Week 2(1/2) - String, Exception, Generic

문자열, 예외, 제네릭

1. String 리터럴과 new String("")의 차이

자바에서 String은 불변 객체(immutable object)입니다. 즉, 한 번 생성된 문자열은 변경할 수 없습니다. 이를 통해 자바에서 문자열을 다루는 두 가지 주요 방식인 String 리터럴과 new String("")에 대해 알아보겠습니다.

1.1 String 리터럴

String str1 = "Hello";
String str2 = "Hello";

위 코드에서 str1과 str2는 둘 다 동일한 리터럴 "Hello"를 참조합니다. 이는 자바의 String 상수 풀 덕분입니다. String 리터럴은 JVM의 String 상수 풀에 저장되며, 동일한 리터럴이 이미 존재할 경우, 새롭게 메모리를 할당하지 않고 기존 객체를 참조합니다. 따라서 str1 == str2는 true를 반환합니다.

1.2 new String("")

String str3 = new String("Hello");
String str4 = new String("Hello");

위 코드에서 str3과 str4는 각각 new 키워드를 사용하여 새롭게 String 객체를 힙 메모리에 생성합니다. 이 경우, 서로 다른 두 객체가 생성되므로 str3 == str4는 false를 반환합니다. 하지만 두 문자열의 내용은 동일하기 때문에 str3.equals(str4)는 true입니다.

1.3 차이점 정리

• 메모리 사용: String 리터럴은 상수 풀을 이용하여 메모리를 절약할 수 있지만, new String()은 힙 메모리에 매번 새로운 객체를 생성합니다.

• 성능: String 리터럴 방식이 메모리와 성능 면에서 효율적입니다.

• 참조 비교: String 리터럴은 상수 풀에 저장된 동일한 문자열을 참조하지만, new String()은 매번 새로운 객체를 생성하므로 참조 비교(==)에서 다른 결과가 나옵니다.

2. String, StringBuilder, StringBuffer의 차이점

자바에서 문자열을 다루기 위한 대표적인 클래스 세 가지는 String, StringBuilder, StringBuffer입니다. 각 클래스의 주요 차이점과 사용 사례를 살펴보겠습니다.

2.1 String

• 불변성(Immutable): String 객체는 한 번 생성되면 변경할 수 없습니다. 새로운 문자열이 필요할 경우, 기존 객체를 수정하는 것이 아니라 새로운 객체를 생성합니다.

• 사용 사례: 변경되지 않는 문자열, 상수 문자열, 간단한 문자열 처리.

2.2 StringBuilder

• 가변성(Mutable): StringBuilder 객체는 문자열을 변경할 수 있습니다. 문자열을 수정할 때마다 새로운 객체를 생성하지 않고, 기존 객체를 수정합니다.

• 동기화(Synchronization): StringBuilder는 동기화되지 않으므로 멀티스레드 환경에서 안전하지 않습니다.

• 사용 사례: 단일 스레드 환경에서 빈번한 문자열 조작이 필요한 경우. 예를 들어, 루프 내에서 문자열을 여러 번 연결하거나 변경할 때 사용됩니다.

2.3 StringBuffer

• 가변성(Mutable): StringBuffer도 문자열을 변경할 수 있습니다.

• 동기화(Synchronization): StringBuffer는 동기화가 지원되므로 멀티스레드 환경에서 안전하게 사용할 수 있습니다.

• 사용 사례: 멀티스레드 환경에서 빈번한 문자열 조작이 필요한 경우.

2.4 차이점 정리

클래스	불변성	동기화 지원	주요 사용 사례
String	불변	불필요	변경되지 않는 문자열
StringBuilder	가변	미지원	단일 스레드에서의 문자열 조작
StringBuffer	가변	지원	멀티스레드에서의 문자열 조작

3. Exception과 Error의 차이

3.1 Exception

Exception은 프로그램에서 발생할 수 있는 예외적인 상황을 나타냅니다. 대부분의 경우, 개발자가 이러한 예외를 처리하여 프로그램이 정상적으로 동작할 수 있도록 할 수 있습니다. 예를 들어, 파일을 읽다가 파일이 존재하지 않는 경우(FileNotFoundException)와 같은 예외가 발생할 수 있습니다.

3.2 Error

Error는 프로그램이 복구할 수 없는 심각한 문제를 나타냅니다. 일반적으로 JVM 레벨에서 발생하며, 개발자가 이를 처리할 수 없습니다. 예를 들어, OutOfMemoryError는 JVM이 메모리를 할당할 수 없을 때 발생하며, 이 경우 프로그램은 중단될 수밖에 없습니다.

3.3 차이점 정리

• 복구 가능성: Exception은 복구 가능하지만, Error는 복구할 수 없습니다.

• 발생 원인: Exception은 코드 로직이나 외부 환경의 문제로 발생할 수 있으며, Error는 JVM 레벨의 심각한 문제로 인해 발생합니다.

4. Exception 클래스의 예시

자바에서 Exception 클래스는 여러 하위 클래스로 세분화되어 있습니다. 대표적인 예시들을 살펴보겠습니다.

4.1 Checked Exception 예시

• IOException: 입출력 작업 중 발생하는 예외로, 파일이 존재하지 않거나 네트워크 연결이 끊어진 경우 발생합니다.

• SQLException: 데이터베이스 작업 중 발생하는 예외로, SQL 구문이 잘못되었거나 데이터베이스에 접근할 수 없는 경우 발생합니다.

4.2 Unchecked Exception 예시

• NullPointerException: 객체가 null인 상태에서 해당 객체의 메서드를 호출하거나 속성에 접근하려고 할 때 발생합니다.

• ArrayIndexOutOfBoundsException: 배열의 인덱스가 잘못된 경우 발생하는 예외입니다.

4.3 사용자 정의 예외

public class InvalidAgeException extends Exception {
    public InvalidAgeException(String message) {
        super(message);
    }
}

사용자 정의 예외는 Exception 클래스를 상속받아 개발자가 필요에 따라 정의할 수 있습니다.

5. Checked Exception과 Unchecked Exception의 차이

자바의 예외는 Checked Exception과 Unchecked Exception으로 구분됩니다. 각 예외의 차이점과 처리 방식을 살펴보겠습니다.

5.1 Checked Exception

• 정의: 컴파일 시점에서 검사되는 예외입니다. Exception 클래스의 하위 클래스 중 RuntimeException을 상속받지 않는 모든 예외가 Checked Exception에 해당합니다.

• 처리 요구사항: 이러한 예외는 반드시 try-catch 블록으로 처리하거나, 메서드 시그니처에 throws 키워드를 사용하여 선언해야 합니다.

• 예시: IOException, SQLException

5.2 Unchecked Exception

• 정의: 컴파일 시점에서 검사되지 않는 예외입니다. RuntimeException과 그 하위 클래스들이 여기에 해당합니다.

• 처리 요구사항: 이러한 예외는 명시적으로 처리하지 않아도 되지만, 발생할 경우 프로그램이 비정상적으로 종료될 수 있습니다.

• 예시: NullPointerException, ArrayIndexOutOfBoundsException

5.3 차이점 정리

분류	처리 요구사항	예시
Checked Exception	반드시 처리하거나 선언해야 함	IOException, SQLException
Unchecked Exception	처리 요구사항 없음	NullPointerException, ArithmeticException

6. throw와 throws의 차이

throw와 throws는 예외 처리에서 사용되는 중요한 키워드입니다. 이 둘의 차이점과 사용 방법을 살펴보겠습니다.

6.1 throw

• 정의: throw 키워드는 명시적으로 예외를 발생시킬 때 사용됩니다.

• 사용 예시:

public void checkAge(int age) {
    if (age < 18) {
        throw new IllegalArgumentException("나이는 18세 이상이어야 합니다.");
    }
}

6.2 throws

• 정의: throws 키워드는 메서드가 Checked Exception을 던질 수 있음을 선언할 때 사용됩니다.

• 사용 예시:

public void readFile(String fileName) throws IOException {
    FileReader fileReader = new FileReader(fileName);
    // 파일 읽기 로직
}

6.3 차이점 정리

• 사용 목적: throw는 예외를 발생시키는 데 사용되며, throws는 메서드가 어떤 예외를 던질 수 있는지를 선언합니다.

• 위치: throw는 메서드 내에서 사용되며, throws는 메서드 시그니처에 사용됩니다.

7. try-catch-finally 구문에서 finally의 역할

finally 블록은 try-catch 구문에서 예외 발생 여부와 관계없이 항상 실행되는 부분입니다. 주요 역할과 사용 사례는 다음과 같습니다.

7.1 리소스 해제

파일, 네트워크 연결, 데이터베이스 연결 등의 리소스는 사용 후 반드시 해제해야 합니다. 이때 finally 블록을 사용하여 예외가 발생하더라도 리소스를 확실하게 해제할 수 있습니다.

FileInputStream inputStream = null;
try {
    inputStream = new FileInputStream("example.txt");
    // 파일 읽기 로직
} catch (IOException e) {
    e.printStackTrace();
} finally {
    if (inputStream != null) {
        try {
            inputStream.close();
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

7.2 예외 발생 시 행동 보장

예외가 발생하더라도 반드시 실행되어야 하는 코드(예: 로그 작성, 데이터 저장)를 finally 블록에 넣어 처리할 수 있습니다.

7.3 주요 특징

• finally 블록은 try 또는 catch 블록이 종료된 후 항상 실행됩니다.

• return 문이 try 또는 catch 블록에 있더라도, finally 블록은 실행됩니다.

• finally 블록은 선택적이며, 반드시 사용해야 하는 것은 아닙니다.

8. Throwable과 Exception의 차이

Throwable과 Exception은 자바의 예외 처리에서 중요한 역할을 하는 클래스입니다. 이들의 차이점을 살펴보겠습니다.

8.1 Throwable

• 정의: Throwable은 자바의 모든 에러와 예외의 최상위 클래스입니다. 즉, 모든 예외와 오류는 Throwable 클래스를 상속받습니다.

• 하위 클래스: Throwable의 주요 하위 클래스는 Error와 Exception입니다.

• 역할: Throwable 클래스는 예외 또는 오류가 발생했을 때 해당 정보를 캡처하고, 이를 상위 호출 스택으로 전달할 수 있는 메커니즘을 제공합니다.

8.2 Exception

• 정의: Exception은 Throwable의 하위 클래스이며, 대부분의 예외 상황을 나타냅니다.

• 하위 클래스: IOException, SQLException 등 여러 Checked Exception 및 Unchecked Exception 클래스가 Exception을 상속받습니다.

• 역할: Exception 클래스는 프로그램에서 발생할 수 있는 다양한 예외 상황을 나타내며, 대부분의 경우 이를 처리하여 프로그램이 계속 실행될 수 있도록 합니다.

8.3 차이점 정리

• 상속 관계: Throwable은 최상위 클래스이며, Exception은 그 하위 클래스입니다.

• 주요 역할: Throwable은 예외와 오류를 모두 포함하며, Exception은 주로 예외를 처리합니다.

9. 제네릭(Generic)이란 무엇이고, 왜 사용할까요?

9.1 제네릭(Generic)의 정의

제네릭은 자바에서 타입을 일반화하여 클래스나 메서드를 작성할 수 있는 기능입니다. 즉, 제네릭을 사용하면 데이터 타입에 구애받지 않는 코드를 작성할 수 있습니다.

9.2 제네릭의 주요 목적

• 타입 안정성: 컴파일 시점에서 타입 체크를 통해 런타임 에러를 방지할 수 있습니다.

• 재사용성: 데이터 타입에 독립적인 코드를 작성함으로써, 다양한 타입에서 사용할 수 있는 코드 재사용성이 높아집니다.

• 가독성: 명시적인 타입 지정으로 코드 가독성이 향상됩니다.

9.3 제네릭의 예시

public class Box<T> {
    private T item;

    public void setItem(T item) {
        this.item = item;
    }

    public T getItem() {
        return item;
    }
}

위 코드에서 Box 클래스는 T라는 타입 파라미터를 사용하여 작성되었습니다. 이 클래스는 어떤 타입의 객체든 저장할 수 있으며, 컴파일 시점에 타입을 지정할 수 있습니다.

9.4 제네릭의 장점

• 타입 안정성 보장: 제네릭을 사용하면 컴파일 시점에 타입 오류를 검출할 수 있어 런타임 에러를 줄일 수 있습니다.

• 코드 중복 감소: 다양한 타입을 처리하기 위해 중복되는 코드를 줄일 수 있습니다.

• 유연성: 제네릭을 통해 여러 타입에 대해 동일한 로직을 적용할 수 있습니다.

9.5 사용 예시: 타입 안정성을 보장한 경험

제네릭을 사용하여 타입 안정성을 보장한 예로, ArrayList<String>을 사용한 경험을 들 수 있습니다. 제네릭을 적용하지 않은 ArrayList는 Object 타입의 요소를 받아들이기 때문에, 요소를 꺼낼 때마다 타입 캐스팅을 해야 합니다. 이 과정에서 ClassCastException이 발생할 수 있지만, 제네릭을 사용하면 이러한 문제를 컴파일 시점에 방지할 수 있습니다.

10. 제네릭을 사용한 경험을 소개해 주세요.

10.1 제네릭을 통한 타입 안정성 보장

제네릭을 사용함으로써 타입 안정성을 보장한 사례는 여러 가지가 있습니다. 예를 들어, ArrayList를 사용할 때 제네릭을 적용하면, 요소의 타입을 명확히 지정할 수 있어 컴파일 타임에 타입 오류를 미리 확인할 수 있습니다.

ArrayList<String> stringList = new ArrayList<>();
stringList.add("Hello");
stringList.add("World");
// stringList.add(10); // 컴파일 오류 발생

위 코드에서 stringList는 String 타입의 요소만을 받을 수 있습니다. 만약 잘못된 타입의 데이터를 추가하려고 하면, 컴파일 타임에 오류가 발생하여 프로그램이 안정적으로 동작할 수 있도록 합니다.

10.2 제네릭을 사용한 리팩토링 경험

프로젝트에서 반복적으로 사용되는 코드를 리팩토링하면서 제네릭을 활용한 경험이 있습니다. 초기 코드에서는 다양한 타입의 데이터를 처리하는 여러 메서드가 존재했는데, 제네릭을 사용하여 코드 중복을 줄이고 유지보수성을 높일 수 있었습니다.

public <T> void printArray(T[] array) {
    for (T element : array) {
        System.out.println(element);
    }
}

이와 같은 제네릭 메서드는 배열의 타입에 관계없이 모든 배열을 출력할 수 있어 코드의 재사용성을 극대화했습니다.