웹 프로그래밍/Spring Boot

[JAVA] 자바 기초 2 - 객체와 메모리, 예외까지

예찬예찬 2025. 6. 16. 15:17
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자바를 공부하다 보면 "객체를 만들면 어떻게 동작하지?"라는 질문이 자연스럽게 떠오르게 됩니다. 단순히 new 키워드를 써서 객체를 만든다고는 하는데 그게 실제로 메모리 상에서 어떻게 처리되는 걸까? 그리고 그 객체는 언제, 어떻게 사라질까? 이 글에서는 전 포스팅에 이어서 자바의 객체 생성과 메모리 해제 부터 하여 배열과 컬렉션, 상속과 다형성, 예외 처리, 캡슐화와 패키지 구성 등 자바의 핵심 개념들을 정리해보겠습니다.

객체는 어디에, 어떻게 만들어질까?

자바 프로그램이 실행되면 JVM(Java Virtual Machine)이 등장합니다. JVM은 메모리를 다음과 같이 나누어집니다:

  • Heap: new로 만든 객체들이 저장되는 공간.
  • Stack: 메서드 호출 시 생성되는 지역 변수와 매개변수가 저장됨.
  • Method Area (MetaSpace): 클래스 정보, static 변수 등.
  • PC Register / Native Stack: 쓰레드의 실행 흐름을 추적하는 구조.

예를 들어 다음과 같은 코드가 실행되면 다음과 같은 순서가 이루어집니다.

Student s = new Student();
  1. Student 클래스의 생성자가 호출된다.
  2. JVM은 Heap에 Student 객체를 위한 공간을 할당한다.
  3. 생성자 안의 초기화 코드가 실행된다.
  4. Stack에는 참조변수 s가 생기고, 해당 객체를 가리킨다.

생성자와 초기화 블록

초기화 블록은 모든 생성자보다 먼저 실행되는 블록입니다.

class Person {
    {
        System.out.println("초기화 블록 실행");
    }
    Person() {
        System.out.println("생성자 실행");
    }
}

하지만 실무에서는 명시적이고 명확한 생성자 사용이 더 권장된다고 합니다.

자바의 메모리 해제: Garbage Collection

자바는 개발자가 명시적으로 객체를 해제하지 않습니다. 대신, JVM 내부의 Garbage Collector (GC)가 메모리 누수를 방지하기 위해 더 이상 사용되지 않는 객체를 자동으로 제거해줍니다.

GC는 참조 기반으로 작동합니다. 어떤 객체도 더 이상 참조되지 않는 상태가 되면, 즉 도달할 수 없는 객체가 되면 GC의 대상이 됩니다.

예시)

Student s = new Student();
s = null; // 이전 객체는 더 이상 참조되지 않음 → GC가 수거

 

자바의 메모리 해제는 자동화되어 있어 편리하지만 객체 참조 관리를 잘못하면 메모리 누수가 발생할 수 있으므로 주의가 필요합니다. 예를 들어 정적 컬렉션에 객체를 저장해놓고 제거하지 않거나 리스너를 등록만 해놓고 해제하지 않는 경우가 이에 해당할 수 있겠지요.

예외 처리

자바에서 예외는 프로그램 실행 중 발생할 수 있는 예외 상황을 처리하기 위한 구조입니다. 예외 처리는 프로그램의 비정상 종료를 막고 예측 가능한 흐름으로 유지하기 위한 장치입니다.

try-catch-finally

try {
    int result = 10 / 0;
} catch (ArithmeticException e) {
    System.out.println("0으로 나눌 수 없습니다");
} finally {
    System.out.println("항상 실행됩니다");
}
  • try: 예외 발생 가능성이 있는 코드를 감싼다.
  • catch: 예외가 발생했을 때 실행된다.
  • finally: 예외 여부와 관계없이 항상 실행된다.

예외 처리 구조

자바에서는 프로그램 실행 중 발생할 수 있는 오류를 처리하기 위해 예외 처리 구조를 제공합니다.

예외는 크게 두 가지로 나뉘는데요.

  • 체크 예외(Checked Exception): 컴파일 타임에 예외 처리 여부를 반드시 확인하는 예외로, 명시적으로 try-catch로 처리하거나 throws로 선언해야 합니다.
  • 언체크 예외(Unchecked Exception): 런타임 중 발생하는 예외로, 처리 여부가 강제되지 않지만 상황에 따라 적절한 처리가 필요합니다.

체크 예외 vs 언체크 예외

체크 예외 컴파일 타임에 처리 여부 검사, 예외 처리 필수 IOException (입출력 실패), SQLException (DB 접근 오류)
언체크 예외 런타임에 발생, 처리 선택적 NullPointerException (null 참조), IllegalArgumentException (부적절한 인자)

throw vs throws

자바에서는 thorw로 예외를 직접 던지거나 throws로 메서드 선언부에 예외 발생 가능성을 명시할 수 있습니다.

 

throw는 실행문으로서 예외 객체를 발생시키는 데 사용됩니다.

if (num < 0) {
    throw new IllegalArgumentException("음수 안됨!");
}

 

throws는 메서드 선언부에서 해당 메서드가 특정 예외를 발생시킬 수 있음을 명시할 때 사용됩니다. 이는 주로 체크 예외에서 필수로 요구됩니다.

이 메서드를 호출할 때는 반드시 try-catch로 감싸거나 호출하는 쪽에서도 throws로 선언해야 컴파일 에러가 발생하지 않습니다.

public void readFile(String path) throws IOException {
    Files.readAllLines(Path.of(path));  // 예외 발생 가능
}

정리하자면 throw는 예외를 실제로 "던지는 코드"이며 throws는 "던질 수 있다는 선언"입니다.

 

반복문 종류

자바에는 세 가지 반복문이 있습니다. 각 반복문을 선택하는 기준은 아래와 같습니다.

  • for: 반복 횟수가 명확할 때
  • while: 조건만 만족하면 반복
  • do-while: 최소 한 번은 무조건 실행

배열과 ArrayList

int[] arr = new int[3];
ArrayList<String> list = new ArrayList<>();
  • 배열은 크기가 고정되어 있고, 성능은 빠르지만 유연성이 떨어집니다.
  • ArrayList는 내부적으로 배열을 사용하면서 동적으로 크기 조절 가능합니다.

성능이 정말 중요하고 요소의 개수가 정해저 있으면 배열을

코드가 간단하고 유연하게 작성되어야 하고 요소의 개수가 수시로 변하면 ArrayList를 사용하는게 좋습니다.

상속과 다형성, 객체지향

자바에서 상속은 기존 클래스(부모 클래스)의 필드나 메서드를 자식 클래스가 물려받아 사용할 수 있게 해주는 기능입니다. 상속은 코드의 재사용성과 확장성을 높여줍니다. 예를 들어 동물이라는 공통된 특성을 가진 클래스를 만들어두고 강아지나 고양이처럼 구체적인 클래스를 상속해 개별 동작만 추가하면 됩니다.

class Animal {
    void eat() {
        System.out.println("먹는다");
    }
}

class Dog extends Animal {
    void bark() {
        System.out.println("멍멍");
    }
}

자바에서는 클래스 간 단일 상속만 허용됩니다. 이는 상속 구조가 너무 복잡해지거나 충돌이 발생하는 다이아몬드 문제를 방지하기 위함입니다.

부모 타입으로 자식 객체를 참조하면, 실행 시점에는 자식 클래스의 메서드가 호출되는 동적 바인딩이 일어납니다.

Animal animal = new Dog();
animal.eat(); // 부모 클래스의 메서드 사용
// animal.bark(); // 불가능

오버로딩과 오버라이딩

오버로딩은 같은 이름의 메서드를 매개변수의 수나 타입만 다르게 하여 여러 번 정의하는 기법입니다. 컴파일 시점에 어떤 메서드가 실행될지 결정되므로 '정적 바인딩'이라고도 불립니다.

class Printer {
    void print(String s) {
        System.out.println(s);
    }
    void print(int i) {
        System.out.println(i);
    }
}

오버라이딩은 부모 클래스에서 정의한 메서드를 자식 클래스가 같은 이름, 같은 매개변수, 같은 리턴타입으로 다시 정의하는 것입니다. 실행 시점에 어떤 메서드가 실행될지 결정되며 다형성을 실현하는 핵심이 됩니다.

class Animal {
    void sound() {
        System.out.println("동물 소리");
    }
}
class Dog extends Animal {
    @Override
    void sound() {
        System.out.println("멍멍");
    }
}

 

정의 위치 같은 클래스 내 상속 관계 클래스 간
메서드 이름 동일 동일
매개변수 다름 동일
반환 타입 상관없음 반드시 동일
바인딩 시점 컴파일 시점 런타임 시점

이 둘은 목적이 다릅니다. 오버로딩은 "입력에 따라 다양한 처리", 오버라이딩은 "자식 클래스에서의 특화된 동작"에 초점을 둔다고 생각하면 쉽게 이해됩니다.

인터페이스와 추상 클래스

자바에서는 다중 상속이 불가능하지만 인터페이스를 통해 다중 구현이 가능합니다. 인터페이스는 메서드의 시그니처만 정의하고 구현은 해당 인터페이스를 구현하는 클래스가 맡습니다. 예로 새와 비행기 모두 날 수 있지만 그 방법은 다르므로 다음처럼 정의할 수 있지요.

interface Flyable {
    void fly();
}

class Bird implements Flyable {
    public void fly() {
        System.out.println("날개로 날다");
    }
}

class Plane implements Flyable {
    public void fly() {
        System.out.println("엔진으로 날다");
    }
}

 

 

반면 추상 클래스는 공통 속성 + 공통 동작을 함께 정의할 수 있는 클래스입니다. 일부 메서드는 구현하고 일부는 추상 메서드로 남겨 자식 클래스가 반드시 구현하게 만들 수 있습니다.

abstract class Animal {
    abstract void sound();
    void breathe() {
        System.out.println("숨 쉬기");
    }
}

class Cat extends Animal {
    void sound() {
        System.out.println("야옹");
    }
}
항목 인터페이스 추상 클래스
목적 동작 정의 (기능 중심) 공통 속성+동작 정의 (상태 + 동작)
다중 구현 가능 불가능
생성자 없음 있음
필드 public static final 상수만 인스턴스 필드 가능
메서드 구현 기본적으로 없음 (default 가능) 가능

 

정리하자면 공통 기능을 물려주는 뼈대가 필요할 땐 추상 클래스, 여러 역할(행위)을 선언하고 각 클래스가 자유롭게 구현하도록 하려면 인터페이스를 사용하는 게 좋습니다.

접근 제어자와 캡슐화

자바에서 접근 제어자는 클래스, 메서드, 필드의 접근 범위를 명확히 설정하여 정보 은닉과 캡슐화를 지원합니다.

접근 제어자

자바의 접근 제어자는 네 가지로 구분됩니다.

접근 제어자 접근 가능 범위

public 어디서든 접근 가능
protected 같은 패키지 내, 또는 다른 패키지의 자식 클래스에서 접근 가능
(default) 같은 패키지 내에서만 접근 가능
private 같은 클래스 내에서만 접근 가능

각 접근 제어자의 역할과 사용 예시

  • public: 공개적인 API로 사용됩니다.
public class Calculator {
    public int add(int a, int b) {
        return a + b;
    }
}
  • private: 클래스 외부에서 직접 접근을 막습니다.
public class User {
    private String password;

    public void setPassword(String pw) {
        this.password = pw;
    }
}
  • protected: 상속을 고려해 자식 클래스에서 접근 가능하게 합니다.
protected void validate() {
    // 자식 클래스가 접근할 수 있는 메서드
}
  • (default): 같은 패키지에서만 접근 가능합니다.
void log(String message) {
    // 같은 패키지에서만 접근 가능
}

캡슐화와 접근 제어자의 관계

캡슐화는 데이터 은닉을 통해 클래스 내부의 데이터를 보호하고 외부에서는 메서드를 통해 제한적으로 접근할 수 있게 하는 것을 말합니다.

public class Account {
    private int balance;

    public int getBalance() { return balance; }

    public void deposit(int amount) {
        if (amount > 0) balance += amount;
    }
}

패키지 구조

패키지는 자바에서 클래스들을 논리적으로 묶어 구조화 및 모듈화를 지원하는 개념입니다. 이를 통해 클래스 이름 충돌을 방지하고, 기능별로 코드를 정리하여 유지보수성을 높일 수 있습니다.

package com.modie.user;

public class UserService {
    // 사용자 관리 로직
}

패키지 이름은 실제 폴더 경로와 일치해야 하며 일반적으로 도메인을 역순으로 사용하여 고유성을 확보합니다.

패키지를 사용하는 이유

  • 코드 분류: 관련된 기능끼리 그룹화하여 관리하기 쉽습니다.
  • 클래스 이름 충돌 방지: 같은 이름의 클래스를 서로 다른 패키지에 둘 수 있습니다.
  • 모듈화 지원: 독립적으로 개발 및 유지보수할 수 있도록 지원합니다.
  • 가독성 향상: 코드의 구조와 역할을 쉽게 파악할 수 있습니다.
  • 접근 제어 강화: default 접근 제어자를 활용하여 패키지 내부 접근을 제한할 수 있습니다.

패키지 구성 방식

패키지를 구성하는 두 가지 주요 방식은 다음과 같습니다.

  1. 도메인(기능) 중심 패키지 구조
com.modie.user
 ├─ User.java
 ├─ UserController.java
 ├─ UserService.java
 └─ UserRepository.java

기능별로 모든 관련 파일을 함께 묶음.

  1. 레이어(역할) 중심 패키지 구조
com.modie
 ├─ controller
 │  └─ UserController.java
 ├─ service
 │  └─ UserService.java
 ├─ repository
 │  └─ UserRepository.java
 └─ domain
    └─ User.java

역할별로 파일을 나누어 관리합니다.

최근 실무에서는 기능 중심 구조(Domain-Oriented Structure)를 많이 선호한다고 하네.

final과 static, 그리고 상수 정의

둘 다 변경 불가능하거나 공유되는 요소를 정의할 때 사용되며 특히 함께 쓰일 경우 상수를 정의하는데 사용됩니다.

 

final은 변수, 메서드, 클래스에 사용할 수 있으며 각각의 의미는 다음과 같습니다:

  • 변수: 한 번 값이 할당되면 다시 변경할 수 없음 (상수처럼 동작)
  • 메서드: 해당 메서드를 자식 클래스에서 오버라이딩할 수 없음
  • 클래스: 해당 클래스를 상속받을 수 없음

예를 들어 다음은 변경이 불가능한 final 변수입니다:

final int MAX_USERS = 100;

이 변수는 한 번 초기화되면 더 이상 값이 변경될 수 없습니다. 만약 나중에 MAX_USERS = 200;과 같이 값을 다시 대입하면 컴파일 에러가 발생합니다.

참조형 변수에서 final을 사용하면, 참조 자체는 고정되지만 내부 값은 수정할 수 있습니다:

final List<String> names = new ArrayList<>();
names.add("루니");       // 가능
names = new ArrayList<>(); // 참조 변경은 불가

 

 

static은 클래스 단위로 메모리에 올라가는 키워드입니다. 객체를 생성하지 않아도 클래스명으로 접근이 가능하며 모든 인스턴스가 공유하는 값입니다.

class MathUtil {
    static int add(int a, int b) {
        return a + b;
    }
}

MathUtil.add(3, 5); // 객체 생성 없이 호출 가능

static 키워드는 주로 다음과 같은 경우에 사용됩니다:

  • 공통된 값을 여러 인스턴스가 공유할 때
  • 유틸리티 메서드를 인스턴스 없이 제공할 때

마무리

지금까지 자바의 객체 생성부터 static과 final까지 핵심 개념들을 하나씩 정리해봤습니다. 

처음에는 단순히 문법을 외우는 것 같지만  개념들은 서로 연결되어있고 이는 프로젝트를 설계하거나 유지보수할 때 강력한 무기가 되어줍니다.

앞으로도 "왜 이 구조를 쓰는가?"를 고민하며 꾸준히 해보도록 하겠습니다.

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