index

• class definition
• constructor
• new keyword, class instantiation/initiation
• this keyword, self-reference
• access modifier, package-private
• static keyword
• final keyword
• inheritance, implementation
• super keyword
• field hiding, method overriding
• memory management in inheritance, implementation
• ClassCastException
• instanceof, Class.isAssignableFrom()

class definition

자바에서 클래스는 객체를 생성하기 위한 blueprint 역할을 하며 필드(객체의 데이터)와 메서드(객체의 행동)로 구성된다

필드

클래스 내부에 선언된 변수로 객체의 상태(state)를 저장한다

인스턴스화 초기화 과정 시 필드를 초기화하지 않으면 해당 필드는 각 자료형에 맞는 기본 값이 할당된다

메서드

클래스의 동작(behavior)을 정의하는 함수이다

객체의 상태를 변경하거나 특정 로직을 구성하여 값을 반환할 수 있다

public class BasicClass {

    String name;
    int value;

    public String print() {
        return "name: " + name + "value: " + value; 
    }

}

자바 파일의 클래스 정의 규칙

하나의 .java 파일에는 하나의 public 클래스만 정의할 수 있다

또한 public 클래스는 다른 패키지에서도 접근할 수 있어야 하기 때문에 정확한 위치를 보장하기 위해 컴파일러는 public class를 포함하는 .java 파일의 이름과 public class의 이름이 동일하도록 강제한다

다음과 같이 public class 대신 class로 선언하면 자바 파일에 여러 개의 클래스를 정의할 수 있다

public class BasicClass {
}

class AnotherClass {
}

이 경우 컴파일 시 각각 .class 파일로 생성되며, public이 아닌 class는 같은 패키지에서만 접근할 수 있다

constructor

생성자는 객체 생성 시 호출되는 특수한 메서드로 필드를 초기화하는 역할을 수행한다

생성자를 통해서 클래스를 인스턴스화할 수 있다

생성자 메서드 이름은 클래스 이름과 동일하며 반환 타입을 명시하지 않는다

또한 아래와 같이 this()를 사용하여 클래스에 정의된 다른 생성자를 호출할 수 있다

public class BasicClass {

    String name;
    int value;

    public BasicClass(String name) {
        this(name, 1);
    }

    public BasicClass(int value) {
        this("test", value);
    }

    public BasicClass(String name, int value) {
        this.name = name;
        this.value = value;
    }

}

기본 생성자

생성자를 명시하지 않으면 컴파일러가 자동으로 기본 생성자를 생성한다

생성자 접근 제어

클래스의 인스턴스화는 오로지 생성자를 통해서만 수행된다

생성자의 접근 제어자를 이용하여 외부에서의 생성자 접근을 조절할 수 있다

아래와 같이 기본 생성자를 private으로 제한해 외부에서 아예 인스턴스를 만들 수 없게 할 수도 있다

public class PrivateConstructorClass {

    private PrivateConstructorClass() {
    }
}

new keyword, class instantiation/initiation

아래와 같이 new 키워드와 생성자를 통해 클래스를 인스턴스화할 수 있다

new 키워드는 인스턴스를 heap 메모리에 할당하고 생성자를 호출하여 초기화한 후 객체의 참조(reference)를 반환한다

BasicClass b = new BasicClass("test", 1);

객체 생성 과정

클래스 로딩: jvm classloader에 의해 jvm 메모리에 클래스가 로딩된다

메모리 할당: heap 영역에 해당 인스턴스의 메모리 공간을 확보한다

필드 초기화: 필드의 초기화 과정을 수행한다

참조 반환: 객체의 주소를 참조변수에 반환한다

필드 초기화 순서

인스턴스가 생성될 때 초기화 순서는 다음과 같다

1. 각 필드의 자료형에 맞는 기본 값 할당

숫자: 0

boolean: false

참조(String 등): null

2. 필드 명시적 초기화

필드 선언과 동시에 초기화하면 기본값 대신 명시적인 값이 할당된다

String name = "hello";
int value = 10;

3. 인스턴스 초기화 블록 호출

클래스 내에서 {}로 정의된 블록을 인스턴스 초기화 블록이라고 한다

생성자가 실행되기 전에 초기화 블록이 실행되며 여러 개가 있는 경우 작성된 순서대로 실행된다

{
    name = "initiation block";
    value = 100;
}

{
    name = "initiation block 2";
    value = 200;
}

4. 생성자 호출

최종적으로 생성자가 실행되며 초기화가 완료된다

생성자 내부에서 필드를 다시 초기화할 수 있다

기타 - static 초기화 블록

클래스가 처음 jvm 메모리에 로드될 때 단 한번만 호출되며 이후 재실행되지 않는 초기화 블록이다

static 필드를 초기화할 수 있다

this keyword, self-reference

this 키워드는 현재 인스턴스를 참조하는 키워드로 자기 자신의 참조가 필요한 경우 this 키워드를 사용한다

주로 필드와 지역 변수의 충돌 방지나 다른 생성자 호출을 위해 사용한다

// 필드와 지역 변수를 구분한다
// 현재 객체의 메서드를 호출한다
public void setName(String name) {
    this.name = name;
    System.out.println(this.print());
}

access modifier, package-private

접근 제어자	같은 클래스	같은 패키지	자식 클래스	외부 클래스
public	O	O	O	O
protected	O	O	O	X
default	O	O	X	X
private	O	X	X	X

package private: 접근 제한자를 명시하지 않으면 같은 패키지에서만 접근할 수 있다

static keyword

static 키워드는 클래스 레벨에서 공유되는 멤버를 정의할 때 사용한다

static 변수

클래스의 모든 인스턴스가 공유하는 변수로 클래스명.변수명으로 접근할 수 있다

static 메서드

인스턴스 생성 없이 호출 가능한 메서드로 클래스명.변수명으로 접근할 수 있다

static 메서드는 static 변수만 사용할 수 있으며 인스턴스 변수에는 접근할 수 없다

static 블록

클래스가 jvm 메모리에 처음 로드될 때 한 번만 실행되는 초기화 블록으로 주로 정적 변수를 초기화할 때 사용한다

final keyword

클래스에서 final 키워드를 사용하면 오버라이딩을 제한한다

final 변수

변경할 수 없는 필드(상수값)를 정의할 때 사용한다

final 메서드

final 메서드는 자식 클래스가 오버라이딩할 수 없게 제한한다

final 클래스

final 클래스는 더 이상 상속할 수 없게 제한한다

inheritance, implementation

클래스를 상속하는 경우 extends 키워드를 사용하고, 인터페이스를 구현하는 경우 implements 키워드를 사용한다

클래스가 다른 클래스를 상속하면 두 클래스는 부모 - 자식 관계가 되고 부모 클래스의 부모 클래스, 조상 클래스까지 간접적으로 상속 관계를 가지게 되며 최종적으로 Object 클래스를 상속한다

상속 관계에 놓인 부모, 조상 클래스의 private 접근 제어자로 선언된 필드와 메서드를 제외한 나머지 필드와 메서드를 상속받는다 (부모 클래스가 다른 패키지에 위치한 경우 default 접근 제어자 필드와 메서드는 상속 대상에 제외된다)

super keyword

this 키워드가 현재 인스턴스에 대한 자기 참조 키워드라면 super 키워드는 현재 인스턴스의 부모 참조 키워드이다

따라서 부모 생성자, 부모의 필드/메서드에 super 키워드를 사용하여 접근할 수 있다

또한 자식 클래스의 생성자는 반드시 맨 처음에 부모 클래스의 생성자를 호출해야 한다

field hiding, method overriding

부모 클래스로부터 상속받은 필드와 메서드는 자식 클래스를 같은 이름으로 다시 정의할 수 있다

필드를 부모 클래스의 필드와 같은 이름으로 정의하는 경우

자바에서는 필드는 정적 바인딩(compile-time)이 적용되기 때문에 자식 클래스의 필드가 부모 클래스의 필드를 감춘다 (hiding)

따라서 타입 캐스팅을 통해 숨어있는 부모 변수에 접근할 수 있다

Car car = new Car("test car", 100, 1);

System.out.println(car.name); // car 출력
System.out.println(((Vehicle)car).name); // vehicle 출력 

메서드를 재정의하는 경우

부모 클래스의 메서드를 재정의(@Override)하는 경우(동일한 시그니처를 가진 메서드를 자식 클래스에서 정의)엔 동적 바인딩(run-time)이 적용되어 참조 타입이 아닌 실제 객체 타입의 메서드가 호출된다

동적 바인딩은 오버라이딩된 메서드는 런타임 시 jvm이 실제 객체 타입을 기준으로 실행할 메서드를 결정하는 방식이다

memory management in inheritance, implementation

자바에서 클래스를 상속하면 부모 클래스의 멤버도 자식 객체 내부에 포함되며 생성된 객체의 메모리 구조는 다음과 같다

     [Stack]                          [Heap]
┌───────────────────┐            ┌────────────────────┐
│ c (자식 타입 참조) │ ────▶ │ 자식 객체               │
└───────────────────┘            │ ┌────────────────┐ │
                               │ │ a = 10   │ │  ← Parent 필드
                               │ │ b = 20   │ │  ← Child 필드
                               │ └────────────────┘ │
                               └────────────────────┘

heap 영역

• 자식 객체가 생성될 때 부모 클래스의 필드와 메서드도 포함되어 객체 내부에 할당된다 (메서드의 경우 method area에 위치하며 런타임에 실제 타입을 기준으로 실행할 메서드를 결정한다)
• 즉 부모의 필드(a)와 자식 필드(b)가 함께 자식 객체에 존재한다

stack

• 자식 타입의 참조변수가 자식 타입의 인스턴스 heap 메모리를 가리킨다

ClassCastException

upcasting

부모 타입으로 자식 타입을 참조하는 방식은 안전하다

Parent p = new Child();

downcasting

부모 타입 변수를 자식 타입으로 변환하려면 실제 인스턴스가 해당 자식 타입인지 확인해야 한다

실제 객체가 자식 타입이 아닌 경우 ClassCastException 예외가 발생한다

Parent p = new Child();
Child c = (Child) p; // ok 실제 객체가 Child 타입이므로 downcasting 가능

Parent p = new Parent();
Child c = (Child) p; // ClassCastException 발생. 실제 타입이 Parent이므로 자식 객체로 downcasting이 불가능하다 

아래와 같이 instanceof 연산자를 사용하여 타입을 확인한 후 타입캐스팅을 하는 것이 안전하다

if (p instanceof Child) {
    Child c = (Child) p;
    System.out.println("다운캐스팅 성공");
} else {
    System.out.println("다운캐스팅 불가");
}

instanceof, Class.isAssignableFrom()

instanceof 또는 Class.isAssignableFrom()을 통해 객체 타입을 확인할 수 있다

instanceof

런타임에 객체의 실제 타입을 확인하는 연산자

객체가 특정 클래스 또는 상위 클래스(인터페이스 포함)의 인스턴스인지 확인할 때 사용한다

컴파일 오류를 발생시켜 런타임 시 다운캐스팅 예외 발생을 방지할 수 있다

Parent p = new Child();

System.out.println(p instanceof Child);  // true
System.out.println(p instanceof Parent); // true
System.out.println(p instanceof String); // 컴파일 오류

Class.isAssignableFrom()

런타임에 클래스 타입 간의 상속 관계를 체크하는 정적 메서드

객체가 아닌 클래스 타입(class 객체)끼리 비교할 때 사용한다

instanceof 연산자와 달리 컴파일 오류를 발생시키지 않고 런타임 시 다운캐스팅 예외가 발생할 수 있다

A.class.isAssignableFrom(B.class)는 “B가 A의 서브타입인가?“를 의미한다

System.out.println(Child.class.isAssignableFrom(Parent.class)); // false
System.out.println(Parent.class.isAssignableFrom(Child.class)); // true