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Posted Nov 21, 2024

By hkh7670 16 min read

Java

JVM의 구조와 Java의 실행방식

자바 가상 머신의 약자를 따서 줄여 부르는 용어
JVM의 역할은 자바 애플리케이션을 클래스 로더를 통해 읽어 자바 API와 함께 실행하는 것입니다.
메모리 관리(GC)을 수행하며 스택기반의 가상머신입니다.
JVM의 구조는 Class Loader, Execution engine, Runtime Data Area, JNI, Native Method Library로 이루어져 있습니다.
- 클래스 로더: JVM내로 클래스를 로드하고, 링크를 통해 배치하는 작업을 수행하는 모듈
- 실행 엔진: 바이트 코드를 실행시키는 역할
  - 인터프리터: 바이트 코드를 한줄 씩 실행합니다.
  - JIT 컴파일러: 인터피르터 효율을 높이기 위한 컴파일러로 인터프리터가 반복되는 코드를 발견하면 JIT 컴파일러가 반복되는 코드를 네이티브 코드로 바꿔줍니다. 그 다음부터 인터프리터는 네이티브 코드로 컴파일된 코드를 바로 사용합니다.
  - GC(Garbage Collector): 가비지 컬렉터로 힙 영역에서 사용되지 않는 객체들을 제거하는 작업을 의미합니다.
- Runtime Data Areas: 프로그램 실행 중에 사용되는 다양한 영역입니다.
  - PC Register: Thread가 시작될 때 생성되며 현재 수행 중인 JVM 명령의 주소를 갖고 있습니다.
  - Stack Area: 지역 변수, 파라미터 등이 생성되는 영역. 실제 객체는 Heap에 할당되고 해당 레퍼런스만 Stack에 저장됩니다.
  - Heap Area: 동적으로 생성된 오브젝트와 배열이 저장되는 곳으로 GC의 대상 영역입니다.
  - Method Area: 클래스 멤버 변수, 메소드 정보, Type 정보, Constant Pool, static, final 변수 등이 생성됩니다. 상수 풀(Constant Pool)은 모든 Symbolic Reference를 포함하고 있습니다.
- JNI(Java Native Interface): 자바 애플리케이션에서 C, C++, 어셈블리어로 작성된 함수를 사용할 수 있는 방법을 제공해줍니다. Native 키워드를 사용하여 메서드를 호출합니다. 대표적인 메서드는 Thread의 currentThread()입니다.
- Native Method Library: C, C++로 작성된 라이브러리 입니다.
Java의 실행방식
- 자바 컴파일러(javac)가 자바 소스코드(.java)를 읽어 자바 바이트코드(.class)로 변환시킵니다.
- Class Loader를 통해 class 파일들을 JVM으로 로딩합니다.
- 로딩된 class파일들은 Execution engine을 통해 해석됩니다.
- 해석된 바이트코드는 Runtime Data Areas 에 배치되어 실질적인 수행이 이루어집니다.

Garbage Collection

Heap 영역에서 사용하지 않는 객체들을 제거하는 작업
Java는 개발자가 메모리를 직접 해제해줄 수 없는 언어이기 때문에 해당 작업을 Garbage Collector가 담당
GC는 크게 Minor GC와 Major GC로 구분
- Minor GC
  - Young Generation에서 발생하는 GC
  - Eden 영역이 가득 참에서 부터 GC 시작
  - GC 후 살아남은 객체는 Survivor 1 또는 Survivor 2로 옮겨짐
  - 이 두개의 영역 중 한 영역은 반드시 비어있어야 한다.(Survivor 1 <-> Survivor 2로 이동)
- Major GC
  - Old Generation에서 발생하는 GC
  - Young 영역에서 오랫동안 살아남은 객체들은 Old 영역으로 이동
  - Eden 영역에서 바로 Old 영역으로 넘어가는 객체도 존재하는데, 이는 객체의 크기가 아주 클 경우 발생
- Full GC: Young + Old + Permanent 전체 영역에서 발생하는 GC
Heap 메모리를 조정하는 것을 GC 튜닝이라고 함

오버라이딩과 오버로딩의 차이

오버로딩
- 같은 클래스 내에서 동일한 메소드 이름을 가지지만, 매개변수의 타입, 갯수를 다르게 구현하는 것
오버라이딩
- 상위 클래스의 메소드를 하위 클래스에서 재정의 하는 것
- 매개변수의 타입, 갯수가 같다
- @Override는 컴파일 시점에 오버라이딩에 대한 안정성을 부여해주기 때문에 반드시 써주는 것이 좋음

인터페이스와 추상클래스의 차이점

추상클래스
- 객체의 추상적인 상위 개념으로 공통된 개념을 표현할 때 사용
- 단일 상속만 가능
인터페이스
- 구현 객체가 같은 동작을 한다는 것을 보장하기 위해 사용
- 다중 상속이 가능

접근제어자의 종류

private
- 같은 클래스 내에서만 접근 가능
default
- 같은 패키지 내에서만 접근 가능
protected
- 같은 패키지 또는 상속한 클래스 내에서만 접근 가능
public
- 전체 영역에서 접근 가능
접근제어자 사용 이유
- 외부에 보여주고 싶은 정보들을 선택적으로 제공하기 위함 (캡슐화)

객체지향 프로그래밍

프로그래밍에서 필요한 데이터를 추상화 시켜 상태와 행위를 가진 객체로 만들고, 객체들간의 상호작용을 통해 로직을 구성하는 프로그래밍 방법
장점
- 코드 재사용이 용이
- 유지보수가 쉬움
- 대형 프로젝트에 적합
단점
- 처리 속도가 상대적으로 느림
- 객체가 많으면 용량이 커질 수 있음
- 설계시 많은 시간과 노력이 필요
객체 지향 프로그래밍 키워드 5가지
- 클래스 + 인스턴스(객체)
- 추상화
  - 구체적으로 정의하는 것이 아니라 필요한 정보만을 중심으로 간소화 하는 것
- 캡슐화
  - 객체가 독립적인 역할을 할 수 있도록 데이터와 기능을 하나로 묶어서 관리하는 것
  - 실제로 구현되는 부분을 외부에 드러나지 않도록 하여 정보를 은닉할 수 있다.
- 상속
  - 하나의 클래스가 가진 데이터나 기능을 다른 클래스가 그대로 물려받는 것
  - 기존 코드를 재사용하여 확장시킬 수 있다.
- 다형성
  - 하나의 클래스나 메서드가 다양한 방식으로 동작이 가능한 것 (오버로딩, 오버라이딩)

객체지향 설계 원칙 5가지(SOLID)

단일 책임 원칙(Single responsibility principle)
- 한 클래스는 하나의 책임만 가지며 클래스는 그 책임을 완전히 캡슐화해야 함을 말한다.
개방-폐쇄 원칙(Open/closed principle)
- 소프트웨어 개체(클래스, 모듈, 함수 등)는 확장에 대해 열려 있어야 하고, 변경에 대해서는 닫혀 있어야 한다.
리스코프 치환 원칙(Liskov substitution principle)
- 프로그램의 객체는 프로그램의 정확성을 깨뜨리지 않으면서 하위 타입의 인스턴스로 바꿀 수 있어야 한다.
인터페이스 분리 원칙 (Interface segregation principle)
- 클라이언트가 자신이 이용하지 않는 메서드에 의존하지 않아야 한다. 큰 덩어리의 인터페이스를 구체적이고 작은 단위로 분리함으로써 클라이언트들이 꼭 필요한 메서드만 이용할 수 있게 한다.
의존관계 역전 원칙(Dependency inversion principle)
- 상위 모듈은 하위 모듈에 의존해서는 안 된다. 상위 모듈과 하위 모듈 모두 추상화에 의존해야 한다.
- 추상화는 세부 사항에 의존해서는 안 된다. 세부 사항이 추상화에 의존해야 한다.

HashMap, LinkedHashMap, HashTable, TreeMap

HashMap
- 검색, 삽입 시 시간복잡도 O(1)
- 키 순서 무작위
- 구현은 연결리스트로 이루어진 배열로 구현
- null key와 null value를 모두 허용
LinkedHashMap
- 검색, 삽입 시 시간복잡도 O(1)
- 키 순서는 삽입한 순서대로 정렬 되어있다.
- 구현은 양방향 연결 버킷으로 구현
TreeMap
- 검색, 삽입 시 시간복잡도 O(logN)
- 키의 순서는 정렬되어 있다. (즉, 키는 반드시 Comparable 인터페이스를 구현하고 있어야 한다.)
- 구현은 레드-블랙 트리로 구현
HashTable
- 검색, 삽입 시 시간복잡도 O(1)
- 키 순서 무작위
- 구현은 연결리스트로 이루어진 배열로 구현
- null key와 null value를 모두 불허
- 동기화를 지원한다 (thread safe)
  - 따라서 HashTable은 멀티스레드 환경에서 동작가능하며, 동기화를 지원하기 때문에 HashMap보다는 느리다.
  - 일반적으로 별다른 이유가 없으면 HashMap 을 사용하는 것이 좋다. 일반적으로 빠르고 오버헤드가 적기 때문

HashSet, TreeSet, LinkedHashSet

HashSet
- 세트의 반복 순서를 보장하지 않거나 시간이 지나도 순서가 일정하게 유지된다.
- 성능이 중요하고 요소의 순서가 중요하지 않은 경우 사용
TreeSet
- 사용된 생성자에 따라 요소의 자연스러운 순서에 따라 또는 지정된 Comparator에 따라 반복된다.
- 요소가 자연적인 순서를 사용하거나 Comparator에 의해 순서화되어야 할 때 사용
LinkedHashSet
- 요소의 삽입 순서를 유지해야하는 경우 사용

Filter vs Interceptor

Filter
- J2EE 표준 스펙 기능
- 디스패처 서블릿(Dispatcher Servlet)에 요청이 전달되기 전/후에 url 패턴에 맞는 모든 요청에 대해 부가작업을 처리할 수 있는 기능을 제공
- 스프링 범위 밖에서 처리됨
  - 톰캣과 같은 웹컨테이너(서블릿 컨테이너)에 의해 관리됨 (스프링 bean으로 등록은 된다)
Interceptor
- J2EE 표준 스펙인 필터(Filter)와 달리 Spring이 제공하는 기술
- 디스패처 서블릿(Dispatcher Servlet)이 컨트롤러를 호출하기 전과 후에 요청과 응답을 참조하거나 가공할 수 있는 기능을 제공
- 웹 컨테이너(서블릿 컨테이너)에서 동작하는 필터와 달리 인터셉터는 스프링 컨텍스트에서 동작을 하는 것이다.
요약

Spring의 의존성 주입 방법

생성자 주입(Constructor Injection)

생성자를 통하여 의존성을 주입하는 방법
@Autowired 생략 가능

  
@Controller
public class TestController {
  //final을 붙일 수 있음
  private final TestService testService;
  //@Autowired
  public TestController(TestService testService) {
    this.testService = testService;
  }
}

필드 주입(Field Injection)

필드에 @Autowired를 붙여서 주입하는 방식
사용법이 매우 간단

  
@Controller
public class TestController {

  @Autowired
  private TestService testService;

}

수정자 주입(Setter Injection)

setter 메소드에 @Autowired를 붙여서 주입하는 방식

  
  @Controller
  public class TestController {

    private TestService testService;

    @Autowired
    public void setTestService(TestService testService) {
      this.testService = testService;
    }
  }

생성자 주입이 권장되는 이유
- 순환 참조 방지
  - 필드 주입, setter 주입은 bean이 생성된 이후에 참조를 하기 때문에 어플리케이션이 아무런 오류 없이 구동됨
  - 하지만 생성자 주입을 사용하면 BeanCurrentlyInCreationException이 발생하면서 어플리케이션 구동단계에서 순환 참조 에러를 발견할 수 있음
- final 키워드를 이용한 불변성 보장 가능
- 테스트에 용이함

etc

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