Java 공부 23일차(자바 메모리 구조와 static란?)2편

임선구·2025년 2월 7일

Java

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static 변수3

이번에는 static 변수를 정리해보자.

용어 정리

public class Data3 {
 public String name;
 public static int count; //static
}

예제 코드에서 name , count 는 둘다 멤버 변수이다.
멤버 변수(필드)는 static 이 붙은 것과 아닌 것에 따라 다음과 같이 분류할 수 있다.

멤버 변수(필드)의 종류

인스턴스 변수: static 이 붙지 않은 멤버 변수, 예) name
- static 이 붙지 않은 멤버 변수는 인스턴스를 생성해야 사용할 수 있고, 인스턴스에 소속되어 있다. 따라
  서 인스턴스 변수라 한다.
- 인스턴스 변수는 인스턴스를 만들 때 마다 새로 만들어진다.
클래스 변수: static 이 붙은 멤버 변수, 예) count
- 클래스 변수, 정적 변수, static 변수등으로 부른다. 용어를 모두 사용하니 주의하자
- static 이 붙은 멤버 변수는 인스턴스와 무관하게 클래스에 바로 접근해서 사용할 수 있고, 클래스 자체에
  소속되어 있다. 따라서 클래스 변수라 한다.
- 클래스 변수는 자바 프로그램을 시작할 때 딱 1개가 만들어진다. 인스턴스와는 다르게 보통 여러곳에서 공유하는 목적으로 사용된다.

변수와 생명주기

지역 변수(매개변수 포함): 지역 변수는 스택 영역에 있는 스택 프레임 안에 보관된다. 메서드가 종료되면 스택 프레임도 제거 되는데 이때 해당 스택 프레임에 포함된 지역 변수도 함께 제거된다. 따라서 지역 변수는 생존 주기가 짧다.
인스턴스 변수: 인스턴스에 있는 멤버 변수를 인스턴스 변수라 한다. 인스턴스 변수는 힙 영역을 사용한다. 힙 영역은 GC(가비지 컬렉션)가 발생하기 전까지는 생존하기 때문에 보통 지역 변수보다 생존 주기가 길다.
클래스 변수: 클래스 변수는 메서드 영역의 static 영역에 보관되는 변수이다. 메서드 영역은 프로그램 전체에서 사용하는 공용 공간이다. 클래스 변수는 해당 클래스가 JVM에 로딩 되는 순간 생성된다. 그리고 JVM이 종료될 때 까지 생명주기가 이어진다. 따라서 가장 긴 생명주기를 가진다.

static 이 정적이라는 이유는 바로 여기에 있다. 힙 영역에 생성되는 인스턴스 변수는 동적으로 생성되고, 제거된다.
반면에 static 인 정적 변수는 거의 프로그램 실행 시점에 딱 만들어지고, 프로그램 종료 시점에 제거된다. 정적 변수는 이름 그대로 정적이다.

정적 변수 접근 법

static 변수는 클래스를 통해 바로 접근할 수도 있고, 인스턴스를 통해서도 접근할 수 있다.
DataCountMain3 마지막 코드에 다음 부분을 추가하고 실행해보자.

DataCountMain3 - 추가

//추가
//인스턴스를 통한 접근
Data3 data4 = new Data3("D");
System.out.println(data4.count);
//클래스를 통합 접근
System.out.println(Data3.count);

실행 결과 - 추가된 부분

4
4

둘의 차이는 없다. 둘다 결과적으로 정적 변수에 접근한다.

인스턴스를 통한 접근 data4.count
정적 변수의 경우 인스턴스를 통한 접근은 추천하지 않는다. 왜냐하면 코드를 읽을 때 마치 인스턴스 변수에 접근하는 것 처럼 오해할 수 있기 때문이다.

클래스를 통한 접근 Data3.count
정적 변수는 클래스에서 공용으로 관리하기 때문에 클래스를 통해서 접근하는 것이 더 명확하다. 따라서 정적 변수에 접근할 때는 클래스를 통해서 접근하자.

static 메서드1

이번에는 static 이 붙은 메서드에 대해 알아보자.

이해를 돕기 위해 간단한 예제를 만들어보자.

특정 문자열을 꾸며주는 간단한 기능을 만들어보자.
예를 들어서 "hello" 라는 문자열 앞 뒤에 * 을 붙여서 "*hello*" 와 같이 꾸며주는 기능이다.

인스턴스 메서드

먼저 지금까지 학습한 방식을 통해 해당 기능을 개발해보자.

package static2;
public class DecoUtil1 {
 public String deco(String str) {
 String result = "*" + str + "*";
 return result;
 }
}

deco() 는 문자열을 꾸미는 기능을 제공한다. 문자열이 들어오면 앞 뒤에 * 을 붙여서 반환한다.

package static2;
public class DecoMain1 {
 public static void main(String[] args) {
 String s = "hello java";
 DecoUtil1 utils = new DecoUtil1();
 String deco = utils.deco(s);
 System.out.println("before: " + s);
 System.out.println("after: " + deco);
 }
}

실행 결과

before: hello java
after: *hello java*

앞서 개발한 deco() 메서드를 호출하기 위해서는 DecoUtil1 의 인스턴스를 먼저 생성해야 한다. 그런데 deco()라는 기능은 멤버 변수도 없고, 단순히 기능만 제공할 뿐이다. 인스턴스가 필요한 이유는 멤버 변수(인스턴스 변수)등을 사용하는 목적이 큰데, 이 메서드는 사용하는 인스턴스 변수도 없고 단순히 기능만 제공한다.

static 메서드

먼저 예제를 만들어서 실행해보자.

package static2;
public class DecoUtil2 {
 public static String deco(String str) {
 String result = "*" + str + "*";
 return result;
 }
}

DecoUtil2 는 앞선 예제와 비슷한데, 메서드 앞에 static 이 붙어있다. 이 부분에 주의하자. 이렇게 하면 정적 메서드를 만들 수 있다. 그리고 이 정적 메서드는 정적 변수처럼 인스턴스 생성 없이 클래스 명을 통해서 바로 호출할 수 있다.

package static2;
public class DecoMain2 {
 public static void main(String[] args) {
 String s = "hello java";
 String deco = DecoUtil2.deco(s);
 System.out.println("before: " + s);
 System.out.println("after: " + deco);
 }
}

실행 결과

before: hello java
after: *hello java*

DecoUtil2.deco(s) 코드를 보자.
static 이 붙은 정적 메서드는 객체 생성 없이 클래스명 + . (dot) + 메서드 명으로 바로 호출할 수 있다.
정적 메서드 덕분에 불필요한 객체 생성 없이 편리하게 메서드를 사용했다.

클래스 메서드
메서드 앞에도 static 을 붙일 수 있다. 이것을 정적 메서드 또는 클래스 메서드라 한다. 정적 메서드라는 용어는 static 이 정적이라는 뜻이기 때문이고, 클래스 메서드라는 용어는 인스턴스 생성 없이 마치 클래스에 있는 메서드를 바로 호출하는 것 처럼 느껴지기 때문이다.

인스턴스 메서드
static 이 붙지 않은 메서드는 인스턴스를 생성해야 호출할 수 있다. 이것을 인스턴스 메서드라 한다.

static 메서드2

정적 메서드는 객체 생성없이 클래스에 있는 메서드를 바로 호출할 수 있다는 장점이 있다.
하지만 정적 메서드는 언제나 사용할 수 있는 것이 아니다.

정적 메서드 사용법

static 메서드는 static 만 사용할 수 있다.
- 클래스 내부의 기능을 사용할 때, 정적 메서드는 static 이 붙은 정적 메서드나 정적 변수만 사용할 수 있다.
- 클래스 내부의 기능을 사용할 때, 정적 메서드는 인스턴스 변수나, 인스턴스 메서드를 사용할 수 없다.
반대로 모든 곳에서 static 을 호출할 수 있다.
- 정적 메서드는 공용 기능이다. 따라서 접근 제어자만 허락한다면 클래스를 통해 모든 곳에서 static 을 호
  출할 수 있다.

예제를 통해 정적 메서드의 사용법을 확인해보자.
DecoData

package static2;
public class DecoData {
 private int instanceValue;
 private static int staticValue;
 public static void staticCall() {
 //instanceValue++; //인스턴스 변수 접근, compile error
 //instanceMethod(); //인스턴스 메서드 접근, compile error
 staticValue++; //정적 변수 접근
 staticMethod(); //정적 메서드 접근
 }
 public void instanceCall() {
 instanceValue++; //인스턴스 변수 접근
 instanceMethod(); //인스턴스 메서드 접근
 staticValue++; //정적 변수 접근
 staticMethod(); //정적 메서드 접근
 }
 private void instanceMethod() {
 System.out.println("instanceValue=" + instanceValue);
 }
 private static void staticMethod() {
 System.out.println("staticValue=" + staticValue);
 }
}

이번 예제에서는 접근 제어자를 적극 활용해서 필드를 포함한 외부에서 직접 필요하지 않은 기능은 모두 막아두었다.

instanceValue 는 인스턴스 변수이다.
staticValue 는 정적 변수(클래스 변수)이다.
instanceMethod() 는 인스턴스 메서드이다.
staticMethod() 는 정적 메서드(클래스 메서드)이다.

staticCall() 메서드를 보자.
이 메서드는 정적 메서드이다. 따라서 static 만 사용할 수 있다. 정적 변수, 정적 메서드에는 접근할 수 있지만, static 이 없는 인스턴스 변수나 인스턴스 메서드에 접근하면 컴파일 오류가 발생한다.
코드를 보면 staticCall() -> staticMethod() 로 static 에서 static 을 호출하는 것을 확인할 수 있다.

instanceCall() 메서드를 보자.
이 메서드는 인스턴스 메서드이다. 모든 곳에서 공용인 static 을 호출할 수 있다. 따라서 정적 변수, 정적 메서드에 접근할 수 있다. 물론 인스턴스 변수, 인스턴스 메서드에도 접근할 수 있다.

DecoDataMain

package static2;
public class DecoDataMain {
 public static void main(String[] args) {
 System.out.println("1.정적 호출");
 DecoData.staticCall();
 System.out.println("2.인스턴스 호출1");
 DecoData data1 = new DecoData();
 data1.instanceCall();
 
 System.out.println("3.인스턴스 호출2");
 DecoData data2 = new DecoData();
 data2.instanceCall();
 }
}

실행 결과

1.정적 호출
staticValue=1
2.인스턴스 호출1
instanceValue=1
staticValue=2
3.인스턴스 호출2
instanceValue=1
staticValue=3

정적 메서드가 인스턴스의 기능을 사용할 수 없는 이유

정적 메서드는 클래스의 이름을 통해 바로 호출할 수 있다. 그래서 인스턴스처럼 참조값의 개념이 없다.
특정 인스턴스의 기능을 사용하려면 참조값을 알아야 하는데, 정적 메서드는 참조값 없이 호출한다. 따라서 정적 메서드 내부에서 인스턴스 변수나 인스턴스 메서드를 사용할 수 없다.

물론 당연한 이야기지만 다음과 같이 객체의 참조값을 직접 매개변수로 전달하면 정적 메서드도 인스턴스의 변수나 메
서드를 호출할 수 있다.

public static void staticCall(DecoData data) {
 data.instanceValue++;
 data.instanceMethod();
}

static 메서드3

용어 정리

멤버 메서드의 종류

인스턴스 메서드: static 이 붙지 않은 멤버 메서드
클래스 메서드: static 이 붙은 멤버 메서드
- 클래스 메서드, 정적 메서드, static 메서드등으로 부른다.

static 이 붙지 않은 멤버 메서드는 인스턴스를 생성해야 사용할 수 있고, 인스턴스에 소속되어 있다. 따라서 인스턴스 메서드라 한다. static 이 붙은 멤버 메서드는 인스턴스와 무관하게 클래스에 바로 접근해서 사용할 수 있고, 클래스 자체에 소속되어 있다. 따라서 클래스 메서드라 한다.

참고로 방금 설명한 내용은 멤버 변수에도 똑같이 적용된다.

정적 메서드 활용
정적 메서드는 객체 생성이 필요 없이 메서드의 호출만으로 필요한 기능을 수행할 때 주로 사용한다.
예를 들어 간단한 메서드 하나로 끝나는 유틸리티성 메서드에 자주 사용한다. 수학의 여러가지 기능을 담은 클래스를 만들 수 있는데, 이 경우 인스턴스 변수 없이 입력한 값을 계산하고 반환하는 것이 대부분이다. 이럴 때 정적 메서드를 사용해서 유틸리티성 메서드를 만들면 좋다.

정적 메서드 접근 법

static 메서드는 static 변수와 마찬가지로 클래스를 통해 바로 접근할 수 있고, 인스턴스를 통해서도 접근할 수 있다.

DecoDataMain - 추가

//추가
//인스턴스를 통한 접근
DecoData data3 = new DecoData();
data3.staticCall();
//클래스를 통한 접근
DecoData.staticCall();

실행 결과 - 추가된 부분

staticValue=4
staticValue=5

둘의 차이는 없다. 둘다 결과적으로 정적 메서드에 접근한다.

인스턴스를 통한 접근 data3.staticCall()
정적 메서드의 경우 인스턴스를 통한 접근은 추천하지 않는다. 왜냐하면 코드를 읽을 때 마치 인스턴스 메서드에 접근하는 것 처럼 오해할 수 있기 때문이다.

클래스를 통한 접근 DecoData.staticCall()
정적 메서드는 클래스에서 공용으로 관리하기 때문에 클래스를 통해서 접근하는 것이 더 명확하다. 따라서 정적 메서드에 접근할 때는 클래스를 통해서 접근하자.

static import

정적 메서드를 사용할 때 해당 메서드를 다음과 같이 자주 호출해야 한다면 static import 기능을 고려하자.

DecoData.staticCall();
DecoData.staticCall();
DecoData.staticCall();

이 기능을 사용하면 다음과 같이 클래스 명을 생략하고 메서드를 호출할 수 있다.

staticCall();
staticCall();
staticCall();

DecoDataMain - static import 적용

package static2;
//import static static2.DecoData.staticCall;
import static static2.DecoData.*;
public class DecoDataMain {
 public static void main(String[] args) {
 System.out.println("1.정적 호출");
 staticCall(); //클래스 명 생략 가능
 ...
}

특정 클래스의 정적 메서드 하나만 적용하려면 다음과 같이 생략할 메서드 명을 적어주면 된다.
import static static2.DecoData.staticCall;

특정 클래스의 모든 정적 메서드에 적용하려면 다음과 같이 * 을 사용하면 된다.
import static static2.DecoData.*;

참고로 import static 은 정적 메서드 뿐만 아니라 정적 변수에도 사용할 수 있다.

main() 메서드는 정적 메서드

인스턴스 생성 없이 실행하는 가장 대표적인 메서드가 바로 main() 메서드이다.
main() 메서드는 프로그램을 시작하는 시작점이 되는데, 생각해보면 객체를 생성하지 않아도 main() 메서드가 작동했다. 이것은 main() 메서드가 static 이기 때문이다.

정적 메서드는 정적 메서드만 호출할 수 있다. 따라서 정적 메서드인 main() 이 호출하는 메서드에는 정적 메서드를 사용했다.
물론 더 정확히 말하자면 정적 메서드는 같은 클래스 내부에서 정적 메서드만 호출할 수 있다. 따라서 정적 메서드인
main() 메서드가 같은 클래스에서 호출하는 메서드도 정적 메서드로 선언해서 사용했다.

main()메서드와 static메서드 호출 예

public class ValueDataMain {
 public static void main(String[] args) {
 ValueData valueData = new ValueData();
 add(valueData);
 }
 static void add(ValueData valueData) {
 valueData.value++;
 System.out.println("숫자 증가 value=" + valueData.value);
 }
}