Clojure with Polymorphism: 멀티메서드(Multimethod) 사용하기

2022년 10월 20일

Clojure

# clojure# multimethod# polymorphism# defmulti# defmethod

📕 목차

개요
- defmulti
defmethod
동작방식
요약
참고자료

개요

클로저에서는 다형성 (polymorphism)을 다루기 위한 다양한 방법을 제공한다. 이 글에서는 그 방법중 하나인 멀티메서드(Multimethod) 를 살펴보도록 하겠다.

멀티메서드는 하나의 변수 (이름)에 key-value 형태의 methodTable을 만들어 연관테이블을 기반으로 다형성을 제공한다.
defmulti 매크로를 사용해서 dispatch function을 구현한다.
defmethod 매크로를 사용해서 methodTable에 함수를 추가한다.

defmulti

defmulti는 다형성을 위해 dispatch function를 구현하기 위한 clojure.lang.MultiFn 인스턴스를 생성해주는 매크로이다.
내부적으로 ReentrantReadWriteLock 락을 사용하는데 나중에 알아보자. 🤔
:default 를 default dispatch value로 사용한다.

(defmacro defmulti
  "..."
  [mm-name & options]
  (let [...
        options     (if (map? (first options))
                      (next options)
                      options)
        dispatch-fn (first options)
        options     (next options)
        m           (if docstring
                      (assoc m :doc docstring)
                      m)
        ...
        mm-name (with-meta mm-name m)]
    (let [options   (apply hash-map options)
          default   (get options :default :default)
          hierarchy (get options :hierarchy #'global-hierarchy)]
      (check-valid-options options :default :hierarchy)
      `(let [v# (def ~mm-name)]
         (when-not (and (.hasRoot v#) (instance? clojure.lang.MultiFn (deref v#)))
           (def ~mm-name
                ;; clojure.lang.MultiFn 클래스의 인스턴스를 생성한다.
                (new clojure.lang.MultiFn ~(name mm-name) ~dispatch-fn ~default ~hierarchy)))))))

defmethod

defmulti와 항상 함께다니는 짝꿍이다.
defmethod는 multifn 인스턴스의 addMethod 함수를 호출하는 매크로이다.

(defmacro defmethod
  "Creates and installs a new method of multimethod associated with dispatch-value. "
  {:added "1.0"}
  [multifn dispatch-val & fn-tail]
  `(. ~(with-meta multifn {:tag 'clojure.lang.MultiFn}) addMethod ~dispatch-val (fn ~@fn-tail)))

multifn 인스턴스에 tag 메타정보와 함께 addMethod 함수를 호출한다.
- 여기서 addMethod를 호출할 때 사용한 방법은 instance-expr 인지 Classname-symbol 인지 잘 모르겠다. 🤔
- with-meta에 대해서 공부해보자.
- 자세한 내용은 공식문서를 참고하자.

defmethod에서 호출되는 addMethod의 코드를 한번 살펴보자.

public MultiFn addMethod(Object dispatchVal, IFn method) {
	rw.writeLock().lock();
	try{
		methodTable = getMethodTable().assoc(dispatchVal, method);
		resetCache();
		return this;
	}
	finally {
		rw.writeLock().unlock();
	}
}

addMethod는 위와 같이 작성되어 있는데 dispatchVal를 키로 method를 값으로 해서 methodTable(PersistentHashMap)에 저장한다.
인자로 받는 method는 IFn 타입인 것을 확인할 수 있다.

동작방식

위에서 멀티메서드를 위한 defmulti 와 defmethod 의 코드를 보면서 각각의 동작에 대해서 알아 보았다. 이번에는 이 두개의 함수가 어떻게 서로 연관되어 동작하는지 알아보겠다.

실제로 정의된 multimethod를 호출하는 것은 두 개의 함수를 평가하는 것을 수반한다.

dispatch function 함수를 실행해서 결과 값을 받는다.
위의 결과 값으로 methodTable에서 찾아서 해당 함수를 실행시킨다.

(defmulti coffee
  (fn [coffee]
    coffee))

(defmethod coffee :아메리카노
  [coffee]
  (str (name coffee) " 냠냠"))

(defmethod coffee :카페라떼
  [coffee]
  (str (name coffee) " 맛있당"))

(coffee :아메리카노)
=> 아메리카노 냠냠

(coffee :카페라떼)
=> 카페라떼 맛있당

위의 예시에서 우리는 coffee라는 심볼의 멀티메서드를 정의했다. 그리고 :아메리카노 , :카페라떼 두 개의 메서드를 추가했다.

여기서 (coffee :아메리카노) 를 실행할 때 다음과 같은 과정이 일어난다.

coffee는 MultiFn 클래스의 인스턴스이고 해당 인스턴스의 invoke 함수가 호출된다.

invoke 함수는 내부적으로 getFn 함수를 호출한다.

public Object invoke(Object arg1) {
  // defmulti에서 작성한 dispatchFn을 호출한다.
  // 그 결과값을 getFn 함수에 전달한다.
	return getFn(dispatchFn.invoke(arg1)).invoke(Util.ret1(arg1,arg1=null));
}

getFn 함수는 내부적으로 getMethod 함수를 실행해서 targetFn을 반환한다.

반환되는 targetFn의 타입은 IFn 인터페이스이다.

private IFn getFn(Object dispatchVal) {
	IFn targetFn = **getMethod(dispatchVal);**
	if(targetFn == null)
		throw new IllegalArgumentException(String.format("No method in multimethod '%s' for dispatch value: %s",
		                                                 name, dispatchVal));
	return targetFn;
}

위의 getMethod 의 동작을 살펴보자.

public IFn getMethod(Object dispatchVal) {
	if(cachedHierarchy != hierarchy.deref())
		resetCache();
	IFn targetFn = (IFn) methodCache.valAt(dispatchVal);
	if(targetFn != null)
		return targetFn;
	return **findAndCacheBestMethod(dispatchVal);**
}

methodCache로부터 dispatchVal을 사용해서 targetFn을 조회하고 찾지 못하면 findAndCacheBestMethod 메서드를 호출한다.

findAndCacheBestMethod 메서드는 다음과 같다.

private IFn findAndCacheBestMethod(Object dispatchVal) {
	rw.readLock().lock();
	Object bestValue;
	IPersistentMap mt = methodTable;
	IPersistentMap pt = preferTable;
	Object ch = cachedHierarchy;
	try {
    Map.Entry bestEntry = null;

    // getMethodTable로부터 엔트리를 가져온다.
    for(Object o : getMethodTable()) {
			Map.Entry e = (Map.Entry) o;
			if(isA(ch, dispatchVal, e.getKey())) {
				if(bestEntry == null || dominates(ch, e.getKey(), bestEntry.getKey()))
					bestEntry = e;
				if(!dominates(ch, bestEntry.getKey(), e.getKey()))
					throw new IllegalArgumentException(
							String.format(
									"Multiple methods in multimethod '%s' match dispatch value: %s -> %s and %s, and neither is preferred",
									name, dispatchVal, e.getKey(), bestEntry.getKey()));
				}
			}
		if(bestEntry == null) {
			bestValue = methodTable.valAt(defaultDispatchVal);
      if(bestValue == null) return null;
		}
    else bestValue = bestEntry.getValue();
	} finally {
        rw.readLock().unlock();
	}

	//ensure basis has stayed stable throughout, else redo
	rw.writeLock().lock();
	try {
		if( mt == methodTable &&
		    pt == preferTable &&
		    ch == cachedHierarchy &&
			cachedHierarchy == hierarchy.deref()) {
			//place in cache
      // 여기서 캐시를 해준다.
			methodCache = methodCache.assoc(dispatchVal, bestValue);
			**return (IFn) bestValue;**
		}
		else {
			resetCache();
			return findAndCacheBestMethod(dispatchVal);
		}
	} finally {
		    rw.writeLock().unlock();
		}
}

결국 dispatch 값에 의해 선택된 메서드를 찾아서 반환한다.

그리고 methodTable에서 찾은 메서드를 호출한다.
1. getFn(dispatchFn.invoke(arg1)).invoke(Util.ret1(arg1,arg1=null));
2. getFn으로 찾아온 것은 :아메리카노에 해당하는 메서드이고 (str (name coffee) " 냠냠") 이 실행되어 “아메리카노 냠냠” 이 반환한다.

요약

dispatch function 평가 후 methodTable에서 dispatch value와 일치하는 메서드 찾은 후 → 찾은 메서드 실행하는 2단계로 동작한다.
멀티메서드는 내부적으로 한번 찾고나면 methodCache에 캐싱해 O(1)로 메서드를 찾아서 실행할 수 있다.

Hacker

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