21.02.09 TIL47 면접스터디 1주차

서태욱·2022년 2월 9일
GCJVMJavaTILgarbage collector
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🔎 오늘 배운 것

면접에 대비해 면접 스터디를 구성해서 4주간 CS관련 배경 지식들을 함양하기로 했다.

1주차 주제는 아래와 같다.

  • JVM 동작 과정/원리
  • GC(Garbage Collector)의 종류와 동작 과정/원리
  • Java 언어 기초
    • 예시
      • 정적 타입 언어와 동적 타입 언어의 차이
      • Java 코드의 컴파일 과정
      • 각 변수 타입이 몇 byte인지, primitive type과 reference type의 차이와 활용
      • overriding vs overloading 개념과 활용
      • 접근자 종류와 기능
      • final 키워드
      • Generic의 개념
      • ThreadLocal이 무엇이고 언제 활용되는지

JVM 동작과정/원리

자바 가상 머신(Java Virtual Machine)은 OS에 구애받지 않는 플랫폼 독립성을 특징으로 하여 Java와 OS 사이에 중개자 역할을 한다.

  1. 자바 프로그램 실행시 JVM은 OS에서 실행에 필요한 메모리를 할당받는다.
  2. 자바 컴파일러(javac)가 자바 소스코드(.java)를 읽어 자바 바이트코드(.class)파일로 컴파일링한다.
  3. 컴파일링된 자바 바이트 코드는 클래스로더를 통해 JVM으로 동적 로딩(Dynamic Loading)된다.
  4. 로딩된 파일들은 실행 엔진(Execution engine)을 통해 해석된다.
  5. 해석된 코드는 각 런타임 데이터 영역(Runtime Data Areas)에 배치되어 실질적으로 수행된다.

※동적 로딩: 실행시에 모든 클래스를 로딩하지 않고 필요한 시점에 클래스를 로딩하여 사용

GC(Garbage Collector)의 종류와 동작 과정/원리

GC는 쓰레기 객체 정리(Garbage Collector)의 약자이다. Java Runtime시 Heap 영역에 저장되는 객체는 따로 정리하지 않으면 계속 쌓여 OutOfMemory Exception이 발생할 수 있다. 이를 방지하기 위해 JVM이 OS로부터 메모리를 할당받은 후 GC를 통해 스스로 메모리 관리를 하게 된다.

GC의 종류

GC는 Heap영역 내에서 어떤 영역에서 수행되는지에 따라 Minor GC와 Major GC로 구분할 수 있다.
Minor GC: Young Generation 영역에서 발생하는 GC
Major GD: Old, Perm 영역에서 발생하는 GC

동작 과정

  1. 메모리에 있는 개체가 현재 사용중인지 여부를 판단해야 한다.
  2. 새 객체는 Young Generation의 일부인 Eden 영역에 위치한다.
  3. 다른 곳에서 참조되지 않는 객체는 Minor GC가 발생하여 제거된다.
  4. Eden영역에서 살아남은 객체는 Survivor 영역으로 이동한다.
  5. Survivor 영역은 Survivor1 영역과 Survivor2 영역으로 구성되어 있다.
    Minor GC가 발생할 때마다 Survivor1 영역과 Survivor2 영역으로 객체들이 이동하며, 이 과정에서 참조되지 않는 객체는 제거된다.
  6. 살아남은 객체는 Old Generation 영역으로 옮겨진다.
  7. Old Generation, perm 영역에서 참조되지 않는 객체는 Full GC를 통해 제거된다.

Java 언어 기초

1. 정적 타입 언어와 동적 타입 언어의 차이

  • 타입: 자료형이라고도 부르며, int, float, bool, short, 객체형 등이 있다.
    변수 선언시에 앞에 붙여 사용한다.

  • 정적 타입 언어: '정적'의 의미는 컴파일 시에 타입을 결정한다는 뜻이다. C, C#, C++, Java 등의 언어가 이에 해당한다. 변수에 들어갈 값에 따라서 타입을 지정해주어야 하는 언어들이다. 컴파일 시 미리 정보를 결정하기 때문에 속도가 빠르고 타입 에러로 인한 문제를 조기에 발견할 수 있어 안정성이 높다. 반면 타입이 미리 제한되기 때문에 유연성은 떨어진다.

  • 동적 타입 언어: 동적 타입은 컴파일 시가 아니라 실행 시에 타입을 정하게 된다. Python, Ruby, JavaScript 등의 언어가 해당한다. 타입에 대한 결정을 Runtime까지 끌고 갈 수 있어 유연성이 있고, 상대적으로 코드 작성이 빠르다. 반면 실행 도중 변수에 예상하지 못한 타입이 들어와 에러가 발생할 수 있고, 코드가 복잡해지면 타입 에러를 찾기 어려운 측면이 있다.

2. Java 코드의 컴파일 과정

  1. 자바 소스코드(.java)를 작성한다.
  2. 자바 컴파일러(javac)가 자바 소스코드(.java)를 읽어 자바 바이트코드(.class)파일로 컴파일링한다. 바이트 코드의 각 명령어는 1바이트 크기의 Opcode와 추가 피연산자로 구성된다.
  3. 컴파일링된 자바 바이트 코드는 클래스로더를 통해 JVM으로 동적 로딩(Dynamic Loading)된다.
    클래스로더 동작 순서
    ①로드: 클래스파일을 JVM 메모리에 불러옴
    ②검증: 자바 언어 명세 및 JCM 명세에 명시된 대로 구성되어 있는지 검사
    ③준비: 클래스가 필요로 하는 메모리 할당
    ④분석: 클래스의 상수 풀 내 모든 심볼릭 레퍼런스를 다이렉트 레퍼런스로 변경
    ⑤초기화: 클래스 변수를 적절한 값으로 초기화
  4. 로딩된 파일들은 실행 엔진(Execution engine)을 통해 해석된다.
  5. 해석된 코드는 각 런타임 데이터 영역(Runtime Data Areas)에 배치되어 실질적으로 수행된다.

3. Java 변수

  • 원시 타입(Primitive Type)과 참조 타입(Reference Type)
    -원시 타입: 정수, 실수, 문자, 논리 리터럴 등 실제 데이터 값을 저장하는
타입형저장공간범위비고
int정수4 Byte2,147,483,648 ~ 2,147,483,647 (약 ±20억)-
long정수8 Byte9,223,372,036,854,775,808접미어 L 사용
short정수2 Byte32,768 ~32,767-
byte정수1 Byte128 ~ 127-
float부동 소수점4 Byte약 +-3.40282347E+38F (자릿수 6~7)접미어 F 사용
double부동 소수점8 Byte약 +-1.79769313486231579E+308 (자릿수 15)-
charchar테스트3-UTF-16 문자 인코딩
booleanboolean-True, False만 가능논리 값 판단(참, 거짓)

-참조 타입: 객체(Object)의 주소를 저장(참조)하는 타입. Array, Class, Interface 등

4. overriding vs overloading 개념과 활용

  • Overloading
    자바 클래스 내에 이미 사용하려는 이름과 같은 메서드가 있더라도, 매개변수의 유형과 개수가 다르다면 같은 이름을 사용하여 다양한 유형의 호출에 응답하도록 하는 것.
class OverloadingTest{
    //이름이 cat인 메서드
    void cat(){
        System.out.println("매개변수 없음");
    }
    
    //매개변수 int형이 2개인 cat 메서드
    void cat(int a, int b){
        System.out.println("매개변수 :"+a+", "+b);
    }
    
    //매개변수 String형이 한 개인 cat 메서드
    void cat(String c){
        System.out.println("매개변수 : "+ c);
    }
    
}
 
public class OverTest {
 
    public static void main(String[] args) {
        
        //OverloadingTest 객체 생성
        OverloadingTest ot = new OverloadingTest();
        
        //매개변수가 없는 cat() 호출
        ot.cat();
        
        //매개변수가 int형 두개인 cat() 호출
        ot.cat(20, 80);
        
        //매개변수가 String 한개인 cat() 호출
        ot.cat("오버로딩 예제입니다.");
        
    }
 
}

출처: https://private.tistory.com/25 [공부해서 남 주자]
  • Overriding
    메서드의 이름, 매개변수, 반환형이 같은 경우 상속받은 메서드를 덮어쓴다는 개념. 상위 클래스가 가진 메서드를 하위 클래스로 상속하여 사용할 수 있고, 상속한 메서드를 재정의해서 사용할 수도 있다.
class Woman{ //부모클래스
    public String name;
    public int age;
    
    //info 메서드
    public void info(){
        System.out.println("여자의 이름은 "+name+", 나이는 "+age+"살입니다.");
    }
    
}
 
class Job extends Woman{ //Woman클래스(부모클래스)를 상속받음 : 
 
    String job;
    
    public void info() {//부모(Woman)클래스에 있는 info()메서드를 재정의
        super.info();
        System.out.println("여자의 직업은 "+job+"입니다.");
    }
}
 
public class OverTest {
 
    public static void main(String[] args) {
        
        //Job 객체 생성
        Job job = new Job();
        
        //변수 설정
        job.name = "유리";
        job.age = 30;
        job.job = "프로그래머";
        
        //호출
        job.info();
        
    }
 
}

출처: https://private.tistory.com/25 [공부해서 남 주자]

5. 접근제어자

  • 접근 제어자란?: 클래스나 인터페이스, 그리고 이들이 가지고 있는 멤버의 접근을 제어하기 위한 지시어.

  • 종류
    ①Public - 모든 패키지, 모든 클래스에서 접근 제한 없음
    ②Protected - 같은 패키지의 모든 클래스에 접근 허용 / 다른 패키지여도 자식 클래스라면 접근 허용
    ③Default - 동일한 패키지 내에 있는 클래스만 접근 허용
    ④Private - 해당 멤버를 선언한 클래스에서만 접근 허용

접근 제어자같은 클래스의 멤버같은 패키지의 멤버자식 클래스의 멤버그 외 영역
PublicOOOO
ProtectedOOOX
DefaultOOXX
PrivateOXXX

6. final 키워드

final 키워드가 선언되면 시간이 지나도 처음 정의된 상태가 변하지 않는다는 것을 보장한다는 의미이다.
①변수(variable): 변수에 final을 붙이면 이 변수는 수정할 수 없다는 의미가 된다. 수정 불가한 범위는 그 변수의 값에 한정된다. 수정될 수 없기 때문에 초기화 값이 필수적이다.
②메서드(method): 메서드에 final이 붙으면 override가 제한된다. 즉, 상속받은 클래스에서 해당 메서드를 수정해서 사용하지 못하도록 제한하는 것이다.
③클래스(class): 클래스에 final이 붙으면 다른 클래스가 상속할 수 없는 클래스가 된다.

7. Generic의 개념

데이터의 타입(data type)을 일반화(generalize)하는 것으로,
클래스나 메소드에서 사용할 내부 데이터 타입을 클래스 외부에서 컴파일 시에 미리 지정하는 것이다.
JDK 1.5에서 처음 도입. <> 괄호 안에 타입을 지정해 준다.

장점으로는 잘못된 타입이 들어오는 것을 컴파일 단계에서 방지할 수 있고, 클래스 외부에서 지정해주기 때문에 변환 과정이 필요 없어 관리가 편하다. 또한 비슷한 기능 지원시 코드의 재사용성이 높아진다. 

타입 변수(Type Variable)의 예시

class MyArray<T> {

    T element;

    void setElement(T element) { this.element = element; }

    T getElement() { return element; }

}

8. ThreadLocal이 무엇이고 언제 활용되는지

  • Thread: 한 프로세스 내에세 동작되는 여러 실행 흐름.
  • ThreadLocal: Thread의 지역 변수.
    오직 한 Thread에 의해 읽고 쓰이는 변수를 생성할 수 있도록 해준다.
    관련된 코드가 파라미터를 사용하지 않고 객체를 각자 가져다 쓸 때 활용된다.
    Thread 정보를 key로 하여 값을 저장해 두는 Map 구조로 되어 있다.
public class UserTermService {

  public static ThreadLocal<Integer> threadLocalValue = new ThreadLocal<>(); // ThreadLocal 사용을 위한 선언

  public UserTermService(Integer value) {
    threadLocalValue.set(value); // ThreadLocal에 set 값을 세팅
  }

  public void threadLocal_1() {
    System.out.println("threadLocalValue : " + threadLocalValue.get()); // ThreadLocal에 있는 값을 가져오기
  }
}

public class ThreadLocalTest {

    @Test
    public void threadLocalTest() {
        UserTermService userTermService = new UserTermService(5);
        userTermService.threadLocal_1(); // threadLocalValue : 5 출력 확인
    }
}

❗️ 느낀 점

  • 역시 한번에 많은 것을 하려니까 힘들다. 조금씩 여러번이 더 낫다!
  • 비슷한 레퍼런스를 활용해서 각자 공부한 내용인데도 서로 각자 이해하는 방식이 다르고, 각자 못 본 부분들을 채워줄 수 있어서 좋았다.
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