자세한 사항

객체지향 프로그래밍

자바 프로그램 실행 과정

자바 메모리 구조

Abstract와 Interface의 차이점 : https://jroomstudio.tistory.com/7

• 객체지향프로그래밍이란? : 현실 세계의 사물같은 객체를 만들고, 객체에서 필요한 특징을 뽑아 프로그래밍을 수행

  • 객체지향 프로그래밍 4가지 특징 : 추상화, 캡슐화, 상속성, 다형성
  • 객체지향 설계 5대 원칙 : SRP, OCP, LSP, ISP, DIP
    • Single Responsible Principle(단일 책임의 원칙) : 한 클래스는 하나의 책임만을 가진다. 그 책임에 집중
    • Open Closed Principle(개방/ 폐쇄의 원칙) : 소프트웨어 요소는 확장에는 열려있고 변경에는 닫혀있어야 한다.
    • Liskov Substitution Principle(리스코프 치환 원칙) : 프로그램의 객체는 정확성을 깨뜨리지 않고 하위 타입의 인스턴스로 바꿀 수 있어야한다.
    • Interface Segregation Principle(인터페이스 분리 원칙) : 특정 인터페이스 여러 개가 범용적인 하나의 인터페이스 보다 낫다.
    • Dependency Inversion Principle(의존관계 역전 원칙) : 추상화에 의존해야지, 구체화에 의존해서는 안된다.

• 추상 클래스와 인터페이스의 차이

  • 인터페이스 : 인터페이스를 상속받은 클래스는 반드시 모든 메서드를 재정의(오버라이딩) 해야한다. 클래스의 인스턴스는 인터페이스를 통해 다형성을 얻게되고, 따라서 인터페이스는 하위 클래스에게 설계도와 같은 역할이다. 하위 클래스는 여러개의 설계도를 가질 수 있으며(다중 상속 가능) 각각의 설계도에 맞는 구현체를 제공한다.
  • 추상 클래스 : 인터페이스와 다르게 다중 상속 불가능하고 오로지 추상 클래스의 기능을 이용하여 확장하는 역할을 한다.
  • 따라서 추상 클래스는 확장하기 위한 용도, 인터페이스는 일종의 설계도와 같은 용도이다.

• 객체지향, 함수형의 차이

  • 클래스 디자인과 객체들의 관계 중심 vs 값의 연산 및 결과 도출 중심
  • 클래스가 일급 객체 vs 함수 자체가 일급 객체
  • 같은 인자값에 대해 다른 결과값이 반환될 수 있음 vs 항상 같은 결과값 반환됨

• 오버로딩 오버라이딩

  • 오버라이딩 : 상위 클래스가 가지고 있는 메소드를 상속 받을 때 자식 클래스에서 메소드를 재정의하는것을 말합니다.
  • 오버로딩 : 같은 이름의 함수를 여러개 정의하고, 매개변수의 타입과 개수를 다르게 하여 매개변수에 따라 다르게 호출할 수 있게 하는 것입니다.

• 자바 애플리케이션, JVM 실행 과정 :

  • JVM (Java Virtual Machine)은 스택 기반의 가상 머신으로 Java가 운영체제에 구애받지 않고 재사용 가능하게 해주고 자바 바이트 코드를 실행할 수 있는 주체입니다.
  • 1. 자바 프로그램이 실행되면 JVM은 운영체제로부터 프로그램이 필요로하는 메모리를 할당받는다. JVM은 이 메모리를 용도에 따라 여러 영역으로 나누어 관리한다.
  • 2. 자바 컴파일러 javac가 자바 소스 코드를 읽어들여 자바 바이트 코드 .class로 변환시킨다.
  • 3. Class Loader를 통해 class 파일들을 JVM으로 로딩한다.
  • 4. 로딩된 class 파일들은 Execution Engine을 통해 해석된다.
  • 5. 해석된 바이트코드는 Runtime Data Area에 배치되어 실질적인 수행이 이루어지게 된다. 이 실행과정 속에서 JVM은 필요에 따라 스레드 동기화와 GC같은 관리 작업을 수행한다.

  

• 자바 메모리 구조

  

  1. Heap (GC 대상 o) new 연산자로 생성된 객체, Array와 같은 동적으로 생성된 데이터가 저장되는 공간 Heap에 저장된 데이터는 Garbage Collector 가 처리하지 않는한 소멸되지 않는다. Reference Type 의 데이터가 저장되는 공간, String 리터럴 객체의 상수 값을 저장(캐싱)
  2. Method Area(Java 8 이후로는 Metaspace) (GC 대상 x ) JVM이 실행되면서 생기는 공간이다. Class 정보, 전역변수 정보, Static 변수 정보가 저장되는 공간이다. Runtime Constant Pool은 각 클래스와 인터페이스의 상수뿐만 아니라, 메서드와 필드에 대한 모든 레퍼런스까지 담고 있는 테이블입니다. 즉, 어떤 메서드나 필드를 참조할 때 상수 풀을 통해 해당 메서드나 필드의 실제 메모리상 주소를 찾아서 참조한다.
  3. Stack 지역변수, 메소드의 매개변수와 같이 잠시 사용되는 데이터가 저장되는 공간 Last In First Out, 나중에 들어온 데이터가 먼저 나간다 만약, 지역변수 이지만 Reference Type일 경우에는 Heap 에 저장된 데이터의 주소값을 Stack 에 저장해서 사용하게 된다.
  4. Native Method Stack Java 가 아닌 다른 언어 (C, C++) 로 구성된 메소드를 실행이 필요할 때 사용되는 공간
  5. PC Register 스레드가 생성되면서 생기는 공간 스레드가 어느 명령어를 처리하고 있는지 그 주소를 등록한다. JVM이 실행하고 있는 현재 위치를 저장하는 역할

  

• 클래스 로더란?

  • 클래스 로딩 : 클래스를 동적으로 로드하며, 클래스의 메타데이터를 JVM의 메모리(Runtime Constant Poll)에 적재
  • 클래스 링크 - (검증, 준비, 해결) : 클래스 로딩 후에 클래스 파일의 바이트 코드가 올바른지(검증), 정적 변수를 기본값으로 초기화(준비 )또한 상수 풀(Constant Pool)에 있는 Symbolic Reference를 실제 메모리 Reference로 변환
  • 클래스 초기화 : 정적 변수들은 프로그램에서 지정된 값으로 변경

• 클래스 로드 과정

  

  • 애플리케이션 클래스로더는 자기가 받은 클래스 로딩 요청을 확장 클래스로더에 위임하고, 확장 클래스 로더는 부트스트랩 클래스로더에 위임한다. 그리고, 부트스트랩 클래스로더부터 요청한 클래스가 있는지 확인하고 없으면 자식 클래스에 위임한다.
  • 애플리케이션 클래스로더에서도 찾지 못하면 ClassNotFoundException 예외가 발생한다.

• 가비지 컬렉션이란? : GC는 JVM에서 메모리를 관리해주는 모듈이다. Heap 메모리를 재활용하기 위해서 더 이상 참조되지 않는 객체들을 메모리에서 제거하는 모듈이다. 개발자 입장에서 메모리 릭(memory leak) 걱정 X, 개발에 집중 가능

  

  • 가비지 컬렉션 일어나는 과정 : Mark and Sweep이라는 과정에서 참조되지 않는 객체를 찾는다. Mark는 GC Root로부터 참조되는 객체를 식별(Mark)하고 그렇지 않은 Unreachable한 객체는 제거(Sweep)한다.

  

  1. 새로운 객체는 Eden 영역에 할당된다. 두개의 Survivor Space는 비워진 상태로 시작한다.
  2. Eden 영역이 가득 차면, Minor GC(Young Generation을 대상으로 하는 GC)가 발생한다.
  3. Minor GC 가 발생하면, Reachable 객체들은 S0으로 옮겨진다. Unreachable 객체들은 Eden 영역이 클리어 될 때 함께 메모리에서 사라진다.
  4. 3번 반복 → 기존에 S0에 있었던 Reachable 객체들은 S1으로 옮겨지는데, 이때, age 값이 증가되어 옮겨진다.(age 임계값은 31 ← 6bit) (S0 → S1, S1 → S0 age++ 반복)
  5. age 값이 특정값 이상이 되면 Old Generation(Java 8 까지는 Tenured Generation라 부름)으로 옮겨지는데 이 단계를 Promotion(진급)

  Old Generation에서는 Major GC 발생 ( Minor GC보다 긴 Stop the world가 발생, 약 10배 )

  Young + Old + Metaspace 전체에서는 Full GC 발생

  https://beststar-1.tistory.com/15

  • GC 모니터링이란 : JVM이 GC를 어떻게 수행하고 있는지 확인하는 절차. Young에 있던 객체를 언제 얼마나 Old로 이동했는지, STW가 언제 얼마동안 일어났는지 등 을 통해 GC를 튜닝해야하는지 알기 위한 과정. 방법은 접근 인터페이스에 따라 CUI, GUI로 나뉜다.
    • CUI 방법 : jstat, verbosegc 명령어
    • GUI 방법 : Visual GC , Visual VM (Oracle JDK 제공)

• 컬렉션 프레임워크 : 자료구조를 바탕으로 객체나 데이터들을 효율적으로 관리(추가, 삭제, 검색, 저장)할 수 있는 라이브러리를 컬렉션 프레임워크라고 합니다. 대표적으로는 List, Set, Map, Stack, Queue가 있다.