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01-java-core.md

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Java 핵심

JVM의 구조와 Java 실행 방식

JVM은 자바 프로그램을 실행하는 가상 머신입니다.

핵심 특징은 다음과 같습니다.

  • 운영체제에 독립적이어서 같은 바이트코드로 여러 OS에서 실행할 수 있습니다.
  • 가비지 컬렉터가 메모리 회수를 자동으로 처리해 개발자가 직접 메모리를 관리할 필요가 없습니다.

JVM 주요 구성

  • Class Loader
    • 컴파일된 .class 바이트코드를 읽어 메모리에 적재합니다.
  • Runtime Data Area
    • JVM이 사용하는 메모리 영역입니다.
    • 대표적으로 Heap, Stack, Method Area, PC Register, Native Method Stack이 있습니다.
  • Execution Engine
    • 적재된 바이트코드를 해석하거나 기계어로 변환해 실행합니다.
    • Interpreter, JIT Compiler, GC가 여기에 포함됩니다.

Java 실행 과정

  1. 개발자가 작성한 .java 파일을 javac가 .class 바이트코드로 컴파일합니다.
  2. Class Loader가 바이트코드를 JVM 메모리 영역에 로드합니다.
  3. Execution Engine이 바이트코드를 해석하거나 JIT 컴파일하여 실행합니다.

Compiler와 Interpreter 차이

구분 Compiler Interpreter
동작 방식 소스 코드 전체를 한 번에 번역 실행 시 한 줄씩 읽으며 번역
실행 파일 생성됨 보통 별도 실행 파일 없음
실행 속도 빠름 상대적으로 느림
오류 발견 시점 실행 전 문법 오류 확인 가능 실행 중 해당 지점에서 오류 확인
예시 C, C++ Python, JavaScript

자바는 컴파일 언어인가, 인터프리터 언어인가

자바는 하이브리드 방식입니다.

  1. 컴파일 단계에서 javac가 소스 코드를 바이트코드로 변환합니다.
  2. 실행 단계에서 JVM이 바이트코드를 해석하며 실행합니다.
  3. 자주 실행되는 코드는 JIT 컴파일러가 기계어로 최적화하여 성능을 높입니다.

GC 개념과 동작 방식

GC는 힙 영역에 생성된 객체 중 더 이상 사용되지 않는 객체를 자동으로 찾아 메모리를 회수하는 기능입니다.

기본 원리

  • GC Root에서 출발해 참조가 이어지는 객체를 Reachable로 판단합니다.
  • 참조가 닿지 않는 객체를 Unreachable로 보고 수거 대상으로 판단합니다.

대표 알고리즘

  • Mark and Sweep
    • 사용 중인 객체를 표시하고, 표시되지 않은 객체를 제거합니다.
  • Generational GC
    • 대부분의 객체는 금방 사라진다는 가정으로 Young/Old 영역을 나눠 관리합니다.
    • Young 영역에서 주로 Minor GC가 발생합니다.
    • 오래 살아남은 객체는 Old 영역으로 이동합니다.
    • Old 영역 정리 시 Full GC 또는 Major GC가 발생하며 Stop-the-world 시간이 길어질 수 있습니다.

객체지향 4가지 특징

객체지향의 목적은 유지보수성, 확장성, 재사용성을 높이는 데 있습니다.

추상화

  • 복잡한 시스템에서 핵심 개념만 뽑아 모델링하는 것입니다.
  • 예: 여러 자동차의 공통 속성을 추출해 Car로 표현

캡슐화

  • 데이터와 해당 데이터를 다루는 메서드를 하나로 묶는 것입니다.
  • 외부에서 내부 상태를 함부로 건드리지 못하게 보호합니다.

상속

  • 부모 클래스의 속성과 기능을 자식 클래스가 물려받아 재사용하거나 확장하는 것입니다.
  • 코드 중복을 줄이고 재사용성을 높입니다.

다형성

  • 같은 인터페이스로 서로 다른 구현을 다룰 수 있는 성질입니다.
  • 오버라이딩은 런타임 다형성, 오버로딩은 컴파일 타임 다형성으로 설명할 수 있습니다.

캡슐화와 은닉화 차이

구분 캡슐화 은닉화
핵심 데이터와 기능을 묶음 외부 접근을 제한함
초점 구조화 보호
구현 클래스 단위로 묶음 접근 제어자 사용
관계 은닉화를 가능하게 하는 방법 캡슐화로 얻는 효과

제네릭

제네릭은 클래스나 메서드에서 사용할 타입을 컴파일 시점에 지정하는 기능입니다.

장점

  • 타입 안정성을 높일 수 있습니다.
  • 불필요한 캐스팅을 줄일 수 있습니다.

오버라이딩과 오버로딩 차이

  • 오버라이딩
    • 상위 클래스의 메서드를 하위 클래스에서 재정의하는 것입니다.
    • 메서드 이름, 파라미터, 반환 타입 규칙을 따라야 합니다.
  • 오버로딩
    • 같은 이름의 메서드를 파라미터 타입이나 개수를 다르게 하여 여러 개 정의하는 것입니다.

인터페이스와 추상 클래스 차이

  • 추상 클래스
    • extends로 상속받습니다.
    • 공통 상태와 공통 기능을 일부 구현해 하위 클래스에 확장 포인트를 제공합니다.
    • 필드와 생성자를 가질 수 있습니다.
  • 인터페이스
    • implements로 구현합니다.
    • 클래스 간 공통 규약을 정의하는 데 적합합니다.
    • 다중 구현이 가능합니다.

클래스와 객체 차이

  • 클래스
    • 객체를 만들기 위한 설계도입니다.
  • 객체
    • 클래스를 기반으로 실제 메모리에 생성된 인스턴스입니다.

접근 제어자

  • private
    • 같은 클래스 내부에서만 접근 가능합니다.
  • default
    • 같은 패키지 내부에서만 접근 가능합니다.
  • protected
    • 같은 패키지 또는 다른 패키지의 자식 클래스에서 접근 가능합니다.
  • public
    • 어디서나 접근 가능합니다.

SOLID

객체지향 설계에서 유지보수성과 확장성을 높이기 위한 5가지 원칙입니다.

  • SRP
    • 클래스는 하나의 책임만 가져야 합니다.
  • OCP
    • 확장에는 열려 있고 변경에는 닫혀 있어야 합니다.
  • LSP
    • 하위 타입은 상위 타입을 대체할 수 있어야 합니다.
  • ISP
    • 범용 인터페이스 하나보다 역할에 맞는 작은 인터페이스 여러 개가 낫습니다.
  • DIP
    • 구체 구현보다 추상화에 의존해야 합니다.

Call by Value와 Call by Reference

Call by Value

  • 값을 복사해서 전달합니다.
  • 메서드 안에서 값을 바꿔도 원본 변수에는 영향이 없습니다.

Call by Reference

  • 참조 자체를 전달해 같은 대상을 함께 바라봅니다.
  • 메서드 안에서 변경한 내용이 원본에도 영향을 줍니다.

자바는 무엇인가

자바는 Call by Value입니다.

  • 기본형은 값 자체를 복사합니다.
  • 객체는 참조값을 복사합니다.
  • 그래서 메서드 안에서 객체 내부 상태를 바꾸면 원본이 바뀐 것처럼 보이지만, 다른 객체를 재할당해도 호출자 쪽 참조 자체는 바뀌지 않습니다.

직렬화와 역직렬화

  • 직렬화
    • 객체를 바이트 스트림으로 변환하는 과정입니다.
    • 파일 저장, 네트워크 전송 등에 사용됩니다.
  • 역직렬화
    • 바이트 스트림을 다시 객체로 복원하는 과정입니다.

자바에서는 보통 Serializable 인터페이스로 직렬화 가능 여부를 표시합니다.

동일성과 동등성

  • ==
    • 두 참조가 같은 객체를 가리키는지 비교합니다.
  • equals()
    • 두 객체가 논리적으로 같은 값인지 비교합니다.

equals()와 hashCode() 규약

핵심 규약은 equals()가 true라면 hashCode()도 반드시 같아야 한다는 점입니다.

이유는 HashMap, HashSet 같은 해시 기반 컬렉션이 먼저 hashCode()로 버킷을 찾고, 그 다음 equals()로 실제 동일한지 확인하기 때문입니다.

주의할 점은 반대로 hashCode()가 같다고 해서 equals()도 반드시 true인 것은 아니라는 점입니다. 해시 충돌은 가능하기 때문입니다.

Checked Exception과 Unchecked Exception

  • Checked Exception
    • 컴파일 시점에 확인됩니다.
    • 예외 처리를 강제합니다.
    • 예: IOException, SQLException
  • Unchecked Exception
    • 런타임 시점에 확인됩니다.
    • RuntimeException 계열이며 처리 강제가 없습니다.
    • 예: NullPointerException, IndexOutOfBoundsException

static 키워드

static은 인스턴스가 아니라 클래스에 속한다는 의미입니다.

  • 객체를 생성하지 않아도 접근할 수 있습니다.
  • 모든 인스턴스가 같은 값을 공유합니다.
  • 면접에서는 보통 "클래스 로딩 시점에 올라가며 클래스 단위로 1개만 존재한다"고 설명하면 충분합니다.

참고로 메모리 배치는 JVM 구현에 따라 세부사항이 다를 수 있어, 단순히 "공유되는 클래스 레벨 자원"이라고 설명하는 편이 안전합니다.

POJO

POJO는 특정 프레임워크에 강하게 종속되지 않은 평범한 자바 객체를 뜻합니다.

특징

  • 특정 기술 규약을 강제하는 상속에 묶이지 않습니다.
  • 특정 인터페이스 구현이 필수는 아닙니다.
  • 핵심 비즈니스 로직이 기술 구현보다 객체 자체에 집중됩니다.

Spring과의 관계

스프링은 POJO 중심으로 애플리케이션을 만들 수 있게 도와주는 프레임워크입니다. 개발자는 비즈니스 로직에 집중하고, DI나 AOP 같은 기술적 관심사는 스프링이 지원합니다.

리플렉션

리플렉션은 런타임에 클래스의 메타데이터를 조회하고 조작할 수 있게 해주는 기능입니다.

할 수 있는 일

  • 클래스 정보 조회
  • 생성자를 통한 동적 객체 생성
  • 메서드 호출
  • 필드 값 조회 및 변경

프레임워크 활용 예시

  • Spring의 DI와 컴포넌트 스캔
  • JPA의 엔티티 생성 및 필드 매핑
  • Jackson/Gson의 직렬화, 역직렬화
  • JUnit의 테스트 메서드 탐색

Stream API

Stream API는 컬렉션이나 배열 데이터를 선언형으로 처리할 수 있게 해주는 기능입니다.

특징

  • 원본 데이터를 직접 수정하지 않습니다.
  • 한 번 최종 연산이 수행된 스트림은 재사용할 수 없습니다.
  • 내부 반복 방식이라 코드가 간결합니다.
  • 중간 연산은 지연 평가되며, 최종 연산 시점에 실제 수행됩니다.

파이프라인 구조

  1. 생성: stream(), Arrays.stream()
  2. 중간 연산: filter, map, sorted, distinct
  3. 최종 연산: collect, forEach, count, reduce

장단점

  • 장점
    • 가독성이 좋아지고 병렬 처리 확장이 쉽습니다.
  • 단점
    • 단순 반복보다 오버헤드가 있을 수 있고 디버깅이 불편할 수 있습니다.