Week 1(1/2) - Basic Java

자바 기본

Java 실행 과정에 대해서 설명해주세요.

• 소스 코드 작성 (Source Code):

  • 개발자는 .java 확장자를 가진 파일에 Java 소스 코드를 작성합니다. 이 소스 코드는 일반 텍스트로 작성된 Java 프로그래밍 언어로 작성됩니다.

• 컴파일 (Compilation):

  • 작성된 Java 소스 코드는 javac라는 Java 컴파일러에 의해 컴파일됩니다. 이 과정에서 .java 파일은 바이트코드(Bytecode)로 변환되며, 그 결과는 .class 확장자를 가진 파일로 저장됩니다.

  • 바이트코드는 플랫폼 독립적인 코드로, 특정 운영 체제나 하드웨어에 의존하지 않고, 어디서든지 실행될 수 있습니다.

• 클래스 로딩 (Class Loading):

  • 프로그램 실행 시, Java Virtual Machine(JVM)은 필요한 .class 파일들을 메모리에 로드합니다. 이 과정에서 ClassLoader라는 컴포넌트가 사용되며, 필요한 클래스들을 동적으로 로드합니다.

  • ClassLoader는 기본적으로 Java API에 포함된 클래스뿐만 아니라, 사용자가 정의한 클래스, 외부 라이브러리의 클래스들도 로드할 수 있습니다.

• 바이트코드 검증 (Bytecode Verification):

  • 로드된 바이트코드는 JVM에 의해 검증됩니다. 이 단계에서는 코드가 올바르고 안전한지, 즉 Java의 보안 모델에 부합하는지 확인합니다. 바이트코드 검증을 통해 메모리 접근 오류나 보안 문제가 발생하지 않도록 예방합니다.

• 인터프리트 또는 JIT 컴파일 (Interpretation or JIT Compilation):

  • JVM은 바이트코드를 인터프리터(Interpreter)를 통해 한 줄씩 읽고 해석하여 실행합니다. 이 방식은 즉시 실행할 수 있지만, 상대적으로 느릴 수 있습니다.

  • 이를 보완하기 위해 JVM은 Just-In-Time (JIT) 컴파일러를 사용하여, 자주 사용되는 바이트코드를 네이티브 머신 코드로 컴파일합니다. 이렇게 하면 프로그램의 실행 속도가 크게 향상됩니다.

• 실행 (Execution):

  • JIT 컴파일러에 의해 네이티브 코드로 변환된 바이트코드는 JVM에 의해 실제로 실행됩니다. 이때, 프로그램은 운영 체제에서 제공하는 리소스를 사용하고, 필요에 따라 메모리 관리, 스레드 관리 등을 수행합니다.

• 메모리 관리 및 가비지 컬렉션 (Memory Management and Garbage Collection):

  • 프로그램 실행 중 JVM은 자동 메모리 관리를 수행하며, 더 이상 사용되지 않는 객체들을 가비지 컬렉터(Garbage Collector)를 통해 자동으로 제거합니다. 이를 통해 메모리 누수를 방지하고, 애플리케이션의 안정성을 높입니다.

Java Bytecode에 대해서 설명해주세요.

Java Bytecode는 Java 프로그램이 컴파일된 후 생성되는 중간 코드 형식입니다. Java Bytecode는 플랫폼 독립적이며, JVM(Java Virtual Machine)이 이해하고 실행할 수 있는 형태로 변환된 코드입니다.

Java의 인터프리터(interpreter) 방식과 JIT 컴파일(compile) 방식에 대해서 설명해주세요.

인터프리터 방식 (Interpreter)

인터프리터는 Java 바이트코드를 한 줄씩 순차적으로 읽고, 이를 바로 실행합니다. 즉, 프로그램이 실행될 때마다 JVM이 바이트코드 명령을 한 줄씩 해석하여 즉시 실행하는 방식입니다.

JIT 컴파일 방식 (Just-In-Time Compilation)

• 작동 방식: JIT 컴파일러는 Java 바이트코드를 인터프리터 방식으로 실행하다가, 자주 실행되는 코드 블록을 발견하면 해당 블록을 네이티브 머신 코드로 컴파일합니다. 이렇게 변환된 네이티브 코드는 이후에 다시 해석할 필요 없이 직접 실행됩니다.

사용해본 Java 버전과 특징 그리고 왜 그 버전을 사용했는지 설명해주세요. Java 8, 11, 17 버전에 대해 아는대로 설명해주세요.

Java 8

• 람다 표현식: Java 8에서는 람다 표현식이 도입되어, 코드가 간결해지고, 함수형 프로그래밍 스타일을 도입할 수 있게 되었습니다.

• 스트림 API: 컬렉션 처리에 있어서 선언형 프로그래밍이 가능해졌으며, 데이터의 필터링, 매핑, 축소 등의 작업을 간편하게 처리할 수 있습니다.

• Optional 클래스: NullPointerException을 예방하고, 명시적으로 값이 없음을 표현할 수 있는 Optional 클래스가 추가되었습니다.

• CompletableFuture: Java 8에서는 비동기 프로그래밍을 쉽게 구현할 수 있는 CompletableFuture가 도입되었습니다. 이를 통해 비동기 작업을 관리하고, 여러 작업의 완료를 기다리거나, 비동기 작업 간의 의존성을 쉽게 설정할 수 있습니다.

Java 11

• var 키워드를 사용할 수 있게 되어, 코드의 가독성을 높일 수 있습니다.

• List.of(), Set.of(), Map.of() 메서드를 사용하여 불변 컬렉션을 쉽게 생성할 수 있습니다.

• Java 11은 장기 지원(Long-Term Support) 버전으로, 오랜 기간 동안 유지보수와 업데이트가 제공됩니다.

Java 17

• 패턴 매칭: instanceof 연산자를 사용한 패턴 매칭이 추가되어, 타입 검사와 캐스팅이 더욱 간결해졌습니다.

• Sealed Classes: 클래스를 상속받을 수 있는 하위 클래스를 제한할 수 있는 sealed 키워드가 도입되었습니다.

• Switch Expressions: switch 문이 표현식으로 사용될 수 있게 개선되었으며, 더 간결한 코드 작성이 가능해졌습니다.

JDK와 JRE에 대해서 설명해주세요.

JRE (Java Runtime Environment)

• 정의: JRE는 Java 애플리케이션을 실행하기 위한 런타임 환경입니다. 개발된 Java 프로그램이 실행될 수 있도록 필요한 라이브러리와 기타 구성 요소들을 포함하고 있습니다.

• 역할: JRE는 이미 컴파일된 Java 프로그램(.class 파일)을 실행하는 역할을 합니다. Java 애플리케이션을 실행하는 데 필요한 모든 것을 제공하지만, Java 프로그램을 개발하거나 컴파일할 수 있는 도구는 포함되어 있지 않습니다.

JDK (Java Development Kit)

• 정의: JDK는 Java 애플리케이션을 개발하기 위한 완전한 개발 도구 세트입니다. JDK에는 Java 프로그램을 개발, 컴파일, 디버깅, 실행하는 데 필요한 모든 도구가 포함되어 있습니다.

• 역할: JDK는 Java 프로그램을 작성하고, 컴파일하며, 테스트할 수 있는 모든 도구를 제공합니다. 따라서 Java 개발자는 JDK를 사용하여 소프트웨어를 개발합니다.

동일성과 동등성에 대해 설명해 주세요. equals()와 ==의 차이점은 무엇일까요?

동일성은 두 객체가 같은 메모리 주소를 참조하고 있는지를 나타냅니다. 즉, 동일한 객체를 가리키는지 여부를 확인하는 것입니다. == 연산자는 **동일성(Identity)**을 비교합니다. 즉, 두 객체가 같은 메모리 주소를 참조하고 있는지를 확인합니다.

동등성은 두 객체의 내용이 같은지를 나타냅니다. 즉, 객체가 가지고 있는 데이터가 같은지를 확인하는 것입니다. equals() 메서드는 **동등성(Equality)**을 비교합니다. 즉, 두 객체의 내용이 같은지를 확인합니다.

HashCode를 설명하고, `equals()` 와 `hashCode()` 의 차이점에 대해 설명해 주세요. 왜 `equals()` 외에 `hashCode()` 도 재정의해야 하나요?

hashCode()는 Java에서 객체를 식별하기 위한 정수 값을 반환하는 메서드입니다. 이 정수 값은 객체의 메모리 주소나 그 객체의 내용을 기반으로 생성되며, HashTable, HashMap, HashSet과 같은 해시 기반의 컬렉션에서 객체를 빠르게 검색하거나 비교하는 데 사용됩니다.

equals() 메서드 외에 hashCode() 메서드도 재정의해야 하는 이유는 Java의 해시 기반 컬렉션(HashMap, HashSet, Hashtable 등)에서 객체를 효율적으로 저장하고 검색하기 위해 두 메서드가 함께 사용되기 때문입니다.

• 해시 기반 컬렉션의 일관성 보장

• 효율적인 데이터 저장과 검색

toString()에 대해서 설명해주세요.

메서드는 Java에서 객체를 문자열로 표현할 때 사용되는 메서드입니다. 이 메서드는 객체의 상태를 사람이 읽을 수 있는 형식의 문자열로 반환합니다.

자바에서 메인 메서드는 왜 static으로 되어 있을까요?

프로그램이 실행될 때 이 메서드가 클래스의 인스턴스 없이도 호출될 수 있어야 하기 때문입니다. 즉, Java 애플리케이션이 실행될 때 가장 먼저 호출되는 메서드입니다. 이 메서드가 실행되어야 프로그램이 시작되고, 그 안에서 필요한 객체들이 생성되며, 애플리케이션이 본격적으로 작동하게 됩니다.

상수(Constant)와 리터럴(Literal)에 대해서 설명해주세요.

리터럴은 소스 코드에서 직접 값을 표현하는 방식입니다. 즉, 프로그램 내에서 고정된 값을 나타내는 구체적인 표현입니다. 예를 들어, 숫자 10, 문자 'A', 문자열 "Hello" 등은 모두 리터럴입니다.

상수는 변하지 않는 값을 가지는 변수로, 보통 final 키워드를 사용하여 선언됩니다. 상수는 한 번 초기화되면 이후 값이 변경될 수 없습니다. 상수는 주로 프로그램에서 반복적으로 사용되는 값이나, 변경되어서는 안 되는 값에 사용됩니다.

• 리터럴은 코드에 직접 쓰여진 고정된 값 그 자체를 의미하며, 변수에 할당되거나 표현식에서 사용됩니다. 리터럴은 변경되지 않지만, 특정 변수에 여러 번 할당될 수 있습니다.

• 상수는 특정한 값(일반적으로 리터럴)을 가진 변수를 의미하며, final 키워드를 사용해 그 값이 변경되지 않도록 보장합니다. 상수는 값을 의미 있게 표현하고, 코드에서 반복적으로 사용되는 값을 하나의 명확한 이름으로 정의할 수 있도록 도와줍니다.

Primitive Type과 Reference Type에 대해서 설명해주세요.

Primitive Type은 Java에서 가장 기본적인 데이터 타입으로, 실제 값을 직접 저장합니다.

Reference Type은 객체를 참조하는 데 사용됩니다. 즉, Reference Type 변수는 객체의 메모리 주소를 저장하고, 이 주소를 통해 실제 객체에 접근합니다.

Java는 Call by Value 일까요? 아님 Call by Reference 일까요?

Java는 Call by Value 방식을 사용합니다. 이는 Java에서 메서드에 인수(매개변수)를 전달할 때 인수의 실제 값이 복사되어 전달된다는 의미입니다. 메서드 내부에서 이 복사된 값은 원래 변수와는 독립적으로 존재하므로, 메서드 내에서 이 값을 변경해도 원래 변수에는 아무런 영향을 미치지 않습니다.

Java 직렬화(Serialization)에 대해서 설명해주세요.

**직렬화(Serialization)**는 Java 객체를 바이트 스트림으로 변환하여 파일, 네트워크, 데이터베이스 등에 저장하거나 전송할 수 있도록 하는 과정입니다. 직렬화된 객체는 나중에 역직렬화(Deserialization) 과정을 통해 다시 원래의 객체로 복원될 수 있습니다.

Java 객체는 메모리 내에서만 존재하기 때문에, 객체의 상태를 유지한 채로 파일 시스템에 저장하거나 네트워크를 통해 전송하기 위해서는 객체를 연속된 바이트 형식으로 변환할 필요가 있습니다.