[Java] 패키지, 접근 제어자, 자바 메모리 구조, static, final, 상속

15 Jan 2024 in Study / Java

5. 패키지
6. 접근 제어자
7. 자바 메모리 구조와 static
8. final
9. 상속

5. 패키지

패키지 ?

자바 클래스들을 관련 있는 기능들로 분류하기 위한 디렉토리

패키지 사용

항상 코드 첫줄에 패키지 이름을 적어야 한다.
- package pack;
같은 패키지에 있는 경우 패키지 경로는 생략 가능하다.
패키지가 다른 경우
1. 패키지의 전체 경로를 포함해서 클래스를 적어야한다.
  - pack.a.User
2. import를 사용하여 다른 패키지에 있는 클래스를 가져와 사용한다. 코드에서는 패키지 명을 생략하고 클래스 이름만 적을 수 있다.
  - import pack.a.User;
  - import pack.a.*; : 특정 패키지에 포함된 모든 클래스를 포함해서 사용하고 싶을 때 *(별)을 사용한다.
패키지 별 클래스의 이름이 중복되는 경우, 자주 사용하는 클래스는 import하고 나머지는 패키지를 포함한 전체 경로를 적는다.
패키지 구성시, 서로 관련된 클래스는 하나의 패키지에 모으고, 관련이 적은 클래스는 다른 패키지로 분리한다.

패키지 규칙

패키지 이름과 위치는 폴더 위치와 같아야 한다.
패키지 이름은 모두 소문자를 사용한다.

패키지 계층 구조

a, a.b, a.c는 서로 완전히 다른 패키지이다.
a 패키지의 클래스에서 a.b 패키지의 클래스 사용시 import해서 사용해야 한다.

6. 접근 제어자

접근 제어자의 종류

private : 모든 외부 호출을 막는다. 같은 클래스 내에서만 접근 가능하다.
default (package-private) : 같은 패키지 내에서만 접근 가능하다.
- 접근 제어자를 명시하지 않으면 적용된다.
protected : 같은 패키지 안에서 호출 가능하며, 다른 패키지라도 자식 클래스(상속)라면 접근 가능하다.
public : 제한 없이 모든 외부 호출을 허용한다.

접근 제어자 사용 - 필드, 메서드

  package access.a; 

  public class AccessData {
    public int publicField;
    int defaultField;
    private int privateField;

    public void publicMethod() {
      System.out.println("publicMethod 호출 " + publicField);
    }

    void defaultMethod() {
      System.out.println("defaultMethod 호출 " + defaultField);
    }

    private void privateMethod() {
      System.out.println("privateMethod 호출 " + privateField);
    }

    public void innerAccess() {
      System.out.println("내부 호출");
      publicField = 100;
      defaultField = 200;
      privateField = 300;
      publicMethod();
      defaultMethod();
    privateMethod();
    } 
  }

  package access.a;

  public class AccessInnerMain {
  public static void main(String[] args) {
  AccessData data = new AccessData();
  //public 호출 가능
  data.publicField = 1;
  data.publicMethod();

  // 같은 패키지 default 호출 가능
  data.defaultField = 2;
  data.defaultMethod();

  // private 호출 불가
  // data.privateField = 3;
  // data.privateMethod();

  data.innerAccess();
  }
  }

  package access.b;

  import access.a.AccessData;

  public class AccessOuterMain {
    public static void main(String[] args) {
      AccessData data = new AccessData();
      //public 호출 가능
      data.publicField = 1;
      data.publicMethod();

      // 다른 패키지 default 호출 불가
      // data.defaultField = 2;
      // data.defaultMethod();

      // private 호출 불가
      // data.privateField = 3;
      // data.privateMethod();

      data.innerAccess();
    }
  }

innerAccess() 메서드는 외부에서 호출되었지만 innerAccess() 메서드는 AccessData에 포함되어있기 때문에 자신의 private 필드와 메서드에 모두 접근 가능하다.

접근 제어자 사용 - 클래스 레벨

클래스 레벨의 접근 제어자는 public, default만 사용 가능하다.
public 클래스는 반드시 파일명과 이름이 같아야 한다.
하나의 자바 파일에 public 클래스는 하나만, default 클래스는 무한정 만들 수 있다.

캡슐화

캡슐화(Encapsulation) : 데이터와 해당 데이터를 처리하는 메서드를 하나로 묶어서 외부에서의 접근을 제한하는 것이다.

객체의 데이터(속성)는 모두 숨기고, 객체의 기능은 내부에서 사용하는 기능들을 숨겨 필요한 기능만 노출하는 게 좋은 캡슐화이다.

package access;

public class BankAccount {
  private int balance; // 객체의 데이터는 private로 숨긴다. 
                      // BankAccount가 제공하는 메서드를 통해서만 접근 가능하다. 

  public BankAccount() {
    balance = 0;
  }

  public void deposit(int amount) {
    if (isAmountValid(amount)) {
      balance += amount;
    } else {
      System.out.println("유효하지 않은 금액입니다.");
    }
  }

  public void withdraw(int amount) {
    if (isAmountValid(amount) && balance - amount >= 0) {
      balance -= amount;
    } else {
      System.out.println("유효하지 않은 금액이거나 잔액이 부족합니다.");
    }
  }

  public int getBalance() {
    return balance;
  }

  // private 메서드로 내부에서만 필요한 기능이다.
  private boolean isAmountValid(int amount) {
    return amount > 0; // 
  }
}

package access;

public class BankAccountMain {
  public static void main(String[] args) {
    BankAccount account = new BankAccount();
    account.deposit(1000);
    account.withdraw(3000);
    System.out.println("balance = " + account.getBalance());
  }
}

7. 자바 메모리 구조와 static

자바 메모리 구조

메서드 영역 (Method Area) : 프로그램을 실행하는데 필요한 공통 데이터를 관리하며, 프로그램의 모든 영역에서 공유한다.
- 클래스 정보 : 클래스의 실행코드, 필드, 메서드, 생성자 코드 등 모든 실행 코드가 존재한다.
- static 영역 : static 변수들을 보관한다.
- 런타임 상수 풀 : 프로그램을 실행하는데 필요한 공통 리터럴 상수를 보관한다.
스택 영역 (Stack Area) : 자바가 실행되면 하나의 실행 스택이 생성되고, 스택 영역에 스택 프레임이 쌓인다.
- 스택 프레임에는 지역 변수, 중간 연산 결과, 메서드 호출 정보 등을 포함한다.
- 메서드가 종료되면 해당 스택 프레임이 제거된다.
힙 영역 (Heap Area) : 객체(인스턴스)와 배열이 생성되는 영역이다.
- 가비지 컬렉션(GC)이 이루어지는 영역이며, 참조되지 않는 객체(인스턴스)는 GC에 의해 메모리에서 제거된다.
- 힙 영역 안에서만 객체끼리 서로 참조하는 경우에도 GC의 대상이 된다.
- 각 스레드별로 하나의 실행 스택이 생성된다.
- 인스턴스의 메서드를 호출하면 실제로는 메서드 영역에 있는 코드를 불러서 수행한다.

스택과 큐 자료구조

스택 (Stack)
- 후입 선출 (LIFO) : 나중에 넣은 것이 가장 먼저 나온다.
- 자바는 스택 영역을 사용해서 메서드 호출과 지역 변수 (매개변수 포함)을 관리한다.
큐 (Queue)
- 선입 선출 (FIFO) : 가장 먼저 넣은 것이 가장 먼저 나온다.

static 변수

static 변수, 정적 변수, 클래스 변수라고 한다.
static 키워드를 사용하면 공용으로 함께 사용하는 변수를 만들 수 있다.
static이 붙은 멤버 변수는 메서드 영역에서 관리하며, 인스턴스 영역에는 생성되지 않는다.
static이 붙은 정적 변수에 접근하려면 클래스명 + .(dot) + 변수명으로 접근하면 된다.
자신의 클래스에 있는 정적 변수라면 클래스명을 생략할 수 있다.

멤버 변수(필드)의 종류

  public class Data3 {
    public String name; // 인스턴스 변수 
    public static int count; // 클래스 변수

    public Data3(String name) {
      this.name = name;
      count++;
    }
  }

인스턴스 변수 : static이 붙지 않은 멤버 변수
- 인스턴스를 생성해야 사용 가능하며, 인스턴스에 소속되어 있다.
- 인스턴스 변수는 인스턴스를 만들 때마다 새로 만들어진다.
- 인스턴스 변수는 힙 영역을 사용한다. 힙 영역은 GC가 발생하기 전까지 생존해서 보통 지역 변수보다 생존 주기가 길다.
  - 지역 변수 : 스택 영역에 있는 스택 프레임 안에 보관된다.
  - 지역변수는 메서드가 종료되면서 스택 프레임이 제거될 때 지역변수도 함께 제거되기 때문에 생존 주기가 짧다.
클래스 변수 : static이 붙은 멤버 변수
- 클래스 변수, 정적 변수, static 변수라고 한다.
- 인스턴스와 무관하게 클래스에 바로 접근해서 사용할 수 있고, 클래스 자체에 소속되어 있다.
- 클래스 변수는 여러 곳에서 공유하는 목적으로 사용되며, 자바 프로그램을 시작할 때 1개가 만들어진다.
- 메서드 영역의 static 영역에 보관된다.
  - 해당 클래스가 JVM에 로딩되는 순간 생성되고 JVM이 종료될 때까지 생명주기가 이어진다. 가장 긴 생명주기를 가진다.

static 메서드

  package static2;

  public class DecoUtil2 {
    public static String deco(String str) {
      String result = "*" + str + "*";
      return result1;
    }
  }

  package static2; 

  public class DecoMain2 {
    public static void main(String[] args) {
      String s = "hello java";
      String deco = DecoUtil2.deco(s);

      System.out.println("befor: " + s);
      System.out.println("after: " + deco);
    }
  }

static이 붙은 정적 메서드는 클래스 메서드라고도 한다.
정적 메서드는 정적변수와 같이 인스턴스 생성 없이 클래스 명 + .(dot) + 메서드 명을 통해서 바로 호출 가능하다.
- static이 붙지 않은 인스턴스 메서드는 인스턴스를 생성해야 호출할 수 있다.
클래스 내부의 기능을 사용할 때, 정적 메서드는 static이 붙은 정적 메서드나 정적 변수만 사용할 수 있다.
- 클래스 내부의 기능을 사용할 때, 정적 메서드는 인스턴스 변수, 인스턴스 메서드를 사용할 수 없다.
  - 사용 시 컴파일 오류가 발생한다.
모든 곳에서 static을 호출할 수 있다.
객체 생성의 필요 없이 메서드의 호출만으로 필요한 기능을 수행할 때 주로 사용한다.

멤버 메서드의 종류

인스턴스 메서드 : static이 붙지 않은 멤버 메서드
클래스 메서드 : static이 붙은 멤버 메서드
- 클래스 메서드, 정적 메서드, static 메서드라고 부른다.

static import

static import 기능을 사용하면 클래스 명을 생략하고 메서드를 호출할 수 있다.

정적 변수에도 사용 가능하다.

package static2;

public class DecoData {
  private int instanceValue;
  private static int staticValue;
  public static void staticCall() {
    //instanceValue++; // 컴파일 에러
    //instanceMethod(); // 컴파일 에러
    staticValue++;
    staticMethod(); 
  }

  public void instanceCall() {
    instanceValue++;
    instanceMethod();
    staticValue++;
    staticMethod();
  }

  private void instanceMethod() {
    System.out.println("instanceValue=" + instanceValue);
  }

  private static void staticMethod() {
    System.out.println("staticValue=" + staticValue);
  }
}

package static2;

// import static static2.DecoData.staticCall;
import static static2.DecoData.*; // DecoData 클래스의 모든 정적 메서드에 적용

public class DecoDataMain {
  public static void main(String[] args) {
    System.out.println("1. 정적호출");
    staticCall(); // 클래스명 생략 가능
    ...
  }
}

main() 메서드

main() 메서드는 static 이기 때문에 인스턴스(객체) 생성 없이 작동한다.

main() 메서드와 같은 클래스에서 호출하는 메서드도 정적 메서드로 선언해서 사용한다.

public class ValueDataMain {
  public static void main(String[] args) {
    ValueData valueData = new ValueData();
    add(valueData);
  }

  static void add(ValueData valueData) {
    valueData.value++;
    System.out.println("숫자 증가 value=" + valueData.value);
  }
}

8. final

final

final 키워드는 더 이상 변경할 수 없다는 뜻이다.
final은 변수, 클래스, 메서드를 포함한 여러 곳에 붙을 수 있다.

final 변수와 상수

지역 변수에 final이 붙으면 최초 한 번만 값을 할당할 수 있다.

매개변수에 final이 붙으면 메서드 내부에서 매개변수의 값을 변경할 수 없다.

package final1; 

public class FinalLocalMain {
  public static void main(String[] args) {
    final int data1;
    data1 = 10; 
    // data1 = 20; // 최초 한 번만 할당 가능, 컴파일 오류

    final int data2 = 10;
    data2 = 20; // 컴파일 오류

    method(10); 
  }

  //final 매개변수
  static void method(final int parameter) {
    // parameter = 20; // 매개변수의 값 변경 불가, 컴파일 오류
  }
}

final을 필드(멤버 변수)에 사용할 경우 해당 필드는 생성자를 통해서 한 번만 초기화될 수 있다.

package final1; 

public class ConstructInit {
    final int value;

    public ConstructInit(int value) {
      this.value = value; // 한 번만 초기화 가능
    }
}

public class FieldInit {
  static final int CONST_VALUE = 10; 
  final int value = 10;
}

package final1; 

public class FinalFieldMain {
  public static void main(String[] args) {
    //final 필드 - 생성자 초기화
    ConstructInit constructInit1 = new ConstructInit(10);
    ConstructInit constructInit2 = new ConstructInit(20);
    System.out.println(constructInit1.value); // 10
    System.out.println(constructInit2.value); // 20

    // final 필드 - 필드 초기화
    FieldInit fieldInit1 = new FieldInit();
    FieldInit fieldInit2 = new FieldInit();
    FieldInit fieldInit3 = new FieldInit();
    // 모든 인스턴스가 같은 값을 사용, 메모리 낭비
    System.out.println(fieldInit1.value); // 10
    System.out.println(fieldInit2.value); // 10
    System.out.println(fieldInit3.value); // 10 

    // 상수 - 단 하나만 존재, 중복과 메모리 비효율 문제 해결
    System.out.println(FieldInit.CONST_VALUE);
  }
}

상수(Constant)

상수 : 단 하나만 존재하며, 변하지 않는 고정된 값
자바 상수는 static final 키워드를 사용한다.
대문자를 사용하고 구분은 _(언더스코어)로 한다.

필드를 직접 접근해서 사용한다.

package final1;

public class Constant {
  public static final int MAX_USERS = 1000;
}

package final1;

public class ConstantMain2 {
  public static void main(String[] args) {
    System.out.println("프로그램 최대 참여자 수 " + Constant.MAX_USERS);
    int currentUserCount = 999;
    process(currentUserCount++);
    process(currentUserCount++);
    process(currentUserCount++);
  }

  private static void process(int currentUserCount) {
    System.out.println("참여자 수: " + currentUserCount);
    if (currentUserCount > Constant.MAX_USERS) { // 상수 사용
      System.out.println("대기자로 등록합니다.");
    } else {
      System.out.println("게임에 참가합니다.");
    }
  }
}

프로그램 최대 참여자 수를 변경해야 하면 Constant.MAX_USERS의 상수 값만 변경 하면 된다.

final 변수와 참조

기본형 변수에 final 사용시 값을 변경할 수 없다.

참조형 변수에 final 사용시 참조값을 변경할 수 없다.

package final1; 

public class Data {
  public int value;
}

package final1;

public class FinalRefMain {
  public static void main(String[] args) {
    final Data data = new Data();
    // data = new Data(); // 참조값 변경 불가, 컴파일 오류
  
    // 참조형 변수인 data에 들어있는 value는 final이 아니기 때문에 변경 가능
    data.value = 10;
    data.value = 20;
  }
}

final 클래스와 메서드

final 클래스
- 확장될 수 없다. (상속 X)
- 다른 클래스가 final로 선언된 클래스를 상속받을 수 없다.
final 메서드
- 오버라이드 될 수 없다. (오버라이딩 X)
- 상속받은 하위 클래스에서 메서드를 변경할 수 없다.

9. 상속

상속 관계

상속 : 기존 클래스(부모 클래스)의 필드와 메서드를 새로운 클래스(자식 클래스)가 재사용 하는 것
extends 키워드를 사용한다.
단일 상속 : 자바는 extends 대상은 하나만 선택할 수 있다.
부모 클래스는 자식 클래스에 접근할 수 없다.

자식 클래스는 부모 클래스에 접근할 수 있다. (부모 클래스의 기능을 물려 받음)

package extends1;

public class Car {
  public void move() {
    System.out.println("차를 이동합니다.");
  }
}

package extends1; 

public class ElectricCar extends Car {
  public void charge() {
    System.out.println("충전합니다.");
  }
}

package extends1;

public class GasCar extends Car {
  public void fillUp() {
    System.out.println("기름을 주유합니다.");
  }
}

package extends1;

public class CarMain {
  public static void main(String[] args) {
    ElectricCar electricCar = new ElectricCar();
    electricCar.move();
    electricCar.charge();

    GasCar gasCar = new GasCar();
    gasCar.move();
    gasCar.fillUp();
  }
}

상속 관계를 사용하면 부모 클래스도 함께 포함해서 생성된다.
- new ElectricCar()을 호출하면 ElectricCar과 Car 두 가지 클래스 정보가 공존하는 참조값 x001을 생성한다.
상속 관계에서 메서드를 호출하면 호출자의 타입(클래스)을 기준으로 선택한다.
- electricCar.charge()를 호출 시, 호출하는 변수의 클래스인 ElectricCar을 기준으로 인스턴스 내부에 같은 타입인 ElectricCar를 통해서 charge()를 호출한다.
상속 관계에서 자식 타입에 해당 기능이 없으면 부모 타입으로 올라가서 찾는다.
- 부모 타입에서도 해당 기능을 찾지 못하면 더 상위 부모에서 필요한 기능을 찾는다.
- electricCar.move()를 호출 시, ElectriCar에는 move() 메서드가 없기 때문에 부모 타입인 Car로 올라가서 move() 메서드를 찾고 호출한다.

상속과 메서드 오버라이딩

메서드 오버라이딩 (Overriding) : 부모에게서 상속 받은 기능을 자식이 재정의 하는 것

@Override : 오버라이딩 조건을 만족시키지 않으면 컴파일 에러를 발생시킨다.

package extends1;

public class Car {
  public void move() {
    System.out.println("차를 이동합니다.");
  }

  public void openDoor(){
    System.out.println("문을 엽니다.");
  }
}

package extends1; 

public class ElectricCar extends Car {
  @Override
  public void move() {
    System.out.println("전기차를 빠르게 이동합니다.");
  }

  public void charge() {
    System.out.println("충전합니다.");
  }
}

package extends1;

public class CarMain {
  public static void main(String[] args) {
    ElectricCar electricCar = new ElectricCar();
    electricCar.move(); // 전기차를 빠르게 이동합니다.

    GasCar gasCar = new GasCar();
    gasCar.move(); // 차를 이동합니다.
  }
}

electricCar.move()를 호출하면 ElectricCar 타입에서 먼저 move() 메서드를 찾고 실행한다. 실행할 메서드를 이미 찾았으므로 부모 타입을 찾지 않는다.

오버로딩(Overloading)과 오버라이딩(Overriding)

메서드 오버로딩 : 메서드 이름이 같고 매개변수가 다른 메서드를 여러 개 정의한다.
메서드 오버라이딩 : 상속 관계의 하위 클래스에서 상위 클래스의 메서드를 재정의한다.

메서드 오버라이딩 조건

메서드 이름 : 메서드 이름이 같아야 한다.
메서드 매개변수 : 매개변수 타입, 순서, 개수가 같아야 한다.
반환 타입 : 반환 타입이 같아야 한다.
접근 제어자 : 오버라이딩 메서드의 접근 제어자는 상위 클래스의 메서드보다 더 제한적이어서는 안된다.
예외 : 오버라이딩 메서드는 상위 클래스의 메서드보다 더 많은 체크 예외를 throws로 선언할 수 없다.
static, final, private 키워드가 붙은 메서드는 오버라이딩 될 수 없다.
생성자는 오버라이딩 할 수 없다.

super - 부모 참조

  package super1;

  public class Parent {
    public String value = "parent";

    public void hello() {
      System.out.println("Parent.hello");
    }
  }

  package super1; 

  public class Child extends Parent {
    public String value = "child";

    @Override
    public void hello() {
      System.out.println("Child.hello");
    }

    public void call() {
      System.out.println("this value = " + this.value); // this 생략 가능
      System.out.println("super value = " + super.value);

      this.hello(); // this 생략 가능
      super.hello(); 
    }
  }

  package super1;

  public class Super1Main {
    public static void main(String[] args) {
      Child child = new Child();
      child.call();
    }
  }

실행결과
```
this value = child
super value = parent
Child.hello
Parent.hello
```
- this : 자기 자신의 참조이다. 생략 가능하다.
- super : 부모 클래스에 대한 참조를 나타낼 수 있다.
  - 부모 클래스에 있는 기능을 사용할 수 있다.

super - 생성자

상속 관계를 사용시
- 자식 클래스의 생성자에서 부모 클래스의 생성자를 반드시 호출해야 한다.
- 부모의 생성자를 호출할 때 super(...)를 사용한다.
- 부모의 생성자가 기본 생성자(매개변수가 없는 생성자)인 경우, super()를 생략 가능하다.
초기화는 최상위 부모부터 이루어진다.

자식 클래스의 생성자 첫 줄에 this(...)를 사용하더라도 반드시 한 번은 super(...)를 호출해야 한다.

package super2;

public class ClassA { 
  public ClassA() {
    System.out.println("ClassA 생성자");
  }
}

package super2; 

public class ClassB extends ClassA {
  public ClassB(int a) {
    super(); // 기본 생성자 생략 가능
    System.out.println("ClassB 생성자 a= " + a);
  } 

  public ClassB(int a, int b) {
    super(); // 기본 생성자 생략 가능
    System.out.println("ClassB 생성자 a= " + a + " b= " + b);
  }
}

package super2;

public class ClassC extends ClassB {
  public ClassC() {
    super(10,20);
    System.out.println("ClassC 생성자");
  }
}

생성자는 하나만 호출할 수 있다.
- ClassC는 ClassB의 두 생성자 중 ClassB(int a, int b)를 선택했다.

김영한의 실전 자바 기본편을 참고하였습니다

[Java] 패키지, 접근 제어자, 자바 메모리 구조, static, final, 상속

5. 패키지

패키지 ?

패키지 사용

패키지 규칙

패키지 계층 구조

6. 접근 제어자

접근 제어자의 종류

접근 제어자 사용 - 필드, 메서드

접근 제어자 사용 - 클래스 레벨

캡슐화

7. 자바 메모리 구조와 static

자바 메모리 구조

스택과 큐 자료구조

static 변수

멤버 변수(필드)의 종류

static 메서드

멤버 메서드의 종류

static import

main() 메서드

8. final

final

final 변수와 상수

상수(Constant)

final 변수와 참조

final 클래스와 메서드

9. 상속

상속 관계

상속과 메서드 오버라이딩

오버로딩(Overloading)과 오버라이딩(Overriding)

메서드 오버라이딩 조건

super - 부모 참조

super - 생성자

팝콩

Error

5. 패키지

패키지 ?

패키지 사용

패키지 규칙

패키지 계층 구조

6. 접근 제어자

접근 제어자의 종류

접근 제어자 사용 - 필드, 메서드

접근 제어자 사용 - 클래스 레벨

캡슐화

7. 자바 메모리 구조와 static

자바 메모리 구조

스택과 큐 자료구조

static 변수

멤버 변수(필드)의 종류

static 메서드

멤버 메서드의 종류

static import

main() 메서드

8. final

final

final 변수와 상수

상수(Constant)

final 변수와 참조

final 클래스와 메서드

9. 상속

상속 관계

상속과 메서드 오버라이딩

오버로딩(Overloading)과 오버라이딩(Overriding)

메서드 오버라이딩 조건

super - 부모 참조

super - 생성자

Templates (for web app):

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