[Java] 48. 자바 I/O 활용

I/O 활용

#Java/adv2

회원 데이터를 관리하는 콘솔 프로그램 예제(Create, Read)

• Member 클래스 정의 및 Repository 인터페이스 정의

/회원 관리 예제1 - 메모리

• ArrayList에 저장하는 방법
• 문제: 자바 프로그램 종료 시 모든 회원 정보가 사라진다

/회원 관리 예제2 - 파일에 보관

• 파일에 저장해서 데이터를 영구 보존해보자.
• 한 줄 단위로 회원 데이터를 파일에 저장(ID,Name,Age)
• BufferedReader, BufferedWriter 보조 스트림을 이용.
• try-with-resource로 스트림 선언 및 해제
  • 코드 블록이 끝나면 자동으로 close()가 호출
• try (BufferedWriter bw = new BufferedWriter(new FileWriter(FILE_PATH, UTF_8, true)))
  • bw.write(member.getId() + DELIMITER + member.getName() + DELIMITER + member.getAge());
  • bw.newLine(); (회원 구분)
• try (BufferedReader br = new BufferedReader(new FileReader(FILE_PATH, UTF_8)))
  • while ((line = br.readLine()) != null) : 한 줄씩(회원 한 명씩) 읽기
    • String[] memberData = line.split(DELIMITER);
    • members.add(new Member(memberData[0], memberData[1], Integer.valueOf(memberData[2])));
• FileNotFoundException의 경우 IOException의 자식이다. findAll()에서 파일이 존재하지 않는 경우, 예외를 잡아서 빈 ArrayList를 반환해준다.
  • 해당 컬렉션에 데이터를 추가하지 않는 경우에는 List.of()를 사용하는게 좋다.
  • (BW로 쓰기를 할 때는 컬렉션을 거치지 않고 파일에 작성한다 List.of()로 불변 컬렉션 받는게 더 좋음)
• 문제점: 각 필드를 구분하기 위해 구분자를 사용하여 저장할 때 구분자를 넣어주고, 조회할 때 구분자를 사용해서 구분해야 함.

/회원 관리 예제3 - DataStream

• DataOutputStream, DataInputStream을 사용하면 자바의 데이터 타입을 그대로 사용할 수 있다.
• 구분자를 사용하지 않아도 된다
• try (DataOutputStream dos = new DataOutputStream(new FileOutputStream(FILE_PATH, true)))
  • dos.writeUTF(member.getName());, dos.writeInt(member.getAge());, …
• try (DataInputStream dis = new DataInputStream(new FileInputStream(FILE_PATH)))
  • while (dis.available() > 0)
    • members.add(new Member(dis.readUTF(), dis.readUTF(), dis.readInt()));
• FileNotFoundException의 경우 예외 처리는 이전과 동일
• /DataStream 원리: 구분자나 개행 없이 데이터를 저장하고 조회할 수 있는 이유?
  • id와 name은 모두 문자열이라서, id1name1 이렇게 저장되는데, 어떻게 id와 name을 딱 끊어서 구분할까?
  • writeUTF() 은 UTF-8 형식으로 문자를 저장하는데, 저장할 때 2byte를 추가로 사용해서 앞에 글자의 길이를 저장해둔다. (3id1 5바이트(2 + 3), 5name1 7바이트(2 + 5), 20(정수, 나이, 4바이트))
  • readUTF()로 읽어들일 때 먼저 앞의 2byte로 글자의 길이를 확인하고 해당 길이 만큼 글자를 읽어들인다.
• DataStream 덕분에 자바의 타입도 그대로 사용하고, 구분자도 제거할 수 있었다.
• 모든 데이터를 문자로 저장할 때 보다 저장 용량도 더 최적화 할 수 있다.
• 문제점: 더 편리해지긴 했는데, 여전히 회원의 필드 하나하나를 다 조회해서 각 타입에 맞도록 따로따로 저장하고 조회해야 한다.

/회원 관리 예제4 - ObjectStream :회원 객체 통채로 편하게 저장할 수 있는 방법

• 회원 인스턴스도 생각해보면 메모리 어딘가에 보관되어 있다 메모리의 객체를 읽어서 저장해보자.
• ObjectStream 을 사용하면 이렇게 메모리에 보관되어 있는 회원 인스턴스를 파일에 편리하게 저장할 수 있다.
• /객체 직렬화
  • 메모리에 있는 객체 인스턴스를 바이트 스트림으로 변환하여 파일에 저장하거나 네트워크를 통해 전송할 수 있도록 하는 기능
  • 객체의 상태를 유지하여 나중에 역직렬화(Deserialization)를 통해 원래의 객체로 복원할 수 있다.
  • 객체 직렬화를 사용하려면 직렬화하려는 클래스는 반드시 Serializable 인터페이스를 구현해야 한다.
    • 아무런 기능이 없는 인터페이스다. 직렬화 가능한 클래스라는 표시가 목적이다.
    • 메서드 없이 단지 표시가 목적인 인터페이스를 마커 인터페이스라 한다.
    • 구현하지 않으면 NotSerializableException 예외가 발생한다.
  • 객체 직렬화와 관련된 키워드(참고 사항)
    • serialVersionUID: 객체 직렬화 버전을 관리한다.
    • transient 키워드: transient가 붙은 필드는 직렬화하지 않고 무시한다.
• try (ObjectOutputStream oos = new ObjectOutputStream(new FileOutputStream(FILE_PATH)))
  • List<Member> members = findAll(); members.add(member)
  • oos.writeObject(members);
  • 컬렉션 + 컬렉션에 포함된 member를 통째로 write한다.
  • 메모리의 객체를 읽어서 완전히 새로 쓴다. 대상 스트림 만들 때 append 이런 거 붙이면 안 된다.
• try (ObjectInputStream ois = new ObjectInputStream(new FileInputStream(FILE_PATH)))
  • Object findObject = ois.readObject();
  • return (List<Member>) findObject;
  • add() 메서드에서 findAll()에서 반환된 컬렉션에 member를 추가하므로, 불변 컬렉션을 반환하는 List.of()를 사용하면 안 된다.
• /직렬화
  • ObjectOutputStream을 사용하면 객체 인스턴스를 직렬화하여 byte로 변환할 수 있다.
  • 회원 목록 전체를 파일에 저장해야 하므로, members 컬렉션을 직렬화 해야한다
  • oos.writeObject(members)를 호출하면 members 컬렉션과 그 안에 포함된 Member를 모두 직렬화하여 byte로 변경한다. 그리고 oos와 연결되어 있는 FileOutputStream에 결과를 출력한다.
    • ArrayList, Member 같은 클래스 정보도 함께 저장된다
• /역직렬화
  • ObjectInputStream을 사용하면 byte를 역직렬화하여 객체 인스턴스로 만들 수 있다.
  • 반환타입이 Object이므로 캐스팅해서 사용해야 한다.
• 현재는 객체 직렬화를 거의 사용하지 않는다.

/XML, JSON, 데이터베이스

• /객체 직렬화의 한계
  • 버전관리: 클래스 구조가 변경되면 이전 직렬화된 객체와 호환성 문제가 발생, UID 관리가 복잡함
  • 플랫폼 종속성: 자바에 종속적이어서, 다른 언어나 시스템과 상호 운영성 떨어짐
  • 성능 이슈: 직렬화/역직렬화 과정이 상대적으로 느리고 리소스를 많이 사용한다.
  • 유연성 부족: 직렬화된 형식 커스터마이징이 어려움
  • 크기 효율성: 데이터 크기가 상대적으로 크다
• 객체 직렬화 대안1: XML
  • 플랫폼 종속성 문제를 해결하기 위해 등장
  • 복잡성과 무거움이라는 문제가 있었다. (데이터에 비해 태그 껍데기가 많음)
• 객체 직렬화의 대안2 - JSON
  • JSON은 가볍고 간결
  • 자바스크립트와의 자연스러운 호환성
  • 웹 API와 RESTful 서비스가 대중화되면서 사실상 JSON은 표준 데이터 교환 포맷이 됨
  • 거의 모든 곳에서 호환이 가능하고, 사람이 읽고 쓰기 쉬운 텍스트 기반 포맷이어서 디버깅과 개발이 쉬움
  • 단점: 텍스트 기반 포맷이라 용량이 큼
• 객체 직렬화의 대안3 - Protobuf, Avro - 더 적은 용량, 더 빠른 성능
  • 매우 작은 용량으로 더 빠른 속도가 필요하다면 Protobuf, Avro 같은 대안 기술이 있다.
  • 언어별로 존재한다. 협의가 편한곳에서 사용한다. 이 정도까지 최적화가 필요한 경우는 정말 드물다.
  • 호환성은 떨어지지만 byte 기반에, 용량과 성능 최적화가 되어 있으므로 매우 빠르다.
    • byte 기반이라 사람이 읽기는 어려움
• /데이터베이스
  • 파일에 데이터를 저장하는 방식: 한계점
    • 데이터의 무결성을 보장하기 어렵다.
    • 데이터 검색과 관리의 비효율성이다.
    • 보안 문제, 대교모 데이터의 효율적인 백업과 복구
  • 이러한 문제점들을 하나하나 해결하면서 발전한 서버 프로그램이 바로 데이터베이스이다.
  • 실무에서는 이미지, 영상처럼 큰 데이터를 제외하면 대부분의 데이터를 파일에 저장하지 않고 데이터베이스에 저장한다.

Ref) 김영한의 실전 자바 - 고급 2편, I/O, 네트워크, 리플렉션 강의 | 김영한 - 인프런