TIL #1 [JAVA] Static 키워드에 대해

TIL #1 [JAVA] Static 키워드에 대해

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계기

스프링 프로젝트를 진행하면서 임시 데이터베이스 구현할때, MySQL과 같은 데이터베이스 서버를 사용하지 않고, 임시로 인메모리에 데이터를 저장하는 방식을 구현하였다. 이때, Database 클래스의 맴버 변수로 엔티티 리스트를 저장할 때 static 키워드를 사용하는 예제를 보고 static 키워드의 의미와 언제 사용해야 하는지 정리하였다.

작성한 임시 데이터베이스

public class ItemDB {

    private final Map<Integer, Item> itemMap;

    public ItemDB() {
        this.itemMap = new HashMap<>();
        this.itemMap.put(1, new Item(1,"무한의 대검", 3));
        this.itemMap.put(2, new Item(2,"BF 대검", 2));
        this.itemMap.put(3, new Item(3,"롱소드", 1));
        this.itemMap.put(4, new Item(4,"도란의 검", 1));
    }
    ...
}

프로젝트에서 구현한 임시 아이템 데이터베이스는 위와 같은 코드로 되어 있다. 다른 부분보다 주의 깊게 봐야 하는 부분은 private final Map<Integer, Item> itemMap; 부분이다. 우리는 itemMap 라는 HashMap<Integer, Item> 타입으로 구현하였다. 그리고 이 리스트에 각각의 아이템을 저장하였다.

예제 데이터베이스

public class MenuInMemoryDatabase {

    private static final Map<Integer, Menu> menuMap = new HashMap<>();
    private MenuInMemoryDatabase() {}
    ...
}

그리고 내가 본 예제 데이터베이스이다. 이 예제에서는 MenuInMemoryDatabase 클래스의 맴버 변수인 menuMap에 static 키워드가 들어간걸 볼 수 있다. 이 둘은 어떤 차이가 있는지 알아보았다.

Static 키워드

우리는 대부분 Static 키워드를 클래스의 일부 변수를 정적으로 사용하기 위해 사용한다.(값이 변경되지 않는 상수로 사용하길 바란다면 static 키워드와 final 키워드를 같이 사용한다.)

정적변수 : 메모리 할당을 한번만 할당되어 프로그램이 종료될때 헤제되는 변수

위와 같이 정적 변수의 정의를 보면 정적 변수는 프로그램이 실행되고 메모리 할당읗 한반만 할당된다. 정적 변수가 언제 할당되는지 알기 위해서는 JVM의 동작 과정을 알아봐야 한다. 우선 자바 프로그램의 실행 과정을 보자.

  1. 자바 프로그램을 실행하면 JVM은 OS로부터 메모리를 할당받는다.
  2. 자바 컴파일러(javac)가 자바 소스코드(.java)를 자바 바이트 코드(.class)로 컴파일 한다.
  3. Class Loader는 동적 로딩을 통해 필요한 클래스들을 로딩 및 링크 하여 Runtime Data Area(실질적인 메모리를 할당 받아 관리하는 영역)에 올린다.
  4. Runtime Data Area에 로딩 된 바이트 코드는 Execution Engine을 통해 해석된다.
  5. 이 과정에서 Execution Engine에 의해 Garbage Collector의 작동과 Thread 동기화가 이루어진다. Alt text (이미지 출처 : https://www.geeksforgeeks.org/jvm-works-jvm-architecture/)

JVM의 메모리 공간(Runtime Data Area)

JVM의 메모리 공간(Runtime Data Area)은 크게 Method(Static) 영역, Stack 영역, Heap 영역으로 구분되고 데이터 타입(자료형)에 따라 각 영역에 나눠서 할당 되게 된다. Alt text (출처 : https://www.geeksforgeeks.org/jvm-works-jvm-architecture/)

위 이미지에서 Static 변수는 Method Area(Static Area)에서 저장된다. Method Area는 JVM에서 읽어들인 클래스와 인터페이스에 대한 런타임 출, 메서드와 필드, Static 변수, 메서드 바이트 코드 등을 보관한다. 그리고 JVM 시작 시 생성되며 프로그램 종료 시까지 사용될 수 있다.(명시적으로 null 선언 시 GC 대상이다.) 즉, 위와 같은 Static 변수의 생성 시점으로 인해 내가 짠 코드와 예제간의 차이점이 있던 것이다.

정리

menuMap 변수와 같이 static final 로 정적 상수 변수를 선언하면 해당 변수는 JVM이 시작 시에 생성된다. 하지만 itemMap 변수는 클래스에 단순히 final 키워드만을 통해 상수 변수를 선언하고 해당 변수의 초기화는 해당 클래스가 다른 클래스에 의존성 주입되는 시점에 일어났다.
이러한 차이점으로 인해 menuMap 변수는 해당 클래스의 생성자 안에 변수를 초기화하는 코드도 없다. JVM이 시작되면 해당 클래스를 메모리에 올리면서 menuMap 변수도 같이 올리기 때문이다.

참고자료

How JVM Works – JVM Architecture?
JVM 내부 구조 & 메모리 영역 💯 총정리
[JVM Internal] JVM 메모리 구조
#자바가상머신, JVM(Java Virtual Machine)이란 무엇인가?