Java 특징
- 미국의 Sun마이크로시스템이 개발
객체 지향프로그래밍 언어,컴파일언어- JVM만 있으면 OS와 상관없이 동작 가능(운영체제에 독립적)
- 고성능(High Performance): 바이트 코드로 변환되어 실행
- 멀티 스레딩 지원
JVM(Java Virtual Machine)
자바 프로그램을 실행하는 역할- 컴파일러를 통해 바이트 코드로 변환된 파일을 JVM에 로딩하여 실행
- Garbage Collection 수행 (메모리 관리)
Class Loader: JVM 내(Runtime Data Area)로 Class 파일을 로드하고 링크Excution Engine: 메모리(Runtime Data Area)에 적재된 클래스들을 기계어로 변경해 실행- 인터프리터: 바이트 코드를 한줄씩 읽어 기계어로 변환
- JIT 컴파일러: 반복되는 코드를 기계어로 변환해 캐싱 (-> 캐싱한 것을 바로 실행해 속도 향상)
Garbage Collecter: 힙 메모리에서 참조되지 않는 객체를 제거Runtime Data Area: 자바 프로그램을 실행할 때, OS로부터 할당받는메모리
Java 프로그램 실행 과정
- JVM은 OS로부터 메모리(Runtime Data Area)를 할당받음
컴파일러(javac)가소스코드(.java)를 읽어들여바이트 코드(.class)로 변환Class Loader를 통해 Class 파일을JVM 내의 Runtime Data Area에 로딩- 로딩된 Class 파일을
Excution Engine을 사용해 해석 및 실행
JVM 메모리(Runtime Data Area) 구조
- 크게
메소드 영역, JVM 스택, JVM 힙으로 나뉘며 JVM 힙은Young Generation, Old Generation으로 나뉘고 Young Generation은Eden, Survivor0, Survivor1으로 나뉨
- 모든 스레드가 공유
- Class Loader가 적재한
클래스/인터페이스에 대한 정보(바이트 코드)를 저장- 이 영역에 등록된 클래스만 Heap에 생성 가능
- 타입 정보(클래스 or 인터페이스, 접근 제어자 등), 메소드(생성자 포함, 이름, 리턴 타입, 접근 제어자 등), 필드(데이터 타입, 접근 제어자), Static(클래스) 변수
- Runtime Comstant Pool: 클래스와 인터페이스/메소드/필드에 대한 모든 레퍼런스 저장
- JVM은 이를 이용해 실제 메모리 주소를 찾아 참조
- 모든 스레드가 공유
런타임에동적으로 할당하여 사용하는 영역- new 연산자로 생성된 객체 저장
GC의 대상: 힙 영역의 객체는 스택의 변수나 다른 객체에서 참조, 참조가 없으면 GC 대상
- 스레드마다 존재, 스레드가 시작될 때 할당, LIFO
- 지역변수, 매개변수, 연산 중 발생하는 임시 데이터 저장
- 참고
기본 타입변수: 스택에값저장참조 타입변수: 힙이나 메소드 영역 객체의주소저장
- 스레드마다 존재
- 자바가 아닌 언어로 작성된 네이티브 코드를 위한 스택
- 스레드마다 존재
- 현재 수행 중인 JVM 명령어의 주소를 가짐
변수의 종류와 메모리 구조
- 인스턴스 변수: 객체에서 사용되는 변수 -> 힙 영역
- 클래스 변수: static 변수 -> 메소드 영역
- 지역 변수: 메소드 내에서 선언되어 메소드 안에서만 사용할 수 있는 변수 -> 스택 영역
public class Test{
private int iv; // 인스턴스 변수
public static int cv; // 클래스 변수
public void print(){
int lv; // 지역 변수
}
}Java에서 Garbage Collection이 필요한 이유
- Garbage: 더 이상 사용되지 않는 메모리, 객체를 가리키는 레퍼런스가 없는 것
- 자바는 메모리를 명시적으로 해제하지 않기 때문에 GC를 통해서 필요없는 객체를 지움
- 더이상 사용하지 않는
동적 할당된 메모리 블럭(Heap)을 찾아 다시 사용 가능한 자원으로 회수
Garbage Collection 동작 방식
- 새롭게 생성된 객체는
Heap의Young Generation의 Eden 영역에 저장 Eden 영역이 다 차면 Minor GC가 발생하여 참조 횟수에 따라 증가하는age bit를 보고 불필요한 객체를 삭제하고 생존한 객체는S0으로 이동- Minor GC가 발생할 때마다 Young 영역의 객체들은 삭제와 이동을 함 (Eden -> S0 / S0 -> S1 / S0 <- S1)
- S1이 가득 차면 필요한 객체는
OLD 영역으로 이동(Promition)하고OLD 영역이 가득차면 Major GC를 통해서 값을 삭제
- age bit: 각 객체가 Minor GC에서 살아남은 횟수를 기록, Minor GC가 발생할 때마다 하나씩 증가, age bit 값이 MaxTenuringThreshold 라는 설정 값을 초과하면 Old Generation으로 객체가 이동
- STOP THE WORLD: GC를 실행하는 쓰레드를 제외한 나머지 쓰레드는 모두 작업을 멈춤, GC 작업을 완료한 이후에야 중단했던 작업을 다시 시작
- GC가 실행될 때마다
STOP THE WORLD가 발생하여 프로그램이 중지
- GC가 실행될 때마다
- 자바의 객체가 생성되자마자 저장, 생성된지 오래되지 않은 객체가 저장
- 시간이 지나 우선순위가 낮아지면(Young에서 오랫동안 사용되면) Old Generation으로 이동
Minor GC발생Eden,Survivor0,Survivor1로 구성
- Young Generation에서 옮겨진 객체를 저장
- 객체가 사라질 때,
Major GC발생
- Java7버전까지는 Heap에 존재, 8부터는 Native Method Stack에 Meta Space로 변경
- Class Loader에 의해 Load된 클래스의 메타 데이터 저장
추상 클래스와 인터페이스
- 반드시
구현(오버라이딩)해야하는 추상 메소드를 1개 이상 갖고 있는 클래스 - 실체 클래스의 공통적인 변수와 메소드를 추출해 선언한 클래스
- 추상 메소드와 클래스 모두에
abstract키워드를 붙여서 표기, 추상 클래스의 상속에는extends키워드 사용 - 추상 클래스와 실체 클래스는
상속관계-> 실체 클래스는 추상 클래스의 추상 메소드를 상속받아오버라이딩해야 함 - 사용 이유
- 필드와 메소드 통일: 유지보수성 향상 및 통일성 유지 (A객체를 B객체로 변경할 경우 -> 필드/메서드가 동일하면 객체만 변경하면 됨)
- 규격에 맞는 실체 클래스 구현: 추상클래스의 추상 메소드는 반드시 오버라이딩되어야 함
- 일반적인 추상화 및 상속에 더 초점,
상속 받아서 기능을 확장시키는데 목적
public abstract class AbstractClass {
public void function() {};
public abstract void abstractFunction();
}- 어떤 메소드를 제공하는지 알려주는 명세(Specification)
- 추상 클래스의 일종으로 default 메소드와 static 메소드를 제외하면
추상 메소드와 상수만가짐 - 상속 관계가 없는 클래스에서 공통되는 로직을 구현하여 사용
interface키워드를 통해 선언,implements로 일반 클래스에서 인터페이스를 구현- 사용 이유
- 동일한 목적 하에 동일한 기능을 보장하는 것 -> 메서드를 구현하게 하는 것에 초점
- 다형성 극대화 -> 코드의 수정은 감소, 유지보수성 증가
public interface Interface {
public int max = 10; // 상수, 무조건 인터페이스에서 제공하는 값을 사용
public abstract void abstractFunction(); // 추상 메소드: 일반 클래스에서 오버리이딩 필수
default void function(){} // default 메소드: 인터페이스에서 제공하는 것을 사용하거나 일반 클래스에서 따로 구현하여 사용할 수 있음
// 추가 요건으로 메소드를 추가할 때, default를 사용하면 유지보수성을 높일 수 있음
// 추상 메소드를 추가하면 일반 클래스에서 이를 구현하지 않으면 모두 에러가 발생하기 때문
static void function2(){} // 정적 메소드: 무조건 인터페이스에서 제공하는 것을 사용
}- 두 가지 개념 모두 독립적으로 객체 생성 불가, 상속을 목적으로 사용
- 추상 메소드는 오버라이딩이 필요
- 추상 클래스는 다중 상속 불가능, 인터페이스는 다중 상속 가능
- 추상 클래스는 상속을 통해 기능을 확장하는 것이 목적
- 인터페이스는 추상 클래스와 달리 구현을 강제함으로써
구현 객체의 같은 동작을 보장하여 인터페이스를 이용하여표준화를 확립할 수 있으므로 서로 관계가 없는 객체들이 상호 작용을 가능하게 함
Collection Framework
- 데이터를 효율적으로 관리할 수 있는 자료구조와 알고리즘을 구조화하여 클래스로 구현한 것
List, Set, Map 인터페이스가 존재- Collection Interface -> List, Set
- Map Interface
- 순서가 있는 데이터 집합, 데이터의 중복 허용
ArrayList(Vector를 개선),Vector,Stack,LinkedList- Stack과 Queue: Stack은 직접 new 키워드로 사용할 수 있으며, Queue는 LinkedList에 new 키워드를 적용하여 사용
- 데이터의 중복을 허용하지 않음
Hash Set: value에 대해서 중복된 값을 저장하지 않음
- 키와 값의 쌍으로 이루어진 데이터 집합
- 키는 중복을 허용하지 않고 값의 중복은 허용
Hash Map: 해시테이블처럼key-value의 구조로 이루어져 있으며 key를 기준으로 중복된 값을 저장하지 않으며 순서를 보장하지 않음
Vector와 ArrayList 차이
- Vector: Thread-Safe
- ArrayList: Thread-SafeX
Hash Map과 Hash Table의 차이
- Hash Map: 메소드 동기화X, Thread Safe 아님, 성능 빠름
- Hash Table: 메소드 동기화 지원, Thread Safe, 성능 느림
Hash Map과 Tree Map의 차이
- Hash Map: 해싱 구현, 랜덤 정렬(순서 유지X), Null 키 가능, 훨씬 빠름
- Tree Map: 레드블랙트리(이진탐색트리)로 구현, key로 자동 정렬, Null 키 불가능
Hash Set과 Tree Set의 차이
- Hash Set: 해싱으로 구현, 삽입된 요소는 랜덤 정렬, Null 저장 가능, 성능 빠름, 값 비교에 equals 사용
- Tree Set: 레드블랙트리(이진탐색트리) 구현, 정렬 순서 유지(자동 정렬), Null 저장 불가, 성능 느림, 값 비교에 comparedTo 사용
Generic
컴파일 과정에서 타입을 체크하는 기능- 클래스 내부에서 사용할 데이터
타입을 외부에서 지정하는 기법 - 다양한 타입의 객체들을 다루는 메서드나 컬렉션 클래스에서 사용
- 사용 이유
- 잘못된 타입이 사용될 문제를 컴파일 과정에서 제거 가능
- 코드 재사용성 증가
Annotation
- 어노테이션이란 본래 주석이란 뜻이지만, 자바에서는 인터페이스를 기반으로 한 문법
코드에 달아 클래스에 특별한 의미를 부여하거나 기능을 주입함
Access Modifier(접근 제한자)
- public: 모든 클래스에서 접근할 수 있다는 것을 의미(패키지가 달라도 허용)
- protected:
같은 패키지에서 접근 허용,다른 패키지의 상속받은 클래스에서 접근 허용, 다른 패키지의 다른 클래스에서 접근 불가 - default:
같은 패키지내에서만 접근 허용 - private: 동일 패키지라도 접근 불가,
같은 클래스내에서만 접근 허용 - 사용 이유
- 정보은닉(민감 정보 유출 안하기), 외부에서 알 필요 없는 값은 노출X
- 응집도 높이고 결합도 낮추기
final 키워드
- final 키워드는
상수로 정의하는 키워드 - final class: 다른 클래스에서 상속하지 못함
- final method: 다른 메소드에서 오버라이딩하지 못함 (오버로딩 가능)
- final variable: 변하지 않는 상수값이 되어 새로 할당할 수 없는 변수가 됨
- 생성자: final이 될 수 없음
non-static과 static 멤버의 차이
Wrapper Class
기본(원시)형과 참조형의 차이점
- 기본형: boolean, char, byte, short, int, long, float, double
- 참조형: 기본형 8가지를 제외한 나머지 타입, Integer, Long, Double, Boolean 등
- 참조형은 null을 입력할 수 있지만 기본형은 null 불가능
int i = null; //불가능
Integer ii = null; //가능- 참조형은 제너릭 타입에서 사용 가능하지만 기본형은 불가능
- 제너릭(Generic): 클래스에서 사용할 타입을 클래스 외부에서 설정, 타입을 파라미터화해서 컴파일시 구체적인 타입이 결정
List<int> i; //불가능
List<Integer> ii; //가능- 참조형은 할당연산자 사용 시에 값의 주소가 전달되고 기본형은 값 자체가 전달 -> 기본형은
스택에 값이 존재, 참조형은 값은힙에 존재하고스택에 참조 값이 존재해 언박싱 필요 - 참조형은 기본형보다 차지하는 메모리가 크고 접근 속도가 느림
Integer와 int
String, StringBuilder, StringBuffer
- String:
불변성, StringBuilder/StringBuffer:가변성
- 값을 변화시킬 때, Heap에 새로운 메모리를 사용, 스택에서 참조되는 메모리 주소 변경
- 기존 Heap 메모리는 GC의 대상이 됨
- 값이 바뀌지 않는 문자열에 사용하는 것이 좋음
- 단순 읽기에서 성능 좋음
- Thread-Safe: 동기화 지원
- 같은 객체에서 값을 바꿀수 있음
- Thread-Safe 아님: 동기화 지원하지 않음
- StringBuffer보다 빠름
- 같은 객체에서 값을 바꿀수 있음
- Thread-Safe: 동기화 지원
==와 equals()의 차이
- == 연산자는 참조형을 비교할 때
레퍼런스(주소)를 비교하고 eqals()는 참조형을 비교할 때값을 비교
String a = "string"; // 리터럴 선언: String Constant Pool (힙)
String b = "string";
String c = new String("string"); // new 선언: 힙
System.out.println(a == b); // true // 주소 비교인데 같은 객체를 가리킴
System.out.println(a == c); // false
System.out.println(a.equals(b)); // true
System.out.println(a.equals(c)); // true람다 표현식
익명 함수(Anonymous Function)의 한 종류- 함수를 따로 만들지 않고 코드 한 줄에 함수를 써서 그것을 호출
- 자바8부터 지원, 코드가 간결하고 가독성이 높음
- 재사용이 불가능하고 디버깅이 어려움
- 예시: Optional, Stream
Thread 생성방법
Thread 클래스 상속Runnable 인터페이스 구현
Synchronized
- 공유 자원에 두개 이상의 쓰레드가 동시에 접근하지 못하도록
Lock - 자바에서는 메소드 앞에
synchronized를 붙여 동기화 - 객체에도 사용 가능
ThreadLocal
- 오직 한 쓰레드에 의해 읽고 쓰여질 수 있는 변수를 생성
- 다른 쓰레드가 같은 ThreadLocal을 호출해도 서로 다른 값을 가짐
Casting
- 자식 클래스의 객체가 부모 클래스의 객체로 캐스팅
SuperClass super = new ChildClass();
super.childFunction(); // 자식 클래스의 함수 실행- 부모 클래스의 함수를 오버라이딩한 자식 클래스의 함수 실행 가능
- 부모 클래스의 static 메소드 실행 가능
- 자식 클래스에만 있는 멤버는 실행 불가(컴파일 에러)
- 부모 클래스의 객체가 자식 클래스로 캐스팅 -> 업캐스팅되어 고유의 특성을 잃은 자식 클래스의 객체를 복구시키는 것
SuperClass super = new ChildClass();
ChildClass child = (ChildClass)super;
child.superFunction(); //가능Promotion과 Casting
reflection
- 런타임에 클래스를 사용해야 할 때 필요
- 동적으로 객체를 생성하고 메서드를 호출하는 방법
- Class, Constructor, Method, Field : 객체 생성, 메서드 호출, 변수 값 변경 등 가능
Error와 Exception
Java7에서 Java8로 올라오면서 달라진 점
- 람다 표현식 추가: 함수형 프로그래밍
- Permanent Generation: Java7버전까지는 Heap에 존재, 8부터는 Native Method Stack에 Meta Space로 변경
- 인터페이스에 default 메소드, static 메소드 추가
- stream API: 데이터의 추상화
- java.time 패키지: Joda-Time을 이용한 새로운 날짜와 시간 API
Call by Value vs Call by Reference
값을 복사를 하여 처리하는지직접 참조하는지의 차이- Call by Value: 인자로 받은 값을 복사하여 처리
- Call by Reference: 인자로 받은 값의 주소를 참조하여 직접 값에 영향을 줌
- JAVA에서는 모든 전달 방식이 Call by value로 Call by reference는 해당 객체의 주소값을 직접 넘기는 게 아닌 객체를 보는 또 다른 주소값을 만들어서 넘김