T1은 확실히 null이 아님(definitely non-nullable)
  override fun load(x: T1 & Any): T1 & Any
}

확실히 null이 아닌 제네릭 타입에 대해 더 자세히 알아보세요.

함수 호출 결과 확인

null 체크가 필요한 가장 흔한 상황 중 하나는 함수 호출로부터 결과를 얻었을 때입니다.

다음 예제에는 Order와 Customer 두 클래스가 있습니다. Order는 Customer 인스턴스에 대한 참조를 가집니다. findOrder() 함수는 Order 클래스의 인스턴스를 반환하거나, 주문을 찾을 수 없는 경우 null을 반환합니다. 목표는 가져온 주문의 고객 인스턴스를 처리하는 것입니다.

다음은 Java 클래스입니다.

//Java
record Order (Customer customer) {}

record Customer (String name) {}

Java에서는 함수를 호출하고 결과에 대해 if-not-null 체크를 수행하여 필요한 프로퍼티의 역참조를 진행합니다.

// Java
Order order = findOrder();

if (order != null) {
    processCustomer(order.getCustomer());
}

위의 Java 코드를 Kotlin 코드로 직접 변환하면 다음과 같습니다.

// Kotlin
data class Order(val customer: Customer)

data class Customer(val name: String)

val order = findOrder()

// 직접 변환
if (order != null){
    processCustomer(order.customer)
}

안전한 호출 연산자 ?. (If-not-null 축약형)를 표준 라이브러리의 범위 함수(scope functions)와 함께 사용하세요. 보통 let 함수가 이 용도로 사용됩니다.

// Kotlin
val order = findOrder()

order?.let {
    processCustomer(it.customer)
}

다음은 같은 코드의 더 짧은 버전입니다.

// Kotlin
findOrder()?.customer?.let(::processCustomer)

null 대신 기본값 사용

null 체크는 null 체크가 성공했을 때 기본값을 설정하는 것과 결합하여 자주 사용됩니다.

null 체크가 포함된 Java 코드입니다.

// Java
Order order = findOrder();
if (order == null) {
    order = new Order(new Customer("Antonio"))
}

Kotlin에서 이를 표현하려면 엘비스 연산자 (If-not-null-else 축약형)를 사용하세요.

// Kotlin
val order = findOrder() ?: Order(Customer("Antonio"))

값 또는 null을 반환하는 함수

Java에서는 리스트 요소를 다룰 때 주의해야 합니다. 요소를 사용하려고 시도하기 전에 항상 해당 인덱스에 요소가 존재하는지 확인해야 합니다.

// Java
var numbers = new ArrayList<Integer>();
numbers.add(1);
numbers.add(2);

System.out.println(numbers.get(0));
//numbers.get(5) // 예외 발생!

Kotlin 표준 라이브러리는 이름에서 null 값을 반환할 가능성이 있는지 알 수 있는 함수들을 자주 제공합니다. 이는 특히 컬렉션 API에서 흔히 볼 수 있습니다.

fun main() {
    // Kotlin
    // Java와 동일한 코드:
    val numbers = listOf(1, 2)
    
    println(numbers[0])  // 컬렉션이 비어 있으면 IndexOutOfBoundsException이 발생할 수 있음
    //numbers.get(5)     // 예외 발생!

    // 더 많은 기능:
    println(numbers.firstOrNull())
    println(numbers.getOrNull(5)) // null
}

집계 연산

가장 큰 요소를 가져오거나 요소가 없는 경우 null을 가져와야 할 때, Java에서는 Stream API를 사용합니다.

// Java
var numbers = new ArrayList<Integer>();
var max = numbers.stream().max(Comparator.naturalOrder()).orElse(null);
System.out.println("Max: " + max);

Kotlin에서는 집계 연산(aggregate operations)을 사용합니다.

// Kotlin
val numbers = listOf<Int>()
println("Max: ${numbers.maxOrNull()}")

Java와 Kotlin의 컬렉션에 대해 더 자세히 알아보세요.

안전한 타입 캐스팅

안전하게 타입을 캐스팅해야 할 때, Java에서는 instanceof 연산자를 사용한 다음 그것이 잘 작동했는지 확인합니다.

// Java
int getStringLength(Object y) {
    return y instanceof String x ? x.length() : -1;
}

void main() {
    System.out.println(getStringLength(1)); // `-1` 출력
}

Kotlin에서 예외를 피하려면 실패 시 null을 반환하는 안전한 캐스트 연산자 as?를 사용하세요.

// Kotlin
fun main() {
    println(getStringLength(1)) // `-1` 출력
}

fun getStringLength(y: Any): Int {
    val x: String? = y as? String // null
    return x?.length ?: -1 // x가 null이므로 -1 반환
}

위의 Java 예제에서 getStringLength() 함수는 기본 타입인 int 결과를 반환합니다. null을 반환하게 하려면 박싱된(boxed) 타입인 Integer를 사용할 수 있습니다. 그러나 이러한 함수가 음수 값을 반환하도록 만들고 그 값을 확인하는 것이 더 자원 효율적입니다. 어차피 체크는 수행해야 하지만, 이 방식으로는 추가적인 박싱이 수행되지 않기 때문입니다.

Java 코드를 Kotlin으로 마이그레이션할 때, 초기에는 코드의 원래 의미를 유지하기 위해 nullable 타입과 함께 일반 캐스트 연산자 as를 사용하고 싶을 수 있습니다. 하지만 더 안전하고 관용적인 접근 방식을 위해 안전한 캐스트 연산자 as?를 사용하도록 코드를 조정하는 것을 권장합니다. 예를 들어, 다음과 같은 Java 코드가 있다고 가정해 보겠습니다.

public class UserProfile {
    Object data;

    public static String getUsername(UserProfile profile) {
        if (profile == null) {
            return null;
        }
        return (String) profile.data;
    }
}

이를 as 연산자를 사용하여 직접 마이그레이션하면 다음과 같습니다.

class UserProfile(var data: Any? = null)

fun getUsername(profile: UserProfile?): String? {
    if (profile == null) {
        return null
    }
    return profile.data as String?
}

여기서 profile.data는 as String?을 사용하여 nullable 문자열로 캐스팅됩니다.

우리는 여기서 한 걸음 더 나아가 as? String을 사용하여 안전하게 값을 캐스팅하는 것을 권장합니다. 이 접근 방식은 실패 시 ClassCastException을 던지는 대신 null을 반환합니다.

class UserProfile(var data: Any? = null)

fun getUsername(profile: UserProfile?): String? =
  profile?.data as? String

이 버전은 if 식을 안전한 호출 연산자 ?.로 대체하여, 캐스팅을 시도하기 전에 데이터 프로퍼티에 안전하게 접근합니다.

다음 단계는 무엇인가요?

• 다른 Kotlin 관용구(idioms)를 살펴보세요.
• Java-to-Kotlin (J2K) 컨버터를 사용하여 기존 Java 코드를 Kotlin으로 변환하는 방법을 배워보세요.
• 다른 마이그레이션 가이드를 확인해 보세요:
  • Java와 Kotlin의 문자열
  • Java와 Kotlin의 컬렉션

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