Java Sealed 클래스 — permits로 상속 계층 봉인하기

지난 글에서 인터페이스 다중 상속과 default 메서드 충돌 해결 규칙을 살펴봤다. 이번에는 Java 17에서 정식 출시된 sealed 클래스를 다룬다. sealed는 상속 계층을 명시적으로 봉인(seal)하는 기능으로, 어떤 클래스가 이 타입을 구현·상속할 수 있는지를 소스 코드에 직접 선언한다.

sealed가 필요한 이유

전통적인 Java 타입 계층에는 두 가지 극단이 있었다. public class는 누구나 상속할 수 있어 완전히 열려 있고, final class는 아무도 상속할 수 없어 완전히 닫혀 있다. 이 사이에 “허가된 특정 클래스들만 상속”이라는 중간 지점이 없었다.

// 전통 방식: 열린 계층 — 누구나 추가 가능
public abstract class Shape { }           // 외부에서도 extends 가능
public class Circle    extends Shape { }
public class Rectangle extends Shape { }
// 제3자가 Star, Pentagon 등 무한히 추가 가능

도메인 모델, 대수적 데이터 타입(ADT), 상태 머신 등에서는 가능한 타입 집합이 컴파일 타임에 확정되길 원한다. 이때 sealed가 정확히 그 역할을 한다.

sealed 선언 문법

public sealed interface Shape
    permits Circle, Rectangle, Triangle { }

public record Circle(double radius) implements Shape { }
public record Rectangle(double width, double height) implements Shape { }
public non-sealed class Triangle implements Shape {
    // 외부에서 자유롭게 상속 가능
}

sealed 키워드 뒤에 permits 절로 허용할 직속 하위 타입을 나열한다. 나열된 타입 외에는 컴파일 타임에 구현이 거부된다.

하위 타입의 세 가지 의무

permits에 등장한 각 클래스는 반드시 세 가지 중 하나를 선택해야 한다.

// 1. final — 더 이상 확장 불가
public final class Circle implements Shape { }

// 2. sealed — 한 단계 더 봉인 (자신도 permits 필요)
public sealed class Rectangle implements Shape
    permits SpecialRect { }
public final class SpecialRect extends Rectangle { }

// 3. non-sealed — 제한 해제, 누구나 상속 가능
public non-sealed class Triangle implements Shape { }
public class IsoscelesTri extends Triangle { }  // OK

sealed 하위 타입 자체도 sealed를 선택할 수 있어, 계층을 단계적으로 봉인할 수 있다.

같은 패키지/모듈 규칙

permits에 나열된 모든 클래스는 반드시 sealed 클래스와 같은 패키지(unnamed module) 또는 같은 모듈(named module) 안에 있어야 한다.

package com.example.shapes;

// OK: 같은 패키지 안
public sealed class Shape permits Circle, Rectangle { }
public final class Circle    extends Shape { }
public final class Rectangle extends Shape { }

// 컴파일 에러: 다른 패키지
// package com.other;
// public final class Oval extends Shape { }  // 불가

같은 파일에 여러 클래스를 선언할 수도 있다. 이 경우 permits 절 자체를 생략할 수 있다.

// Shape.java 하나의 파일 안
public sealed class Shape permits Circle, Rectangle { }
final class Circle    extends Shape { }
final class Rectangle extends Shape { }

패턴 매칭 switch와의 결합

sealed의 진정한 힘은 패턴 매칭 switch (Java 21)와 만날 때 발휘된다. 컴파일러는 sealed 계층의 모든 타입이 처리됐는지 **완전성(exhaustiveness)**을 정적으로 검사한다.

double area(Shape s) {
    return switch (s) {
        case Circle c    -> Math.PI * c.radius() * c.radius();
        case Rectangle r -> r.width() * r.height();
        case Triangle t  -> 0.5 * t.base() * t.height();
        // Triangle이 non-sealed이므로 default 또는 명시적 처리 필요
    };
}

Circle, Rectangle만 처리하고 Triangle을 빠뜨리면 컴파일 에러가 발생한다. default 없이도 sealed 계층이 완전히 커버됐을 때만 컴파일이 통과한다.

sealed interface

클래스뿐 아니라 인터페이스도 sealed로 선언할 수 있다. record와 조합하면 간결한 대수적 데이터 타입이 된다.

public sealed interface JsonValue
    permits JsonNull, JsonBool, JsonNumber, JsonString, JsonArray, JsonObject { }

public record JsonNull()              implements JsonValue { }
public record JsonBool(boolean value) implements JsonValue { }
public record JsonNumber(double value) implements JsonValue { }
public record JsonString(String value) implements JsonValue { }
// JsonArray, JsonObject도 record나 final class로 구현

JSON 파서 등에서 JsonValue를 switch할 때 모든 타입이 처리됐는지 컴파일러가 보장한다.

abstract sealed 클래스

sealed와 abstract를 함께 사용해 공통 구현을 올릴 수 있다.

public abstract sealed class Vehicle
    permits Car, Truck, Motorcycle {
    protected final String licensePlate;
    protected Vehicle(String plate) { this.licensePlate = plate; }
    abstract int maxPassengers();
}

public final class Car extends Vehicle {
    public Car(String plate) { super(plate); }
    @Override public int maxPassengers() { return 5; }
}

추상 sealed 클래스는 공통 필드와 템플릿 메서드를 제공하면서도 허용 구현체를 제한한다.

리플렉션으로 permits 목록 조회

런타임에 getPermittedSubclasses() 메서드로 허용된 하위 타입 목록을 확인할 수 있다.

Class<?> shapeClass = Shape.class;
if (shapeClass.isSealed()) {
    Class<?>[] permitted = shapeClass.getPermittedSubclasses();
    for (Class<?> sub : permitted) {
        System.out.println(sub.getSimpleName());
        // Circle, Rectangle, Triangle 출력
    }
}

프레임워크나 직렬화 라이브러리에서 sealed 타입의 하위 타입을 자동 등록할 때 유용하다.

상속 제약 규칙 정리

하위 타입 선택지	추가 상속 가능?	설명
final	불가	완전 봉인, 리프 노드
sealed	permits에 나열된 것만	계층 중간 단계
non-sealed	누구나 가능	열린 확장 허용

실전 활용 시나리오

상태 머신 모델링: 결제 상태를 sealed로 닫으면 switch에서 누락된 상태가 컴파일 에러로 잡힌다.

public sealed interface PaymentStatus
    permits Pending, Authorized, Captured, Refunded, Failed { }

도메인 이벤트: CQRS/이벤트소싱에서 이벤트 타입을 sealed로 한정하면 이벤트 핸들러의 완전성을 컴파일 타임에 보장한다.

AST 노드: 컴파일러나 인터프리터를 만들 때 표현식 노드를 sealed interface로 정의하면 방문자 패턴 없이 패턴 매칭으로 간결하게 처리한다.

sealed 클래스는 단순한 접근 제한 그 이상이다. 코드 가독성, 컴파일 타임 안전성, 패턴 매칭 완전성 검사를 동시에 제공한다. 다음 글에서는 Java 16에서 정식 출시된 record 클래스를 다룬다. 불변 데이터 운반 객체를 한 줄로 선언하는 방법을 살펴볼 것이다.

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지난 글: Java 다중 상속 — default 메서드와 다이아몬드 문제 해결

다음 글: Java Record — 불변 데이터 클래스를 한 줄로 선언하기

읽어주셔서 감사합니다. 😊