Java - YunByungKwan/Fundamental GitHub Wiki

컴파일 과정
먼저 자바 코드(.java)를 빌드하게 되면 자바 컴파일러에 의해서 바이트 코드(.class)로 변환됩니다.

런타임 과정
이후 JVM의 클래스 로더가 변환된 바이트 코드를 JVM의 메모리 영역에 올려놓습니다. 이때 클래스 로더는 필요한 다른 클래스 파일들도 함께 가져옵니다.
이후 Byte Code Verifier가 바이트 코드를 검증하는 절차를 거칩니다.
이후 인터프리터가 한줄 한줄 읽어서 바이트 코드를 바이너리 코드로 변환합니다.

GC는 JVM의 Heap 영역에서 사용하지 않는 객체를 삭제하는 프로세스를 말합니다.
GC는 Mark and Sweep 알고리즘을 기반으로 동작합니다.

• Mark는 GC Root로부터 모든 변수를 스캔하면서 참조되고 있는 객체를 마킹하는 과정을 말합니다.
  이때 참조되고 있는 reachable한 객체와 참조되고 있지 않은 unreachable한 객체로 나뉩니다.
  
• Sweep은 이 Unreachable한 객체들을 Heap에서 제거하는 과정을 말합니다.
  

그리고 선택적으로 Compact 과정이 수행됩니다. Compact는 Sweep 이후 분산된 객체들을 Heap의 시작 주소로 모아서 메모리 단편화를 막아줍니다.
그리고 GC는 minor GC와 major GC가 있습니다.

• minor GC는 Eden영역이 꽉 찼을때 발생하는 GC를 말합니다. Minor GC 후 살아남은 객체들은 Eden에서 Survivor영역으로 이동합니다.
  survivor1과 2는 둘 중에 하나만 써야 하고, survivor1에 있던 객체들은 다음 GC때 survivor2로 이동하고 age가 하나 증가합니다.
  
• major GC는 Old generation영역이 꽉 찼을때 발생하는 GC를 말합니다. Survivor영역에서 age가 임계치에 도달한 객체들이 Old generation영역으로 넘어오고, 이 객체들이 제거되는 과정을 major GC라고 합니다.
  

GC의 종류로는 5가지 정도가 있습니다.

• Serial GC: 싱글쓰레드로 동작하는 GC이고 다른 GC에 비해 stop-the-world 시간이 깁니다.(Mark Sweep, Compact알고리즘 사용)
• Parallel GC: Java 8의 기본 GC. Young영역의 GC를 멀티쓰레드로 수행.
• Parallel Old GC: Old영역에서도 멀티쓰레드로 GC 수행. Mark-Summary-Compact 알고리즘 사용.
  • sweep: 단일쓰레드가 old영역 전체를 훑는다.
  • summary: 멀티쓰레드가 old영역을 분리해서 훑는다.
• CMS GC(Concurrent Mark Sweep): stop-the-world시간을 줄이기 위해 고안된 것으로 알고 있습니다.
• G1 GC(Garbage First): Java 9이상의 기본 GC. Heap을 일정한 크기의 Region으로 나눔. Region단위로 탐색. Compact 진행

• https://www.youtube.com/watch?v=Fe3TVCEJhzo&list=PL57pf2fxdxzGIVZIuVmXIAVJEBEk3bFvI&index=2

JVM의 메모리 영역은 Method Area, Heap Area, Stack Area, PC Register, Native method stack 으로 나뉩니다.(메힙스피네)
이들 중에서 Heap Area는 다시 young generation과 old generation으로 나뉩니다.
young generation에는 Eden, survivor1, survivor2 영역이 있고, old generation에는 old, permanent 영역이 있습니다.
Young Generation은 새로운 객체들이 할당되는 영역입니다. 그리고 Eden과 Survivor0, Survivor1 영역으로 다시 나뉩니다.

• Eden: 새로운 객체가 할당되는 영역. Eden이 꽉차면 Minor GC 발생
• Survivor0/1: Eden에서 살아남은 객체들이 여기로 이동함. Survivor0과 1을 번갈아가면서 이동한다.

Old Generation은 young generation에서 오랫동안 살아남은 객체들이 존재하는 영역을 말합니다.

• 동일성(identity)은 두 객체의 주소값이 같은지 비교하는 것을 말합니다.
• 동등성(equality)은 두 객체가 가지고 있는 값이 같은지 비교하는 것을 말합니다.

public class Object {
    // equals 함수
    public boolean equals(Object obj) {
        return (this == obj);
    }

    // hashCode 함수
    public native int hashCode();
}

cf ) 자바의 항등 연산자(“==”)는 원시 타입(Primitive Type)의 경우 값을 비교하고, 참조 타입(Reference Type)의 경우 주소값을 비교한다.

equals() 함수는 Object 클래스에 있는 함수이고 두 객체의 내용이 같은지 동등성(equality)을 비교하는 함수입니다.
오버라이딩하지 않은 경우 Object의 equals() 함수는 ==연산자로 두 객체의 주소값을 비교합니다.
그래서 두 객체의 주소값이 아닌 내용을 비교하고 싶은 경우 오버라이딩해서 재정의하여 사용합니다.
이때 equals()함수를 재정의했다면 hashCode()함수도 재정의가 필요합니다.

hashCode()함수는 객체의 주소값을 변환하여 생성한 정수값입니다.
hashCode()함수는 두 객체가 같은 객체인지, 동일성(identity)을 비교하는데 사용됩니다.
Hash와 관련된 Collection의 경우, 객체의 의미상의 동등성 비교를 위해서 hashCode()를 호출합니다.

1. equals()가 true일 경우, hashCode() 값도 같아야 한다.
2. equals()가 false일 경우, hashCode() 값은 다를수도, 같을수도 있다. 그러나 성능을 위해서는 hashCode() 값이 다른것이 낫다. 그래야 해싱 알고리즘으로 Set 에 해당 오브젝트가 존재하는지 아닌지 빠르게 검색할 수 있다.
3. hashCode()값이 같다고 해서 eqauls()가 true를 리턴하는 것은 아니다. 해싱 알고리즘 자체의 문제로, 같은 해시값이 나올 수 있다.

String vs StringBuilder/StringBuffer의 차이점은 String은 불변(immutable)이고, StringBuilder/StringBuffer는 가변(mutable)이라는 점이다.
String은 불변이기 때문에 멀티스레드 환경에서 안전하다.(Thread-safe)
StringBuilder vs StringBuffer의 차이점은 synchronizeed 키워드의 유무이다.
StringBuffer 클래스의 거의 모든 함수에는 synchronized 키워드가 붙어 있다.
따라서 StringBuffer는 멀티스레드 환경에서 안전하지만(Thread-safe), StringBuilder는 그렇지 않다.
그 대신, 성능은 StringBuilder가 StringBuffer보다 더 좋다.

자바의 synchronized 키워드는 멀티스레드 환경에서
스레드 동기화 시켜서 공유되는 데이터에 대해 Thread-safe하도록 보장해줍니다.

자바의 final 키워드는 불변 상태임을 보장하는 키워드입니다.

1. final 키워드를 변수나 함수의 인자로 사용할 경우 변경이 불가능합니다.
2. final 키워드를 메서드에 사용할 경우, 해당 메서드는 override가 불가능하게 됩니다.
3. final 키워드를 클래스에 사용할 경우, 해당 클래스는 다른 클래스가 상속할 수 없는 클래스가 됩니다.

volatile 키워드는 변수를 메인 메모리에 저장한다는 의미입니다.
요즘의 프로세서들은 자동적으로 최적화를 진행하는데
그 중에 데이터 변경 시 메모리에 있는 데이터를 읽어서 변경하고 이걸 메모리에 다시 업데이트하는 것이 아니라
CPU의 레지스터나 캐시에 저장을 한 뒤에 메모리에 씁니다. 이렇게 하는 이유는 CPU를 사용하는 게 RAM보다 빠르기 때문입니다.
그래서 멀티스레드 환경에서는 공유 변수에 대하여 데이터의 불일치 문제가 발생할 수 있습니다.
그래서 공유 변수를 volatile로 선언하면 불일치를 어느 정도 막을 수 있고요.
한계점은 여러 스레드가 동시에 변경을 시도할 경우 여전히 데이터 일치를 보장할 수 없다는 문제가 있습니다.

쓰레드풀은 쓰레드를 재사용하기 위해 여러 쓰레드를 미리 생성해 놓은 쓰레드 집합을 말합니다.
쓰레드풀의 동작 원리는 사용자의 작업 요청(Runnable 또는 Callable 인터페이스를 구현한 객체)을
작업 큐(BlockingQueue)에 넣고 큐에서 작업을 꺼내서 미리 생성해 놓은 쓰레드들에게 할당하는 방식입니다.
(ExecutorService 사용시 해제도 해야 함-> 메모리 누수 발생할 수 있음)
쓰레드풀을 사용하는 이유는 반복적으로 쓰레드를 생성/수거하는 데 드는 비용을 줄일 수 있기 때문입니다.
(생성 시 스택 영역에 할당해야 하는 비용)
그리고 쓰레드가 미리 준비되어 있어서 딜레이 발생을 줄일 수 있습니다. 단점으로는 여러 쓰레드 중에 짧은 태스크를 할당받은 쓰레드는 작업을 마치고 다른 쓰레드가 일하는 동안 놀게 되는 단점이 있습니다.

기존 쓰레드풀을 개선하기 위한 쓰레드풀입니다.
기존 쓰레드풀의 문제점은 예를 들어 쓰레드풀에 3개의 쓰레드가 있고 각각 작업을 할당 받았을 때
1번 쓰레드가 할당 받은 작업이 빨리 끝났고 이후 작업이 없다면 1번 쓰레드는 놀게 되는 문제점이 있습니다.

ForkJoinPool은 앞선 예시처럼 쓰레드풀에 3개의 쓰레드가 있을 때 먼저 1번 쓰레드가 작업을 가져가서 분할합니다.
그러면 놀고 있던 2번 쓰레드가 1번 쓰레드의 분할된 작업을 가져가는 방식으로 동작합니다.
그래서 기존 쓰레드풀보다 낭비되는 쓰레드를 줄일 수 있는 장점이 있습니다.

• ExecutorService는 태스크를 스케줄링하고 해당 테스크를 수행할 스레드를 선택해 실행한다. (태스크를 스레드에 매핑할 뿐만 아니라 태스크의 결과, 예외, 취소까지 처리함)
• Executors클래스에는 스케줄링 정책이 서로 다른 executorService를 만드는 팩토리 메서드가 있다.
  • 예를 들어 executor = Executors.newCachedThreadPool();
• Runnable은 태스크를 수행하지만 값을 리턴하지 않는다. 리턴값이 필요한 경우 Callable 인터페이스를 사용한다.
• Callable태스크를 제출하면 퓨처(future)를 얻는다.

  ExecutorService executor = Executors.newFixedThreadPool();
  Callable<V> task = ...;
  Future<V> result = executor.submit(task);

• Future인터페이스를 구현한 CompletableFuture 클래스는 블로킹 없이 결과가 나오는 즉시 처리할 수 있다.

static키워드를 사용한 변수나 함수는 클래스 로더가 클래스를 로딩해서 메소드 메모리 영역에 적재할때 함께 올라갑니다.
따라서 클래스 로딩이 끝나는 즉시 바로 사용할 수 있습니다.

static 변수는 static영역에 저장되며 모든 객체가 메모리를 공유하고, GC가 관여를 안합니다.
인스턴스 변수는 heap영역에 할당되며 GC가 관리합니다.

클래스를 설계할 때 멤버 변수 중 모든 인스턴스에 공통적으로 사용해야 하는 변수가 있다면 static 키워드를 붙입니다.
또한, 메서드 내에서 인스턴스 변수를 사용하지 않는다면 static을 붙이는 것이 좋다고 생각합니다.

Method Area에 위치하게 됩니다.

Error는 시스템 레벨에서 발생하는 메모리 부족이나 스택오버플로우와 같이 발생하면 복구할 수 없는 심각한 오류를 말하고, Exception은 발생하더라도 수습할 수 있는 비교적 덜 심각한 오류입니다.
Error의 상황을 미리 미연에 방지하기 위해서 Exception 상황을 만들 수 있으며, 자바에서는 try-catch문으로 Exception handling을 할 수 있습니다.

Checked Exception은 예외처리가 필수이며 처리하지 않으면 컴파일되지 않습니다.
예시로는 IOException, SQLException 등이 있습니다.
Unchecked Exception은 컴파일 때 체크되지 않고, 런타임에 발생하는 Exception을 말합니다.
예시로는 NullPointerException 등이 있습니다.

Try-catch문을 통해서 직접 예외 처리를 하는 방식과
throws exception을 이용해서 발생하는 예외의 책임을 메서드를 호출하는 쪽으로 넘기는 방식이 있습니다.

• stop-the-world: GC를 실행하는 쓰레드 외의 모든 쓰레드가 작업을 중단하는 현상

• java의 sort()함수이고, mergesort로 구현되어 있습니다.
  시간복잡도는 O(NlogN)입니다. 만약 input 원소들이 대략적으로 정렬되어 있을 경우에는 O(N)입니다.

• HashSet은 내부적으로 HashMap으로 구현되어 있습니다.
• HashSet의 contains()함수도 HashMap의 containsKey()함수를 사용하고 있습니다.

• Java의 HashMap은 key, value값에 null값을 허용합니다.

  HashMap<String, String> map = new HashMap<>();
  map.put(null, null); // 가능함

  코틀린은 안되고 가능하게 하려면 HashMap의 데이터타입이 nullable타입이어야 합니다.

  val map1 = HashMap<String, String>() // 여기는 불가능
  val map2 = HashMap<String?, String?>() // 여기는 가능

• 동기화 지원을 하지 않습니다.

• 원소들의 순서를 보장해주지 않습니다. (원소가 들어온 순서대로 저장하지 않음)

• get() 함수: O(1), put() 함수: O(1), containsKey() 함수: O(1)

• 참고: https://docs.oracle.com/javase/6/docs/api/java/util/HashMap.html

• Red-Black Tree로 이루어져 있습니다.

자바의 == 연산자는 원시 타입의 경우 값을 비교하고, 참조 타입의 경우에는 두 객체의 주소값을 비교하는 연산자입니다.

2가지가 있습니다. 첫번째는 Thread 클래스를 상속하는 방법이고 두번째는 Runnable 인터페이스를 구현하는 방법입니다.
// 밑에는 참고
Runnable 인터페이스는 run() 추상 메서드를 하나만 갖는 함수형 인터페이스입니다.

1. Thread 클래스 상속

public class MyThread extends Thread {
    @Override
    public void run() {
        // ...
    }
}

// 메인
MyThread thread1 = new MyThread();
thread1.start();

2. Runnable 인터페이스 구현

public class MyRunnable implements Runnable {
    @Override
    public void run() {
        // ...
    }
}
// 메인
MyRunnable runnable = new MyRunnable();
Thread thread= new Thread(runnable);
thread.start();

리플렉션은 구체적인 클래스 타입을 알지 못해도 그 클래스의 메서드, 타입, 변수 등에 접근할 수 있도록 도와주는 API를 말합니다.

new String()으로 생성할 경우 문자열은 heap 메모리 영역에 할당됩니다.
반면에 ""(String literal)의 경우 Heap 메모리 영역 중 String Constant Pool에 생성되며,
같은 문자열을 생성할 경우 같은 곳을 참조하게 됩니다.

자바의 원시타입은 데이터를 저장하는 기본 단위로 8개가 있습니다. 원시타입이 아닌 모든 타입의 변수는 객체의 주소값을 가진 참조 변수입니다. 래퍼클래스는 원시타입을 객체화시켜 주는 클래스입니다.

박싱(Boxing)은 원시타입의 변수를 객체로 변환하는 것을 말합니다.
언박싱(UnBoxing)은 래퍼 클래스에 있는 값을 다시 원시타입으로 형변환하는 것을 말합니다.

Integer num = new Integer(17); // 박싱
int n = num.intValue(); // 언박싱

자바의 접근 제한자는 크게 4가지입니다.

• private: 모든 외부 클래스는 private 멤버에 접근할 수 없습니다.
• package-private: 같은 패키지에 있을 경우에만 접근할 수 있습니다. 명시적으로 접근 제한자를 지정하지 않았을 때 지정됩니다.
• protected: 같은 패키지 내에서 접근이 가능하고 다른 패키지에서 접근하려면 상속을 해야 합니다.
• public: 모든 곳에서 접근할 수 있습니다.

• 오버로딩은 같은 이름의 메서드를 매개 변수의 타입이나 개수를 달리하여 여러 개 정의하는 것을 말합니다.
• 오버라이딩은 상위 클래스가 가지고 있는 메서드를 하위 클래스에서 재정의하는 것을 말합니다.

업캐스팅은 서브 클래스의 객체가 슈퍼 클래스 타입으로 형변환되는 것을 말합니다.

Ex) Person person = student; // Person이 부모 클래스, Student가 자식 클래스

다운캐스팅은 업캐스팅된 객체를 다시 복구하는 것을 말합니다. 다운캐스팅은 명시적인 형변환이 필요합니다.

Ex) Person person = new Student();
Student student = (Student) person;

• 인스턴스 변수는 클래스 영역에 선언된 변수로 인스턴스가 생성될 때 메모리에 할당됩니다. 각 인스턴스마다 고유의 값을 가져야 할 경우 인스턴스 변수를 사용합니다.
• 클래스 변수는 인스턴스 변수에 static키워드가 붙은 경우입니다. 클래스 변수의 경우 모든 인스턴스가 공통된 값을 공유하게 됩니다. 클래스 변수는 클래스가 메모리에 올라갈때 같이 할당됩니다. (메모리에 딱 한번 올라감)
• 지역 변수는 메서드가 실행될 때 메모리를 할당받으며, 메서드가 끝나면 소멸됩니다.
• 인스턴스 메서드는 인스턴스가 생성해야만 호출 가능합니다.
• 클래스 메서드(static)은 인스턴스 생성 없이 호출 가능합니다. 또한, 클래스 메서드는 인스턴스 변수에 접근할 수 없습니다.

public class Test {
    int var1; // 인스턴스 변수
    static int var2; // 클래스 변수
    
    public void func1() {
        int var3; // 지역 변수
    }
}

인터페이스는 기본 설계도라고 할 수 있습니다. 구현이 필요한 메서드들을 정의하며, 자바8부터는 default키워드를 통해 구현도 가능합니다.
추상클래스는 미완성 설계도라고 할 수 있습니다. abstract키워드를 사용해서 정의합니다.
인터페이스를 사용하는 경우는 여러 클래스들이 공통된 어떤 기능을 사용할 경우 인터페이스로 공통된 기능을 정의하고 각각 클래스에 맞게 구현할 수 있습니다.
추상클래스를 사용하는 경우도 역시 공통된 기능을 갖는다면 추상클래스를 상속해서 사용합니다.
두개를 나눠 놓은 이유는 자바가 다중 상속이 불가능하기 때문에 추상클래스만으로 묶을 수 없는 다른 공통 기능들을 인터페이스를 통해서 묶을 수 있다고 생각합니다.

synchronized는 동기화할 때 사용되는 키워드입니다.
synchronized 블록을 만들거나 메서드에 붙여서 사용하며
이는 멀티스레드 환경에서 한 스레드만 접근할 수 있음을 보장해줍니다.

synchronized(obj) {
    // 임계 영역
}
// 둘 다 같은 코드
obj.intrinsicLock.lock();
try {
    // 임계 영역
} finally {
    obj.intrinsicLock.unlock();
}

• 메서드에 사용할 경우는 아래와 같다

  public synchronized void method() {
      // ...
  }
  // 둘 다 같은 코드
  public void method() {
      this.intrinsicLock.lock();
      try {
          // ...
      } finally {
          this.intrinsicLock.unlock();
      }
  }