📚 자바 개념 정리

기본 개념은 항상 까먹을 수 있다. 따라서 정리를 해놓을려고 하는데 문답식으로 정리할 예정이고 아 맞다 이런거였지! 정도로만 기록할려고 한다.

📌 자바(Java)에 대해 설명해주세요

• 객체지향 프로그래밍 언어이며 JVM(java virtual machine) 위에서 동작하기 때문에 운영체제에 독립적이다.
• JVM(java virtual machine) 위에서 동작하기 때문에 실행 속도가 느리다.

JDK, JRE

JDK는 자바 애플리케이션을 개발하기위한 포괄적인 키트, 즉 개발 도구 모음, 컴파일러, 디버거, 다양한 자바 API등이 포함

JRE는 자바를 실행시키기 위한 실행 환경, JVM과 자바 클래스 라이브러리가 있다. 소스 코드를 컴파일하거나 개발하는 기능은 없지만, 이미 컴파일된 자바 프로그램을 실행 시킬 수 있다. 따라서 JDK 안에 JRE이 있다.

-> 객체지향 프로그래밍이 뭔가요?

• 프로그래밍에서 데이터를 상태를 가진 객체로 만들고 그 객체의 상호 작용을 통해 로직을 구성하는 방법을 의미한다.

• 캡슐화, 다형성, 상속, 추상화 특징을 가지고 있다.

• 캡슐화: 객체의 속성과 메서드를 하나로 묶고 일부를 외부에 감추어 은닉하는 것

• 다형성: 하나의 메서드를 여러 방식으로 재사용 가능하게 하는 개념, 대표적으로 오버로딩 , 오버라이딩

• 상속: 부모클래스에 있는 객체의 속성을 자식 클래스에서 불러와 사용 가능 하게 하는 개념

• 추상화: 객체의 공통적인 속성과 기능을 추출하여 정의 하는 것(추상 클래스, 인터페이스)

-> JVM이 뭔가요?

• Java Virtual Machine, 자바 가상 머신의 약자를 따서 줄여 부르는 용어
• 자바 바이트코드(.class 파일)를 OS에 특화된 코드로 변환하여 실행
• GC 및 스레드 관리

-> GC 가 뭔가요?

• Heap 메모리 영역에 생성된 객체들 중에서 더 이상 참조되지 않는 객체들을 탐색하여 제거하는 역할
• JVM은 메모리 관리를 자동으로 해주는 가비지 컬렉션 기능을 제공하여, 더 이상 참조되지 않는 객체를 메모리에서 자동으로 제거

-> GC 과정을 설명해주세요

1. 작업을 수행하기 위해 JVM이 애플리케이션 실행을 멈춘다.
2. GC를 실행하는 쓰레드를 제외한 모든 쓰레드들의 작업을 중단(Stop the world)
3. 사용하지 않는 메모리 제거(Mark and Sweep)

GC 주요 방법
참조가 0인 객체를 회수하는 참조 카운팅, 사용중인 객체를 마크하고 나머지를 회수하는 마크앤스위프, 활성 객체를 다른 영역으로 복사하는 복사 수집이 있다.

마크앤스위프
mark 단계는 프로그램이 사용되는 모든 객체를 탐색하고, 사용중인 객체에 마크를 표시한다. 이 과정에서 참조 그래프를 따라가며 접근 가능한 객체들을 식별한다. Sweep 단계는 마크되지 않은 객체는 사용하거나 참조 되지않는걸로 간주한다. 객체들의 메모리를 해제하여 프로그램이 다른 목적으로 사용할 수 있게 한다. 순환 참조 문제 해결 가능 -> 사용중인 객체를 식별하여 회수 대상에서 제거

📌 자바의 컴파일러 과정을 설명해주세요

1. 프로그래머가 소스코드(.java)를 작성한다.
2. 컴파일러를 통해 바이트 코드(.class)를 생성한다.
3. 클래스 로더를 통해 JVM 메모리 내로 로드한다.
4. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기계어로 해석된다.

-> 클래스 로더가 뭔가요?

• JVM에서 클래스를 메모리에 로딩하는 역할
• class 파일들을 JVM이 운영체제로부터 할당받은 메모리 영역인 Runtime Data Area에 적재하는 역할

📌 오버로딩과 오버라이딩에 대해 설명해주세요

• 오버로딩은 매개변수 개수나 타입을 다르게 하여 같은 이름의 메서드를 여러개 정의하는 것을 말한다.
• 상위 클래스에 있는 메서드를 하위 클래스에서 재정의 하는것

📌 SOLID(객체지향 설계원칙)에 대해 설명해주세요

1. SRP: 한 클래스는 하나의 책임만 가져야한다.
2. OCP: 확장에는 열려있고, 수정에는 닫혀있어야한다.(기존 코드 수정 X 기능 추가 가능)
3. LSP: 하위 타입은 항상 상위 타입을 대체할 수 있어야한다.(자식 클래스는 부모 클래스의 역할을 모두 할 수 있어야함)
4. ISP: 인터페이스 내에 메서드는 최소한 일 수록 좋다.(불필요하게 큰 인터페이스를 만들지 말고, 역할별로 잘게 쪼개라는 원칙)
5. DIP: 자신보다 변하기 쉬운 것에 의존하던 것을 추상화된 인터페이스나 상위 클래스를 두어 변하기 쉬운 것의 변화에 영향 받지 않게 하는 원칙

📌 자바의 메모리 영역에 대해 설명해주세요

• 메서드 영역, 스택 영역, 힙 영역으로 구분한다.
• 메서드 영역: 전역 변수 , static 변수 저장, 프로그램 시작부터 종료까지 메모리에 남아있다.
• 스택 영역: 지역 변수, 매개변수 데이터 값이 저장되는 공간, 메서드가 호출될 때 메모리에 할당 되고 종료되면 메모리가 해제 된다.
• 힙 영역: new 키워드로 생성되는 객체(인스턴스), 배열 등이 저장되며, 가비지 컬렉션에 의해 메모리가 관리된다.

힙 메모리는 어케 구성되어 있을까?

힙 메모리는 크게 세 부분으로 나뉜다. 먼저 Young Generation은 새로 생성된 객체들이 할당되는 공간이고 주로 짧은 생명 주기를 갖는 객체들이 모인다. 이곳에서 살아 남은 객체들은 Old Generation 으로 이동하는데 오래 사용되는 객체가 모인다. 예전에는 permanation Generation 가 메서드와 클래스를 저장하는 용도로 사용되었지만 현재는 메타스페이스로 대체되었다.

각 메모리 영역이 할당되는 시점은 언제인가요?

• 메서드 영역: JVM이 동작해서 클래스가 로딩될 때 생성
• 스택 영역: 메서드가 호출 될 때 할당
• 힙 영역: 런타임 시

📌 Wrapper class에 대해 설명해주세요

• 기본 자료형에 대한 객체 표현을 의미한다.
• 기본 자료형 -> Wrapper class : 박싱
• Wrapper class -> 기본 자료형 : 언박싱

== 와 equals()

• ==: 주소값을 비교한다. 즉, 두 객체가 같은 메모리 위치를 가리키고 있는지 확인한다.

• equals(): 객체의 내용을 비교한다. 주로 String이나 다른 객체 클래스에서 내용을 비교할 때 사용됩된다. String에는 equals가 오버라이딩 되어있다. equals()는 객체의 동등성을 정의하는 방법을 제공하는 메서드이다. 기본적으로 Object 클래스에 정의되어 있으며, 클래스에서 오버라이드하여 객체의 내용을 비교하는 방식으로 구현할 수 있다.
  equals()를 오버라이딩 할 때는 hashcode()도 같이 오버라이딩 해야한다.

String str1 = new String("hello");
String str2 = new String("hello");

System.out.println(str1 == str2);         // false, 주소값 비교
System.out.println(str1.equals(str2));    // true, 내용 비교

📌 동기화(Synchronized)에 대해 설명해주세요

• 여러개의 쓰레드가 한 개의 자원을 사용하고자 할 때, 현재 데이터를 사용하는 쓰레드를 제외하고 나머지 쓰레드들은 데이터에 접근 불가하게 하는 개념이다.
• 자바에서는 Synchronized 키워드를 제공한다.

-> 프로세스와 쓰레드가 뭘까요?

• 프로세스는 자원을 할당받는 작업의 단위, 쓰레드는 프로세스가 할당받은 자원을 이용하는 실행 단위, 스레드는 자원을 공유한다.

📌 Optinal 클래스가 뭘까요?

• Java 8에서 도입된 Wrapper 클래스로 값이 존재할 수도 있고 없을 수도 있는 상황에서 명시적으로 사용하는 클래스이며 null 처리를 안전하게 도와준다.

📌 자바와 C/C++ 차이는?

• 자바는 객체지향적이며 C++은 객체지향과 절차지향을 모두 지원하는 언어고, C는 절차지향적 언어다. C/C++은 메모리를 프로그래머가 직접 할당과 해제를 해줘야하지만 자바는 메모리를 GC가 관리해준다. 자바는 운영체제에 독립적이지만 C/C++는 운영체제에 의존적이다.

📌 자바의 데이터 타입을 말해보세요

• 자바는 기본자료형과 참조 자료형으로 나눌 수 있다.

• 기본 자료형(정수형): int, long, short, byte

• 기본 자료형(실수형): float, double

• 기본 자료형(논리형): boolean

• 기본 자료형(문자형): char

• 기본 자료형은 메모리의 스택에 저장

• 참조자료형: 클래스, 인터페이스, 배열, enum 등

📌 자바에서의 final 키워드는 무엇을 의미하나요?

• final 변수: 값을 변경할 수 없는 상수를 의미

• final 메서드: 오버라이딩 할 수 없는 메서드

• final 클래스: 상속할 수 없는 클래스

📌 자바의 인터페이스와 추상 클래스의 차이점

공통점

• 객체를 인스턴스화 할 수 없다.
• 추상 메서드를 포함한다.
• 상속받는 클래스는 추상 메서드를 반드시 재정의하여 구현해야 한다.

추상 메서드
abstract 키워드와 함께 원형만 선언되고, 코드는 작성되지 않은 메서드

차이점

1) 추상 클래스

• abstract 키워드로 선언된 클래스

• 단일 상속만 가능

• 일반메서드 + 추상 메서드 사용 가능

• 여러 클래스들의 공통된 부분을 추상화하고, 상속받는 클래스에게 구현을 강제하기 위해 사용

• 추상 클래스의 추상 메서드를 자식 클래스가 구체화하여 기능을 확장

2) 인터페이스

• interface 키워드로 선언

• public static final 필드만 가질 수 있음

• 기본 메서드는 추상 메서드지만 Java 8이후로 default, static 메서드도 가능

• 클래스가 구현해야할 기능만 정의

• 다중 상속 가능

• 관련 없는 클래스들에서도 공통적으로 필요한 동작(메서드 원형)을 정의해 강제 구현하도록 함

추상클래스는 공통된 속성과 기능을 하위 클래스에 물려주기 위해서 사용하고 인터페이스는 특정 기능을 강제하기 위해서 사용한다.

📌 클래스 , 객체, 인스턴스에 대해 설명해주세요

• 클래스: 객체를 만들기 위한 설계도

• 객체: 클래스를 바탕으로 만든 실체

• 인스턴스: 메모리에 할당된 객체

📌 컴파일러(Compiler) 와 인터프리터(Interpreter)에 대해 설명해주세요

• 둘 다 컴퓨터가 이해할 수 있는 기계어로 변환해준다.
• 컴파일러(Compiler): 전체 소스코드를 보고 명령어를 수집하여 재구성
• 인터프리터(Interpreter): 소스코드의 각 행을 연속적으로 분석

📌 리플렉션(Reflection) 에 대해 설명해주세요

• 구체적인 클래스 타입을 알지 못해도 클래스의 메서드, 타입 , 변수들을 접근 가능하게 해주는 자바 API

• JVM에서 실행되는 애플리케이션의 런타임 동작을 검사하거나 수정할 수 있는 기능이 필요한 프로그램에서 사용

-> 리플렉션(Reflection)을 왜 사용할까요?

• 런타임 시점에서 클래스의 인스턴스를 생성하고, 접근 제어자와 관계없이 필드와 메서드에 접근하여 필요한 작업을 수행할 수 있는 유연성을 사지고 있다.

• 단점으로는 캡슐화를 저해 시킨다.

Static에 대해 설명해주세요

Static 키워드를 통해 생성된 정적 멤버들은 힙(Heap) 영역이 아닌 메서드 영역(Method Area)에 저장된다. 이 멤버는 모든 인스턴스에서 공유되며, 클래스가 로드될 때 메모리에 할당되고 프로그램 종료 시까지 메모리에서 해제되지 않는다. 따라서 GC 관리 대상이 아니기 때문에 시스템 자원 낭비나 불필요한 메모리 사용이 발생할 수 있다.

제네릭

클래스나 메서드를 작성할 때, 미리 데이터 타입을 지정하지 않고 사용할 때 타입을 지정할 수 있게 해주는 기능

코드 재사용성이 높아지고, 컴파일 안정성을 높여준다.

List, Set등의 자료구조 클래스는 다양한 타입을 사용할 수 있도록 설계되어있다.

Set에서 어케 사용?

Set은 중복되지 않는 자료를 저장할 때 쓰는 자료구조, Set에 제네릭을 사용하면 Set에 사용 가능한 자료의 데이터 타입을 명확하게 지정할 수 있다. 즉, 특정 타입의 객체만 저장하게 지정 가능

Object 를 쓰면 될텐데 왜 제네릭을 사용?
Object를 사용하면 추가적인 작업이 필요한데, 예를 들면 값이 Integer 타입인데 String 타입이면 에러가 발생한다.
추가적인 작업없이 원하는 타입을 사용하기 위해 제네릭을 사용해야 한다.

싱글톤 패턴

• 특정 클래스의 인스턴스를 하나만 생성하고 그 인스턴스에 전역적으로 접근하게 하는 디자인 패턴
• 싱글톤 패턴을 사용하는 이유는 애플리케이션 내에서 이 인스턴스를 전역적으로 사용해야하는 이유, 예를 들어 로깅, 설정관리, 스레드풀, DB 연결과 같은 경우 유용하다. 이를 통해 리소스를 절약하고 애플리케이션 일관성을 유지할 수 있다.
• 테스트와 의존성 주입에 문제가 발생할 가능성이 있다. 테스트의 독립성이 침해될 수 있다. mocking 해서 해결 가능하다.

자바 버전별 차이 및 특징

Java 8

• 대규모 릴리즈, Lambda , Stream API 제공
• Optinal, 새로운 날짜 , 시간 API 제공(ex.LocalDateTime)

Java 11

• String 과 File 기능 향상
  • isBlank(), strip(), wrtieString(), readString()
• var 키워드 사용 가능

Java 17

• 스프링부트 3.x.x 버전은 JDK 17 이상부터 지원
• Switch 에 대한 패턴 매칭, 코드를 간결하고 효율적으로 작정 가능

Java 21

• 스프링부트 3.2 부터 지원
• 가상 스레드: Java 플랫폼에 경량 가상 스레드 도입
  • 가상 스레드의 도입으로 몇개의 운영 체제 스레드만 사용하여 수백 만개의 가상 스레드를 실행하는 것 가능
• UTF - 8이 기본값

String, StringBuffer, StringBuilder

String : 불변 객체, 한번 생성되면 값을 변경 불가능, 문자열을 조작할 때마다, 새로운 String 객체가 생성되어 메모리 차지

StringBuffer : 가변 객체, 문자열 조작시 기존 객체 값을 변경, 멀티스레드 환경에서 동기화 지원

StringBuilder : 가변 객체, 문자열 조작시에 기존 객체 값 변경, 동기화 지원 X

• 참고 : Java 버전별 차이와 특징 (8, 11, 17, 21)