# Immutable 객체

## 개요

**Immutable 객체**(불변 객체)는 객체지향프로그래밍(OOP)에서 중요한 개념 중 하나로, 객체가 생성된 이후 그 내부 상태를 변경할 수 없는 객체를 의미합니다. 즉, Immutable 객체는 초기화된 후 어떤 메서드도 내부 데이터를 수정하지 않으며, 상태 변경이 필요한 경우 기존 객체를 수정하는 대신 **새로운 객체를 생성**하여 반환합니다. 이는 프로그램의 안정성, 스레드 안정성(thread safety), 디버깅 용이성, 그리고 함수형 프로그래밍과의 호환성 측면에서 큰 장점을 제공합니다.

Immutable 객체는 Java, Python, C#, Kotlin 등 다양한 객체지향 언어에서 활용되며, 특히 동시성 프로그래밍(concurrent programming)과 함수형 프로그래밍 패러다임에서 핵심적인 역할을 합니다.

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## Immutable 객체의 특징

Immutable 객체는 다음과 같은 주요 특징을 가집니다:

- **상태 변경 불가**: 객체 생성 후 필드 값이 변경되지 않음.
- **스레드 안전성**: 공유 데이터가 변경되지 않기 때문에 멀티스레드 환경에서 안전하게 사용 가능.
- **해시 기반 컬렉션에 적합**: 해시 값이 변하지 않아 `HashMap`, `HashSet` 등에 안전하게 사용 가능.
- **캐싱 및 재사용 용이**: 동일한 상태의 객체는 캐싱하여 재사용할 수 있음.
- **예측 가능한 동작**: 객체의 상태가 변하지 않기 때문에 디버깅과 테스트가 쉬움.

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## Immutable 객체의 예시

### Java에서의 Immutable 객체

Java에서는 `String`, `Integer`, `LocalDateTime` 등이 대표적인 Immutable 클래스입니다.

```java
String str = "Hello";
str = str.concat(" World"); // 새로운 String 객체를 생성
```

위 코드에서 `concat()` 메서드는 기존 `str` 객체를 수정하지 않고, `"Hello World"`를 담은 **새로운 String 객체**를 반환합니다. 이는 `String` 클래스가 내부적으로 `final` 필드를 사용하고, 모든 상태 변경 메서드가 새로운 인스턴스를 반환하도록 설계되어 있기 때문입니다.

사용자 정의 Immutable 클래스를 작성하는 예시:

```java
public final class Person {
    private final String name;
    private final int age;

    public Person(String name, int age) {
        this.name = name;
        this.age = age;
    }

    public String getName() {
        return name;
    }

    public int getAge() {
        return age;
    }

    // 상태 변경이 필요한 경우 새로운 객체 생성
    public Person withAge(int newAge) {
        return new Person(this.name, newAge);
    }
}
```

- `final class`: 상속 불가능하게 하여 하위 클래스에서 상태를 변경하는 것을 방지.
- `private final` 필드: 내부 상태 변경 불가.
- 게터만 제공, 세터 미제공.
- 상태 변경이 필요한 경우 `withAge()`처럼 새로운 객체를 반환하는 메서드 제공 (Fluent API 스타일).

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## Immutable 객체의 장점

| 장점 | 설명 |
|------|------|
| **스레드 안전성** | 객체가 변경되지 않기 때문에 여러 스레드가 동시에 접근해도 데이터 경합(race condition) 발생하지 않음. |
| **예측 가능한 상태** | 객체의 상태가 생성 후 변하지 않아, 디버깅과 테스트가 용이함. |
| **캐싱 및 재사용** | 동일한 값을 가진 객체는 캐싱하여 메모리 사용을 최적화할 수 있음 (예: String Pool). |
| **함수형 프로그래밍과의 호환성** | 순수 함수(pure function)와 잘 어울림. 상태 부작용(side effect) 없음. |
| **컬렉션의 키로 사용 가능** | 해시 값이 변하지 않으므로 `HashMap`의 키로 안전하게 사용 가능. |

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## Immutable 객체의 단점

- **성능 오버헤드**: 상태 변경 시마다 새로운 객체를 생성하므로, 빈번한 변경이 발생하면 메모리 사용량과 GC(Garbage Collection) 부담이 증가할 수 있음.
- **복잡한 객체 구조에서는 불편**: 내부에 컬렉션을 포함하는 경우, 해당 컬렉션도 불변으로 관리해야 함.
- **일부 언어에서는 지원 부족**: 모든 언어가 Immutable 객체를 쉽게 만들 수 있는 기능을 제공하지는 않음.

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## Immutable 객체와 Mutable 객체 비교

| 구분 | Immutable 객체 | Mutable 객체 |
|------|----------------|--------------|
| 상태 변경 | 불가능 | 가능 |
| 스레드 안전성 | 높음 | 낮음 (동기화 필요) |
| 메모리 사용 | 변경 시 새 객체 생성 → 더 큼 | 기존 객체 재사용 → 작음 |
| 사용 예시 | `String`, `LocalDateTime` | `StringBuilder`, `ArrayList` |

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## 언어별 Immutable 객체 지원

- **Java**: `final` 키워드, 불변 클래스 설계, `Collections.unmodifiableList()` 등 제공.
- **Python**: `tuple`, `frozenset`, `str`은 불변. 사용자 정의 클래스는 `__slots__`와 프로퍼티로 제어 가능.
- **C#**: `readonly`, `record` 타입(특히 `record struct`)을 통해 불변성 지원.
- **Kotlin**: `val` 선언, `data class`와 함께 불변성 강조.

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## 참고 자료 및 관련 문서

- [Oracle Java Documentation - Immutable Objects](https://docs.oracle.com/javase/tutorial/essential/concurrency/imstrat.html)
- Joshua Bloch, 『Effective Java』, Item 17: "Minimize mutability"
- [MDN Web Docs - Immutable data structures](https://developer.mozilla.org/en-US/docs/Web/JavaScript/Guide/Working_with_Objects#immutability)
- 함수형 프로그래밍, 불변성(Immutability), 스레드 안전성(Thread Safety), final 키워드

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Immutable 객체는 현대 소프트웨어 개발에서 안정성과 유지보수성을 높이는 핵심 개념입니다. 특히 대규모 시스템이나 동시성 환경에서는 반드시 고려해야 할 설계 원칙 중 하나입니다. 객체의 상태를 변경하지 않고 새로운 객체를 생성함으로써, 예기치 않은 부작용을 방지하고 코드의 명확성을 높일 수 있습니다.