[객체지향의 원리와 이해 2] 자바의 절차적 / 구조적 프로그래밍

자바 프로그램의 개발과 구동

현실 세계	가상 세계(자바 월드)
소프트웨어 개발 도구	JDK - 자바 개발 도구	JVM용 소프르웨어 개발 도구
운영체제	JRE - 자바 실행 환경	JVM용 OS
하드웨어 - 물리적 컴퓨터	JVM - 자바 가상 기계	가상의 컴퓨터

• JDK < JRE < JVM
• Write Once Run Everywhere
  • JVM이 중재자로서 각 플랫폼(윈도우, 유닉스, 리눅스 등)에서 프로그램을 구동하게끔 해줌 

 

기계어를 포함한 모든 프로그래밍 언어의 메모리 사용 방식

코드 실행 영역

데이터 저장 영역

 

객체지향 프로그래밍 언어의 메모리 사용 방식

코드 실행 영역	스태틱 (static) 영역
	스택 (stack) 영역	힙(Heap) 영역

 

자바에 존재하는 절차적 / 구조적 프로그래밍의 유산

• 함수 - 중복 코드 관리, 이해하기 쉬운 코드
• 공유 사용시 문제가 발생하기 쉬운 전역 변수보다 지역변수 사용
• 함수 = 메서드

 

main() 메서드 : 메서드 스택 프레임

스태틱 (static) - 클래스들의 놀이터
스택 (stack) - 메서드들의 놀이터	힙(Heap) - 객체들의 놀이터

1. JRE는 프로그램 안 main() 메서드 있는지 확인하고, 클래스에서 main() 메서드 발견하고 프로그래밍 실행 사전 준비 착수
2. JRE는 JVM에 전원을 넣어 부팅
3. 부팅된 JVM은 목적 파일을 받아 실행  = 전처리 과정
4. JVM은 java.lang패키지를 T메모리의 스태틱 영역에 가져다 놓는다
5. JVM은 개발자가 작성한 모든 클래스와 import 클래스역시 스태틱 영역에 가져다 놓는다.
6. main()메서드가 끝나면 JRE는 JVM을 종료하고, JRE자체도 운영체제 상의 메모리에서 사라진다

 

변수와 메모리

public class Start2 {
    public static void main(String[] args){
        int i;
        i=10;
        
        double d = 20.0;
    }
}

java.lang                 /         start2 - main(args:string[])
main() 스택프레임 d 20.0 i 10 args

위 코드를 실행한 T 메모리 상태이고, i는 변수 선언의 명령문과 변수에 값을 할당하는 명령의 두개의 명령문이다.

public class Start2 {
    public static void main(String[] args){
        int i =10;
        int k= 20;

        if(i==0){
            int m = k+5;
            k = m;            
        }else{
            int p = k+10;
            k=p;
        }
    }
}

java.lang                 /         start2 - main(args:string[])
main() 스택프레임 if(true) 스택프레임 d 20.0 i 10 args

• if문, 참인 블록의 스택 프레임만 생성된다
• m=k+5 구문은 스택 프레임 안의 변수 m에 값을 할당한다. 이때 if 스택 프레임 밖에 있으면서 main() 메서드 스택 프레임 안에 있는 k변수를 연산에 참여시킨다
• if 블록 중 참일 때의 블록을 종료하면 if 블록 스택 프레임은 스택 영역에서 사라진다
• if 블록 스택 프레임 수행중, if 블록 스택 프레임 외부에 존재하는 변수에 접근이 가능하다 = 메모리 상에 변수 k가 존재하므로 
  • 내부 스택 프레임에서 외부 스택 프레임의 변수에 접근이 가능하다
• 스택 메모리 내의 스택 프레임안의 변수를 지역변수라고 하며, 그 지역이 사라지면 지역변수도 메모리에서 사라진다.

 

지역변수와 메모리

지역변수	스택(stack) 영역의 스택 프레임 안에서 일생을 보내며, 스택 프레임이 사라지면 소멸된다.
클래스 멤버 변수	스태틱(static) 영역에서 일생을 보낸다. 스택 영역에 한번 자리를 잡으면 jvm이 종료될때까지 고정된(static) 상태로 그 자리를 지킨다
객체 멤버 변수	힙(heap) 영역에서 일생을 보내며, 객체 멤버 변수들은 객체와 함께 가비지컬렉터(gc) 대상이다

 

메서드 호출과 메모리 : 메서드 스택 프레임2

public class Start2 {
    public static void main(String[] args){
        int k= 5;
        int m;

        m = square(k);
    }
    private static int square(int k) {
        int result;

        k= 25;

        result= k;

        return result;
    }
}

• main() 메서드 가진 변수 k와 square() 메서드가 가진 변수 k가 이름만 같지만 실제로는 별도의 변수 공간이다 = call by value
• square() 메서드 안의 k변수에 무슨 짓을 하더라도 main()메서드 안의 k변수는 영향이 없다.

java.lang                 /         start2 - square(k:int) main(args:string[])
square() 스택프레임 result 25 k 5 반환값 25 main() 스택프레임 m ? k 5 args

-> return result; 까지 실행한 후 T 메모리

java.lang                 /         start2 - square(k:int) main(args:string[])
main() 스택프레임 m 25 k 5 args

-> m = sqauare(k); 까지 실행한 후 T 메모리

• 메서드 스택 프레임안에서 다른 메서드 스택 프레임의 내부 변수는 접근 불가 
  • main()에서 square()의 지역변수 접근불가, square()에서 main()의 지역변수 접근불가 
  • 입력 값들(인자 리스트)과 반환값에 의해서만 메서드 사이에서 값이 전달될 뿐 서로 내부 지역 변수 볼수 없음
  • m = square(k); 실행전 까지는 T메모리 상에 square() 메서드 스택 프레임은 존재하지 않기에 square() 메서드 내의 지역변수도 존재하지 않고, 존재하지 않기에 당연히 접근 불가
• 서로 다른 메서드의 지역변수를 참조할 수 없는 이유
  • 메서드는 고유 공간인데 서로 침범하면 자바 월드에 문제를 유발할 가능성
  • 포인터문제로, 서로 다른 메서드에서 지역변수에 접근한다면 위치를 정확히 알아야하는데, 그를 위해서는 변수의 메모리 위치= 포인터(메모리 주소값)을 알아야하지만, 자바에는 포인터가 없음
  • 메서드를 호출할 때마다 해당 메서드의 스택 프레임이 생기고, 여러번 square()를 호출시 매번 square() 스택 프레임이 생성되고 소멸된다. 이전에 만들어진 square() 메서드 스택 프레임 내 지역 변수는 다시 만들어진 square() 메서드 스택 프레임의 변수와는 완전히 별개다
• call by value = 값에 의한 전달
  • 메서드를 호출하면서 인자로 전달되는 것은 변수 자체가 아닌 변수가 저장한 값만을 복제해서 전달한다

 

전역 변수와 메모리

public class Start2 { 
    static int share;
    
    public static void main(String[] args){
        share=55;
        int k= fun(5,7);
    }
    private static int fun(int m, int p) {
        share = m+p;
        return m-p;
    }
}

java.lang                 /         start2 share 55 - fun(m:int, p:int) main(args:string[])
fun() 스택프레임 p 7 m 5 반환값 ? main() 스택프레임 k ? args

-> private static int fun(int m, int p) 실행한 후의 T메모리

• share = m+p를 실행하면, share은 12가 된다.

java.lang                 /         start2 share 12 - fun(m:int, p:int) main(args:string[])
fun() 스택프레임 p 7 m 5 반환값 -2 main() 스택프레임 k ? args

-> return m-p 실행한 후의 T메모리

java.lang                 /         start2 share 12 - fun(m:int, p:int) main(args:string[])
main() 스택프레임 k -2 args

-> int k = fun(5,7) 실행한 후의 T메모리

 

전역 변수

• 메서드 밖에서 선언된 변수 share는 메서드들 사이에서 공유해서 사용할 수 있는 전역변수다
• 스텍 프레임에 독립적이다.
• 다른 메서드에 의해 전역변수가 저장된다면, 코드를 추적해야만하는 유지보수의 어려움이 존재한다.
• 읽기 전용으로 값을 공유해 전역 상수로 쓰는 것은 추천

지역 변수

• 스텍 프레임에 종속적이다.

 

멀티 스레드 

스태틱 영역
스택 (stack) 영역		힙(Heap) 영역
스레드	스레드

• T 메모리 모들은 스택 영역을 스레드 개수만큼 분할해서 쓰는 것이다.
• 하나의 T메모리만 사용하는데 스택 영역만 분할하므로, 하나의 스레드에서 다른 스레드의 스택 영역에는 접근할 수 없지만, 스태틱과 힙 영역은 공유해서 사용하는 구조다.
• 따라서 멀티 프로세스 대비 메모리를 적게 사용할 수 있는 구조다

 

멀티 프로세스

스태틱 영역
스택 (stack) 영역		힙(Heap) 영역

스태틱 영역
스택 (stack) 영역		힙(Heap) 영역

• 다수의 데이터 저장영역, 즉 다수의 T메모리를 갖는 구조다.
• 각 프로세스마다 각자의 T메모리가 있고 각자 고유의 공간이므로 서로 참조할수 없다
• 하나의 프로레스가 다른 프로세스의 T메모리 영역을 절대 침범할 수없는 메모리 안전구조이지만, 메모리 사용량은 그만큼 크다.

-> 서블릿은 요청당 프로세스가 아닌 요청당 스레드를 생성한다. = 효율적이므로

 

 

멀티 스레드와 전역변수

• 쓰기 가능한 전역변수를 사용하게 되면 스레드 안전성이 깨진다 = thread unsafe
• lock을 거는 방법이 있지만, 그 순간 스레드의 장점을 버린 것과 같다.

Field = 필드 = 속성 = 프로퍼티 = property

Function = 함수 = 메서드 = Method = 기능 = 행위

 

 

객체 지향이 힙 메모리 영역을 사용하는 방식은 기존의 절차적/구조적 언어와 차이가 있다.

• 스태틱 : 클래스들의 놀이터
• 스택 : 메서드들의 놀이터
• 힙 : 객체들의 놀이터

 

 

[참고]

스프링 입문을 위한 자바 객체 지향의 원리와 이해