자바 캡슐화 완벽 가이드: 접근 제어자와 데이터 보호 실전 예제

캡슐화란?

**캡슐화(Encapsulation)**는 객체지향 프로그래밍의 핵심 원칙 중 하나로, 데이터와 그 데이터를 조작하는 메서드를 하나의 단위로 감싸고, 외부에서의 직접적인 접근을 제한하는 것입니다.

캡슐화의 목적

1. 데이터 보호: 잘못된 값으로부터 객체의 상태를 보호
2. 정보 은닉: 내부 구현 세부사항을 외부로부터 숨김
3. 유지보수성 향상: 내부 구현 변경 시 외부 코드에 미치는 영향 최소화
4. 코드 재사용성: 잘 설계된 캡슐화는 다른 프로젝트에서도 안전하게 재사용 가능

문제가 있는 코드

public class Time {
    public int hour;
    public int minute;
    public int second;
}

문제점:

• 시간 값의 유효성 검사 불가능 (hour > 23, minute > 59 등)
• 외부에서 임의로 값 변경 가능
• 데이터 무결성 보장 불가

// 이런 위험한 상황이 발생할 수 있음
Time time = new Time();
time.hour = -5;    // 음수 시간!
time.minute = 70;  // 70분!

캡슐화를 적용한 개선된 코드

public class Time {
    private int hour;    // 0~23 사이의 값
    private int minute;  // 0~59 사이의 값
    private int second;  // 0~59 사이의 값
    
    // 생성자
    public Time() {
        this(0, 0, 0);
    }
    
    public Time(int hour, int minute, int second) {
        setHour(hour);
        setMinute(minute);
        setSecond(second);
    }
    
    // Getter 메서드들
    public int getHour() { 
        return hour; 
    }
    
    public int getMinute() { 
        return minute; 
    }
    
    public int getSecond() { 
        return second; 
    }
    
    // Setter 메서드들 (유효성 검사 포함)
    public boolean setHour(int hour) {
        if (isValidHour(hour)) {
            this.hour = hour;
            return true;
        }
        return false; // 설정 실패를 알림
    }
    
    public boolean setMinute(int minute) {
        if (isValidMinute(minute)) {
            this.minute = minute;
            return true;
        }
        return false;
    }
    
    public boolean setSecond(int second) {
        if (isValidSecond(second)) {
            this.second = second;
            return true;
        }
        return false;
    }
    
    // 전체 시간을 한 번에 설정하는 메서드
    public boolean setTime(int hour, int minute, int second) {
        boolean hourSet = setHour(hour);
        boolean minuteSet = setMinute(minute);
        boolean secondSet = setSecond(second);
        
        return hourSet && minuteSet && secondSet;
    }
    
    // 유효성 검사 메서드들 (private)
    private boolean isValidHour(int hour) {
        return hour >= 0 && hour <= 23;
    }
    
    private boolean isValidMinute(int minute) {
        return minute >= 0 && minute <= 59;
    }
    
    private boolean isValidSecond(int second) {
        return second >= 0 && second <= 59;
    }
    
    // 시간을 문자열로 표현하는 메서드
    @Override
    public String toString() {
        return String.format("%02d:%02d:%02d", hour, minute, second);
    }
    
    // 시간 비교 메서드
    public boolean equals(Object obj) {
        if (this == obj) return true;
        if (obj == null || getClass() != obj.getClass()) return false;
        
        Time time = (Time) obj;
        return hour == time.hour && 
               minute == time.minute && 
               second == time.second;
    }
}

사용 예제

public class TimeTest {
    public static void main(String[] args) {
        // 객체 생성 및 초기화
        Time time = new Time(14, 30, 45);
        System.out.println("현재 시간: " + time.toString()); // 14:30:45
        
        // 안전한 값 설정
        if (time.setHour(23)) {
            System.out.println("시간 설정 성공: " + time.getHour() + "시");
        }
        
        // 잘못된 값 설정 시도
        if (!time.setHour(25)) {
            System.out.println("잘못된 시간 값입니다. 현재 시간: " + time.getHour() + "시");
        }
        
        // 전체 시간 설정
        if (time.setTime(12, 0, 0)) {
            System.out.println("정오로 설정: " + time);
        }
        
        // 객체 비교
        Time noon = new Time(12, 0, 0);
        if (time.equals(noon)) {
            System.out.println("두 시간이 같습니다.");
        }
    }
}

접근 제어자의 종류와 범위

접근 제어자 같은 클래스 같은 패키지 다른 패키지의 하위클래스 다른 패키지

private	✅	❌	❌	❌
default	✅	✅	❌	❌
protected	✅	✅	✅	❌
public	✅	✅	✅	✅

모던 자바에서의 추가 고려사항

1. 불변 객체(Immutable Object) 사용

public final class ImmutableTime {
    private final int hour;
    private final int minute;
    private final int second;
    
    public ImmutableTime(int hour, int minute, int second) {
        if (!isValidTime(hour, minute, second)) {
            throw new IllegalArgumentException("잘못된 시간 값입니다.");
        }
        this.hour = hour;
        this.minute = minute;
        this.second = second;
    }
    
    // Getter만 제공, Setter는 없음
    public int getHour() { return hour; }
    public int getMinute() { return minute; }
    public int getSecond() { return second; }
    
    // 값을 변경하려면 새로운 객체를 반환
    public ImmutableTime withHour(int newHour) {
        return new ImmutableTime(newHour, this.minute, this.second);
    }
    
    private boolean isValidTime(int h, int m, int s) {
        return h >= 0 && h <= 23 && m >= 0 && m <= 59 && s >= 0 && s <= 59;
    }
}

2. Java 14+ Record 사용 (간단한 데이터 클래스)

public record TimeRecord(int hour, int minute, int second) {
    // 생성자에서 유효성 검사
    public TimeRecord {
        if (hour < 0 || hour > 23) {
            throw new IllegalArgumentException("시간은 0-23 사이여야 합니다.");
        }
        if (minute < 0 || minute > 59) {
            throw new IllegalArgumentException("분은 0-59 사이여야 합니다.");
        }
        if (second < 0 || second > 59) {
            throw new IllegalArgumentException("초는 0-59 사이여야 합니다.");
        }
    }
    
    @Override
    public String toString() {
        return String.format("%02d:%02d:%02d", hour, minute, second);
    }
}

 

핵심 원칙

1. 필드는 private으로: 직접 접근을 막고 메서드를 통한 제어된 접근만 허용
2. 유효성 검사: setter 메서드에서 항상 입력값의 유효성을 검사
3. 적절한 반환값: 설정 성공/실패를 boolean으로 반환하거나 예외 발생
4. 최소 권한 원칙: 필요한 최소한의 접근 권한만 부여
5. 일관성 유지: 객체의 상태가 항상 유효하도록 보장

캡슐화는 단순히 필드를 숨기는 것이 아니라, 객체의 무결성을 보장하고 외부와의 안전한 인터페이스를 제공하는 핵심 개념입니다.