래퍼, Class 클래스
#Java
기본형의 한계
자바는 객체 지향 언어이다. 그런데 자바 안에 객체가 아닌 것이 있다. 바로 int , double 같은 기본형(Primitive Type)이다.
한계점
- 객체가 아님: 기본형 데이터는 객체가 아니기 때문에, 객체 지향 프로그래밍의 장점을 살릴 수 없다. 예를 들어 객 체는 유용한 메서드를 제공할 수 있는데, 기본형은 객체가 아니므로 메서드를 제공할 수 없다.
- 추가로 객체 참조가 필요한 컬렉션 프레임워크를 사용할 수 없다. 그리고 제네릭도 사용할 수 없다. (이 부분은 뒤에서 설명한다.)
- null 값을 가질 수 없음: 기본형 데이터 타입은
null값을 가질 수 없다. 때로는 데이터가없음이라는 상태를 나 타내야 할 필요가 있는데, 기본형은 항상 값을 가지기 때문에 이런 표현을 할 수 없다.
Wrapper Class
특정 기본형을 감싸서(Wrap) 만드는 클래스를 래퍼 클래스 (Wrapper class)라 한다.
- 자신이 가진 메서드를 편리하게 호출할 수 있고, 자기 자신의 값을 외부의 값과 비교할 수 있다.
- null 값을 가질 수 있어 데이터가 없음을 표현할 수 있다. 물론 NullPointerException을 주의하자.
래퍼 클래스 - 자바 래퍼 클래스
자바는 기본형에 대응하는 래퍼 클래스를 기본으로 제공한다.
- byte Byte
- short Short
- int Integer
- long Long
- float Float
- double Double
- char Character
- boolean Boolean
자바가 제공하는 기본 래퍼 클래스는 다음과 같은 특징을 가지고 있다.
- 불변이다.
- equals로 비교해야 한다.(동등성 비교를 해야 한다)
래퍼 클래스 생성 - 박싱(Boxing)
- 기본형을 래퍼 클래스로 변경하는 것을 마치 박스에 물건을 넣은 것 같다고 해서 박싱(Boxing)이라 한다.
new Integer(10)은 직접 사용하면 안된다. 작동은 하지만, 향후 자바에서 제거될 예정이다.- 대신에
Integer.valueOf(10)를 사용하면 된다. - 내부에서
new Integer(10)을 사용해서 객체를 생성하고 돌려준다.
- 대신에
- 추가로
Integer.valueOf()에는 성능 최적화 기능이 있다. 개발자들이 일반적으로 자주 사용하는 -128 ~ 127 범위의Integer클래스를 미리 생성해준다. 해당 범위의 값을 조회하면 미리 생성된Integer객체를 반환한다. 해당 범위의 값이 없으면new Integer()를 호출한다.- 마치 문자열 풀과 비슷하게 자주 사용하는 숫자를 미리 생성해두고 재사용한다.
- 참고로 이런 최적화 방식은 미래에 더 나은 방식으로 변경될 수 있다.
intValue() - 언박싱(Unboxing)
- 래퍼 클래스에 들어있는 기본형 값을 다시 꺼내는 메서드이다.
- 박스에 들어있는 물건을 꺼내는 것 같다고 해서 언박싱(Unboxing)이라 한다.
비교는 equals() 사용
- 래퍼 클래스는 객체이기 때문에
==비교를 하면 인스턴스의 참조값을 비교한다. - 래퍼 클래스는 내부의 값을 비교하도록
equals()를 재정의 해두었다. 따라서 값을 비교하려면equals()를 사용해야 한다.
참고로 래퍼 클래스는 객체를 그대로 출력해도 내부에 있는 값을 문자로 출력하도록 toString() 을 재정의했다.
래퍼 클래스 - 오토 박싱
개발자들이 오랜기간 개발을 하다 보니 기본형을 래퍼 클래스로 변환하거나 또는 래퍼 클래스를 기본형으로 변환하는 일이 자주 발생했다. 그래서 많은 개발자들이 불편함을 호소했다. 자바는 이런 문제를 해결하기 위해 자바 1.5부터 오토 박싱(Auto-boxing), 오토 언박싱(Auto-Unboxing)을 지원한다.
오토 박싱, 오토 언박싱
package lang.string.wrapper;
public class AutoboxingMain2 {
public static void main(String[] args) {
// Primitive -> Wrapper
int value = 7;
Integer boxedValue = value; // 오토 박싱(Auto-boxing)
// Wrapper -> Primitive
int unboxedValue = boxedValue; // 오토 언박싱(Auto-Unboxing)
System.out.println("boxedValue = " + boxedValue);
System.out.println("unboxedValue = " + unboxedValue);
}
}
오토 박싱과 오토 언박싱은 컴파일러가 개발자 대신 valueOf , xxxValue() 등의 코드를 추가해주는 기능이다. 덕분에 기본형과 래퍼형을 서로 편리하게 변환할 수 있다.
Integer boxedValue = value; //오토 박싱(Auto-boxing)
Integer boxedValue = Integer.valueOf(value); //컴파일 단계에서 추가
int unboxedValue = boxedValue; //오토 언박싱(Auto-Unboxing) int unboxedValue = boxedValue.intValue(); //컴파일 단계에서 추가
래퍼 클래스- 주요 메서드
레퍼 클래스가 제공하는 주요 메서드를 알아보자.
valueOf(): 래퍼 타입을 반환한다. 숫자, 문자열을 모두 지원한다.parseInt(): 문자열을 기본형으로 변환한다.compareTo():내값과인수로넘어온값을비교한다.내값이크면1,같으면0,내값이작으면-1을 반환 한다.Integer.sum(),Integer.min(),Integer.max():static메서드이다. 간단한 덧셈, 작은 값, 큰 값 연산을 수행한다.
parseInt() vs valueOf() 원하는 타입에 맞는 메서드를 사용하면 된다.
valueOf("10")는 래퍼 타입을 반환한다.parseInt("10")는 기본형을 반환한다.Long.parseLong()처럼 각 타입에parseXxx()가 존재한다.
래퍼 클래스의 성능
package lang.string.wrapper;
public class WrapperVsPrimitive {
public static void main(String[] args) {
int iterations = 1_000_000_000; // 반복 횟수 설정, 10억 long startTime, endTime;
long startTime, endTime;
// 기본형 long 사용
long sumPrimitive = 0;
startTime = System.currentTimeMillis(); for (int i = 0; i < iterations; i++) {
sumPrimitive += i;
}
endTime = System.currentTimeMillis();
System.out.println("sumPrimitive = " + sumPrimitive);
System.out.println("기본 자료형 long 실행 시간: " + (endTime - startTime) + "ms");
// 래퍼 클래스 Long 사용
Long sumWrapper = 0L;
startTime = System.currentTimeMillis();
for (int i = 0; i < iterations; i++) {
sumWrapper += i; // 오토 박싱 발생 }
endTime = System.currentTimeMillis();
System.out.println("sumWrapper = " + sumWrapper);
System.out.println("래퍼 클래스 Long 실행 시간: " + (endTime - startTime) + "ms");
}
}
}
- 기본형 연산이 래퍼 클래스보다 대략 5배 정도 빠른 것을 확인할 수 있다. 참고로 계산 결과는 시스템 마다 다르다.
- 기본형은 메모리에서 단순히 그 크기만큼의 공간을 차지한다. 예를 들어
int는 보통 4바이트의 메모리를 사용한다. - 래퍼 클래스의 인스턴스는 내부에 필드로 가지고 있는 기본형의 값 뿐만 아니라 자바에서 객체 자체를 다루는데 필요한 객체 메타데이터를 포함하므로 더 많은 메모리를 사용한다. 자바 버전과 시스템마다 다르지만 대략 8~16 바이트의 메모리를 추가로 사용한다.
기본형, 래퍼 클래스 어떤 것을 사용?
- 이 연산은 10억 번의 연산을 수행했을 때 0.3초와, 1.5초의 차이다.
- 기본형이든 래퍼 클래스든 이것을 1회로 환산하면 둘다 매우 빠르게 연산이 수행된다.
- 0.3초 나누기 10억, 1.5초 나누기 10억이다.
- 일반적인 애플리케이션을 만드는 관점에서 보면 이런 부분을 최적화해도 사막의 모래알 하나 정도의 차이가 날 뿐 이다.
- CPU 연산을 아주 많이 수행하는 특수한 경우이거나, 수만~ 수십만 이상 연속해서 연산을 수행해야 하는 경우라 면 기본형을 사용해서 최적화를 고려하자.
- 그렇지 않은 일반적인 경우라면 코드를 유지보수하기 더 나은 것을 선택하면 된다.
유지보수 vs 최적화 유지보수 vs 최적화를 고려해야 하는 상황이라면 유지보수하기 좋은 코드를 먼저 고민해야 한다. 특히 최신 컴퓨터는 매우 빠르기 때문에 메모리 상에서 발생하는 연산을 몇 번 줄인다고해도 실질적인 도움이 되지 않는 경우가 많다.
- 코드 변경 없이 성능 최적화를 하면 가장 좋겠지만, 성능 최적화는 대부분 단순함 보다는 복잡함을 요구하고, 더 많은 코드들을 추가로 만들어야 한다. 최적화를 위해 유지보수 해야 하는 코드가 더 늘어나는 것이다. 그런데 진짜 문제는 최적화를 한다고 했지만 전체 애플리케이션의 성능 관점에서 보면 불필요한 최적화를 할 가능성이 있다.
- 특히 웹 애플리케이션의 경우 메모리 안에서 발생하는 연산 하나보다 네트워크 호출 한 번이 많게는 수십만배 더 오래 걸린다. 자바 메모리 내부에서 발생하는 연산을 수천번에서 한 번으로 줄이는 것 보다, 네트워크 호출 한 번을 더 줄이는 것이 더 효과적인 경우가 많다.
- 권장하는 방법은 개발 이후에 성능 테스트를 해보고 정말 문제가 되는 부분을 찾아서 최적화 하는 것이다.
Class 클래스
클래스의 정보(메타데이터)를 다루는데 사용된다. Class 클래스를 통해 개발자는 실행 중인 자바 애플리케이션 내에서 필요한 클래스의 속성과 메서드에 대한 정보를 조회하고 조작할 수 있다.
Class 클래스의 주요 기능은 다음과 같다.
- 타입 정보 얻기: 클래스의 이름, 슈퍼클래스, 인터페이스, 접근 제한자 등과 같은 정보를 조회할 수 있다.
- 리플렉션: 클래스에 정의된 메서드, 필드, 생성자 등을 조회하고, 이들을 통해 객체 인스턴스를 생성하거나 메서드를 호출하는 등의 작업을 할 수 있다.
- 동적 로딩과 생성:
Class.forName()메서드를 사용하여 클래스를 동적으로 로드하고,newInstance()메서드를 통해 새로운 인스턴스를 생성할 수 있다. - 애노테이션 처리: 클래스에 적용된 애노테이션(annotation)을 조회하고 처리하는 기능을 제공한다.
예를 들어, String.class 는 String 클래스에 대한 Class 객체를 나타내며, 이를 통해 String 클래스에 대한 메타데이터를 조회하거나 조작할 수 있다.
package lang.clazz;
import java.lang.reflect.Field;
import java.lang.reflect.Method;
public class ClassMetaMain {
public static void main(String[] args) throws Exception {
//Class 조회
Class clazz = String.class; // 1.클래스에서 조회
//Class clazz = new String().getClass();// 2.인스턴스에서 조회
//Class clazz = Class.forName("java.lang.String"); // 3.문자열로 조회
// 모든 필드 출력
Field[] fields = clazz.getDeclaredFields();
for (Field field : fields) {
System.out.println("Field: " + field.getType() + " " +
field.getName());
}
// 모든 메서드 출력
Method[] methods = clazz.getDeclaredMethods();
for (Method method : methods) {
System.out.println("Method: " + method);
}
// 상위 클래스 정보 출력
System.out.println("Superclass: " + clazz.getSuperclass().getName());
// 인터페이스 정보 출력
Class[] interfaces = clazz.getInterfaces();
for (Class i : interfaces) {
System.out.println("Interface: " + i.getName());
}
}
}
주의!
main() 옆에 throws Exception 이 추가된 부분에 주의하자. 이 코드가 없으면 컴파일 오류가 발생한다. 자세한 내용은 예외 처리에서 학습한다.
Class 클래스는 다음과 같이 3가지 방법으로 조회할 수 있다.
Class clazz = String.class; // 1.클래스에서 조회
Class clazz = new String().getClass();// 2.인스턴스에서 조회
Class clazz = Class.forName("java.lang.String"); // 3.문자열로 조회 ```
Class 클래스의 주요 기능
- getDeclaredFields(): 클래스의 모든 필드를 조회한다.
- getDeclaredMethods(): 클래스의 모든 메서드를 조회한다.
- getSuperclass(): 클래스의 부모 클래스를 조회한다.
- getInterfaces(): 클래스의 인터페이스들을 조회한다.
클래스 생성하기
Class 클래스의 정보를 가지고 인스턴스를 생성해보자
package lang.clazz;
public class Hello {
public String hello() {
return "hello!";
}
}
package lang.clazz;
public class ClassCreateMain {
public static void main(String[] args) throws Exception {
//Class helloClass = Hello.class;
Class helloClass = Class.forName("lang.clazz.Hello");
Hello hello = (Hello) helloClass.getDeclaredConstructor().newInstance();
String result = hello.hello();
System.out.println("result = " + result);
}
}
실행 결과 result = hello!
getDeclaredConstructor().newInstance()
getDeclaredConstructor(): 생성자를 선택한다.newInstance(): 선택된 생성자를 기반으로 인스턴스를 생성한다.
리플렉션 - reflection
Class 를 사용하면 클래스의 메타 정보를 기반으로 클래스에 정의된 메서드, 필드, 생성자 등을 조회하고, 이들을 통해 객체 인스턴스를 생성하거나 메서드를 호출하는 작업을 할 수 있다. 이런 작업을 리플렉션이라 한다. 추가로 애노테이션 정보를 읽어서 특별한 기능을 수행할 수 도 있다. 최신 프레임워크들은 이런 기능을 적극 활용한다.
지금은 Class 가 뭔지, 그리고 대략 어떤 기능들을 제공하는지만 알아두면 충분하다. 지금은 리플렉션을 학습하는 것 보다 훨씬 더 중요한 기본기들을 학습해야 한다. 리플렉션은 이후에 별도로 다룬다.
System 클래스
시스템 관련된 기본 기능을 제공한다.
package lang.system;
import java.util.Arrays;
public class SystemMain {
public static void main(String[] args) {
// 현재 시간(밀리초)를 가져온다.
long currentTimeMillis = System.currentTimeMillis();
System.out.println("currentTimeMillis: " + currentTimeMillis);
// 현재 시간(나노초)를 가져온다.
long currentTimeNano = System.nanoTime();
System.out.println("currentTimeNano: " + currentTimeNano);
// 환경 변수를 읽는다.
System.out.println("getenv = " + System.getenv());
// 시스템 속성을 읽는다.
System.out.println("properties = " + System.getProperties());
System.out.println("Java version: " +
System.getProperty("java.version"));
// 배열을 고속으로 복사한다.
char[] originalArray = new char[]{'h', 'e', 'l', 'l', 'o'};
char[] copiedArray = new char[5];
System.arraycopy(originalArray, 0, copiedArray, 0,
originalArray.length);
// 배열 출력
System.out.println("copiedArray = " + copiedArray);
System.out.println("Arrays.toString = " + Arrays.toString(copiedArray));
//프로그램 종료
System.exit(0);
}
}
- 표준 입력, 출력, 오류 스트림:
System.in,System.out,System.err은 각각 표준 입력, 표준 출력, 표준 오류 스트림을 나타낸다. - 시간 측정:
System.currentTimeMillis()와System.nanoTime()은 현재 시간을 밀리초 또는 나노초 단위로 제공한다. - 환경 변수:
System.getenv()메서드를 사용하여 OS에서 설정한 환경 변수의 값을 얻을 수 있다. - 시스템 속성:
System.getProperties()를 사용해 현재 시스템 속성을 얻거나System.getProperty(String key)로 특정 속성을 얻을 수 있다. 시스템 속성은 자바에서 사용하는 설정 값이다. - 시스템 종료:
System.exit(int status)메서드는 프로그램을 종료하고, OS에 프로그램 종료의 상태 코드를 전달한다.- 상태코드
0:정상종료 - 상태 코드
0이 아님: 오류나 예외적인 종료
- 상태코드
- 배열 고속 복사:
System.arraycopy는 시스템 레벨에서 최적화된 메모리 복사 연산을 사용한다. 직접 반복문 을 사용해서 배열을 복사할 때 보다 수 배 이상 빠른 성능을 제공한다.
Math, Random 클래스
이런 게 있다 정도 보고, 필요할 때 Docs를 찾아보자
Math 클래스 메서드
- 기본 연산 메서드
abs(x) : 절대값max(a, b) : 최대값min(a, b) : 최소값
- 지수 및 로그 연산 메서드
exp(x) : e^x 계산log(x) : 자연 로그log10(x) : 로그 10pow(a, b) : a 의 b 제곱
- 반올림 및 정밀도 메서드
ceil(x) : 올림floor(x) : 내림
rint(x) : 가장 가까운 정수로 반올림round(x) : 반올림
- 삼각 함수 메서드
sin(x) : 사인cos(x) : 코사인tan(x) : 탄젠트
- 기타 유용한 메서드
sqrt(x) : 제곱근cbrt(x) : 세제곱근
random() : 0.0과 1.0 사이의 무작위 값 생성
Random 클래스 메서드
package lang.math;
import java.util.Random;
public class RandomMain {
public static void main(String[] args) {
Random random = new Random();
//Random random = new Random(1); //seed가 같으면 Random의 결과가 같다.
int randomInt = random.nextInt();
System.out.println("randomInt: " + randomInt);
double randomDouble = random.nextDouble(); //0.0d ~ 1.0d
System.out.println("randomDouble: " + randomDouble);
boolean randomBoolean = random.nextBoolean();
System.out.println("randomBoolean: " + randomBoolean);
// 범위 조회
int randomRange1 = random.nextInt(10); //0 ~ 9까지 출력
System.out.println("0 ~ 9: " + randomRange1);
int randomRange2 = random.nextInt(10) + 1; //1 ~ 10까지 출력
System.out.println("1 ~ 10: " + randomRange2);
}
}
random.nextInt() : 랜덤 int 값을 반환한다.
nextDouble() : 0.0d ~ 1.0d 사이의 랜덤 double 값을 반환한다.
nextBoolean() : 랜덤 boolean 값을 반환한다.
nextInt(int bound) : 0 ~ bound 미만의 숫자를 랜덤으로 반환한다. 예를 들어서 3을 입력하면 0, 1,<br>
2 를 반환한다.
1부터 특정 숫자의 int 범위를 구하는 경우 nextInt(int bound) 의 결과에 +1을 하면 된다.
씨드- Seed
랜덤은 내부에서 씨드(Seed)값을 사용해서 랜덤 값을 구한다. 그런데 이 씨드 값이 같으면 항상 같은 결과가 출력된다.
//Random random = new Random();
Random random = new Random(1); //seed가 같으면 Random의 결과가 같다.
new Random(): 생성자를 비워두면 내부에서System.nanoTime()에 여러가지 복잡한 알고리즘을 섞어서 씨드값을 생성한다. 따라서 반복 실행해도 결과가 항상 달라진다.new Random(int seed): 생성자에 씨드 값을 직접 전달할 수 있다. 씨드 값이 같으면 여러번 반복 실행해도 실행 결과가 같다. 이렇게 씨드 값을 직접 사용하면 결과 값이 항상 같기 때문에 결과가 달라지는 랜덤 값을 구할 수 없다. 하지만 결과가 고정되기 때문에 테스트 코드 같은 곳에서 같은 결과를 검증할 수 있다. 참고로 마인크래프트 같은 게임은 게임을 시작할 때 지형을 랜덤으로 생성하는데, 같은 씨드값을 설정하면 같은 지형을 생성할 수 있다.
Ref) 김영한의 실전 자바 - 중급 1편
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