객체와 JVM의 메모리 구조

클래스

클래스는 서로 연관되어 있는 데이터와 메서드의 집합(Grouping)이다. 객체를 만들기 위한 설계도로서, 코드의 응집도(Cohesion)을 높이고 결합도(Coupling)을 낮출 수 있다.

생성자

생성자는 객체가 생성될 때 객체의 초기화를 위해 실행되는 코드 블록이다. 생성자는 자바 클래스의 멤버가 아니며, 멤버가 아니므로 상속되지 않는다. 따라서 오버라이딩의 대상이 될 수 없고, 메소드가 아니므로 리턴 타입이 없다.(void 조차 허용 안됨)

public Class Circle { // 클래스
    pulbic Cirche() {...} // 생성자
}

생성자의 이름은 반드시 클래스 이름과 동일하게 작성해야 한다.

public class Circle {
    public Circle() {...} // 매개변수 없는 생성자
    public Circle(int a, String b) {...}// 2개의 매개변수를 가진 생성자
}

생성자는 여러개의 작성(오버로딩)을 할 수 있다.

• 오버로딩이란? 같은 동작을 하지만 매개변수를 다르게 하는 경우에 오버로딩을 구현한다.
  • 생성자 이름이 같아야 한다.
  • 매개변수의 개수 or 매개변수의 타입이 달라야 한다.

메서드

클래스의 기능(동작)에 해당하는 구현 부분으로 해당 메서드 호출 시 메서드의 블럭 {}에 해당하는 부분을 실행하고, 리턴 타입이 존재한다.

public class Car { // 클래스
    String carName; // 멤버 변수
    String carColor;
    int velocity;
    int wheelNum;


    public void steedUp() {...} // 멤버 메서드
    public void speedDown() {...}
    public void stop() {...}

};

인스턴스

설계도인 클래스 바탕으로 객체를 소프트웨어 실체화 하면 인스턴스(Instance)가 되고, 이 과정을 인스턴스화(instantiation)라고 한다. 인스턴스는 new 연산자를 통해 생성할 수 있으며, 실체화된 인스턴스는 메모리에 할당된다. 따라서 인스턴스는 메모리에 할당된 객체이다.

인스턴스를 생성하는 방법은 클래스 변수 = new 클래스(); 이다.

변수

• 변수란 데이터를 저장할 수 있는 메모리 공간을 의미한다.

• 원시 타입 변수(기본형 primitive type) : 호출하면 값이 출력
  정수형 [ int, long, byte, short ]
  실수형 [ float, double ]
  논리형 [ boolean ]
  문자형 [ char ]

  
  

  Int i; 원시타입 변수 선언

• 레퍼런스 타입 변수(참조형 reference type) : 호출하면 주소번지 출력
  배열
  객체 배열(주소번지 두 번 접근)
  List, Map(자료구조 - 주소번지를 두 번 접근)
  

  
  

  String name = null; 레퍼런스 타입 변수 선언

double 타입의 pi 멤버 변수는 non-static이기 때문에 main메소드에서 사용할 수 없어 Static으로 변경해야 사용 가능하다.

메모리 구조

Static

JAVA 파일은 크게 필드(field), 생성자(constructor), 메소드(method)로 구성된다. 그중 필드에서 선언된 멤버변수(static이라는 키워드를 사용하여 static변수와 static메소드를 만듦) Static영역에 데이터를 저장한다. Static영역의 데이터는 프로그램의 시작부터 종료가 될 때까지 메모리에 남아있게 된다. 다르게 말하면 전역변수가 프로그램이 종료될 때까지 어디서든 사용이 가능한 이유이기도 하다. 따라서 멤버변수를 무분별하게 많이 사용하다 보면 메모리가 부족한 우려가 있어 필요한 변수만 사용할 필요가 있다.

Stack

메소드 내에서 정의하는 기본 자료형(int, double, byte, long, boolean..)에 해당되는 지역변수의 데이터 값이 저장되는 공간이 Stack영역이다. 해당 메소드가 호출될 때 메모리에 할당되고 종료되면 메모리가 해제된다.

public class StackArea {
    public static void main(String[] args) {
        int a = 5;  a = 4;  a = 3;  a = 2;
        System.out.println(a);
        for(int i = 0; i<5; i++) {
        }
        system.out.println(i);  //컴파일 에러
    }
}

a라는 변수는 main 메소드가 호출될 때 Stack 영역에 할당되고 종료 시 해제된다. a라는 변수의 값이 5, 4, 3, 2 순으로 값을 할당하였고 출력되는 값은 ‘2’가 출력된다. 이전 데이터는 지워지고 마지막 ‘2’라는 값만 출력된다. 즉, Stact영역은 LIFO(Last In First Out)의 구조를 갖고 변수의 새로운 데이터가 할당되면 이전 데이터는 지워진다는 것을 알 수 있다.

또한 for문 내에 int i 를 정의하였는데 for문이 종료된 다음 i를 출력하지 못하는 이유는 지역변수이므로 for문의 종료와 함께 Stack영역에서 해제되었기 때문이다.

Heap

참조형(reference Type)의 데이터 타입을 갖는 객체(인스턴스), 배열 등은 Heap영역에서 데이터가 저장된다. 이때 변수(객체, 객체변수, 참조변수)는 Stack영역의 공간에서 실제 데이터가 저장된 Heap영역의 참조값(reference value, 메모리에 저장된 주소를 연결해주는 값)을 new 연산자를 통해 리턴 받는다. 다시 말하면 실제 데이터를 갖고 있는 Heap영역의 참조 값을 Stack영역의 객체가 갖고 있다. 이렇게 리턴 받은 참조 값을 갖고 있는 객체를 통해서만 해당 인스턴스를 사용할 수 있다.

public class HeapArea01 {
    public static void main(String[] args) {
        int[] a = null; // int형 배열 선언 및 Stack영역 공간 할당
        System.out.println(a); // 결과 : null

        a = new int[5]; // Heap영역에 5개 연속된 공간 할당 및 변수 a에 참조값 할당
        System.out.println(a); // 결과 : @15ds4751 (참조값)
    }
}

결국 a변수는 데이터가 저장된 Heap영역의 참조 값을 리턴 받아 갖고 있다는 것이다.

public class HeapArea02 {
    public static void main(String[] args) {
        String str1 = new String("joker");
        String str2 = new String("joker");

        if(str1 == str2) {
            System.out.println("같은 주소값 입니다.");
        } else {
            System.out.println("다른 주소값 입니다.");
        }
    }
}

문자열을 저장하는 String도 참조형이다. new 연산자를 이용해서 생성하면 데이터는 Heap영역에 저장되고 str1과 str2는 참조 값을 리턴 받는다. 저장된 주소가 다르기 때문에 “===”으로 비교 시 “다른 주소값 입니다.”가 출력되는 것이다.

class A{}

public class HeapArea {
    public static void main(String[] args) {
        A a = null; // A타입의 a객체 선언 및 Stack 영역 공간 할당
        System.out.prlintln(a); // 결과 : null

        a = new A(); // Heap 메모리에 공간 할당 및 객체(a)에 참조 값 할당
        System.out.println(a); // 결과 : @15ds4751 (참조값)
    }
}

결국 객체(인스턴스)가 참조 값을 갖는다는 것이다.

1. 참조변수 정의 : 참조변수 a는 Stack 메모리에 저장되어 초기 값은 null이다.

2. 인스턴스 생성 : new 연산자를 통해 인스턴스를 생성하면 Heap 메모리에 A 인스턴스가
생성되고, 인스턴스를 가리키는 주소(reference)를 반환하여 참조변수 a에 저장된다.
참조변수는 인스턴스 그 자체가 아니라, 단지 인스턴스를 가리키기 위한 변수이다.

3. 인스턴스 접근 : 2번 과정을 통해 해당 객체의 멤버 변수와 멤버 메서드를 사용할 수 있다.

• 참조변수.멤버변수
• 참조변수.멤버메서드()

인스턴스를 생성하고 다룰 때 주의해야 할 것은 가리키고 있는 인스턴스가 없다는것을 나타내는 ‘Null’주소이다. 예제와 같이 Null주소로 지정된 경우 컴파일 에러는 발생하지 않지만 런타임 시 NullPointerException이 발생한다.

public class Car {
    ...

    public static void main(String args[]) {
        Car c2;
        c2.carName = "그랜저"; //  컴파일 에러 발생

        c2 = null;
        c2.carName = "그랜저"; // NullPointException 에러 발생
    }
}

추가로 Heap에 저장된 데이터가 더 이상 사용이 불필요하다면 메모리 관리를 위해 JVM(자바가상머신)에 의해 알아서 해제된다. 이러한 기능을 가비지컬렉션(GC, 쓰레기 수집)이라고 한다.

참고자료

• https://m.blog.naver.com/heartflow89/220954420688
• https://gbsb.tistory.com/155