Valuable

가비지 컬렉터

뭐지?

C나 C++같은 언매니지드 언어는 OS 레벨의 메모리의 직접 접근해서 메모리를 관리한다.

자바는 OS위의 JVM위에서 돌아간다. 이 JVM이 알아서 메모리 상에 필요하지 않은 데이터를 해제하여 공간을 확보해준다.

• JVM의 메모리 구조
  • 스택
    • 힙 영역에 생성된 객체를 참조하기 위한 값들이 할당된다.
    • 메서드 작업에 필요한 메모리 공간
      • 지역변수, 파라미터 등
  • 힙
    • 인스턴스가 생성된다.

예시

지역변수로 String 변수를 만들고 값을 넣으면, 참조변수는 스택에 할당되고 String 리터럴 값은 힙 영역에 할당되게 된다.

String str = "heap";

자바에서는 문자열에 어떤 다른 문자열을 더하면 원래 주소에 더해지는게 아니라, 새로운 인스턴스를 만들어 다른 주소를 참조하게 된다.

str += "123";

이처럼 더하게 되면 힙 영역에는 2개의 String 리터럴이 존재하는 것이다.

이때, 더 이상 참조하지 않는 "heap" 리터럴을 Garbage Collector가 삭제해주는 것이다.

이렇게 더 이상 참조하지 않는 객체를 Unreachable Object라고 한다.

동작

Mark → Sweep

• Mark
  • GC가 스택의 모든 변수를 스캔하면서 참조하는 오브젝트를 찾는다. 참조한 오브젝트가 참조하는 오브젝트까지 다 마킹한다.
• Sweep
  • Mark 되어있지 않은 힙의 오브젝트들을 지운다.

자바의 정석 예제 13-20

다중 쓰레드를 사용하여 가비지 컬렉터를 간단히 흉내내본 예제이다.

메모리 공간을 나누지 않았고, Unreachable Object 를 삭제하는게 아니라 시간에 따라 공간을 확보하는 식이다.

public class GarbageCollector extends Thread {
    final static int MAX_MEMORY = 1000;
    int usedMemory = 0;

    @Override
    public void run() {
        while (true) {
            try {
                Thread.sleep(10 * 1000);
            } catch (InterruptedException ie) {
                System.out.println("Awaken by interrupt()");
            }

            gc();
            System.out.println("Garbage Collected. Free Memory :"+freeMemory());
        }
    }

    public void gc() {
        usedMemory -= 300;
        if (usedMemory < 0) usedMemory = 0;
    }

    public int totalMemory() { return MAX_MEMORY; }
    public int freeMemory() { return MAX_MEMORY - usedMemory; }
}

• 최대 메모리는 1000이라고 한다.
• 10초를 sleep하고, gc()를 실행한다.
  • 사용중인 메모리를 300감소한다.

public class GarbageCollectorTest {
    public static void main(String[] args) {
        GarbageCollector gc = new GarbageCollector();
        gc.setDaemon(true);
        gc.start();

        int requiredMemory = 0;

        for (int i = 0; i < 20; i++) {
            requiredMemory = (int) (Math.random() * 10) * 20;

            if (gc.freeMemory() < requiredMemory || gc.freeMemory() < gc.totalMemory() * 0.4) {
                gc.interrupt();
                try {
                    gc.join(100);
                } catch (InterruptedException ie) { }
            }

            gc.usedMemory += requiredMemory;
            System.out.println("gc.usedMemory = " + gc.usedMemory);
        }
    }
}

• gc 객체를 데몬 쓰레드로 만들었다.
  • 데몬 쓰레드는 일반 쓰레드가 모두 종료되면 자동으로 종료되는 쓰레드이다.
    • 데몬 쓰레드로 지정하지 않으면, for문을 다 돌고 메인 쓰레드가 종료되어도 gc는 다른 쓰레드에서 계속 실행되게 될 것이다.
• 랜덤 값을 메모리 사용량으로 계속 넣는다.
• 여유공간이 필요공간보다 적거나, 여유공간이 40% 미만이면 잠자고 있는 가비지 컬렉터를 깨운다.
  • 깨우지 않더라도 10초마다 작동한다.
• 깨우는 부분을 보면 interrupt() 외에도 join() 메소드가 있다.
  • gc를 깨우고 가비지 컬렉션이 시작되기 전에 메인 메소드에서 또 추가를 할 수 있으므로 기다릴 시간을 주는 것이다.
  • join()에 지정된 시간동안 작업을 수행하고 호출장소로 돌아온다.
    • 지정된 시간동안은 메인 쓰레드가 수행되지 않는 것이다.

gc.usedMemory = 20
gc.usedMemory = 20
gc.usedMemory = 20
gc.usedMemory = 60
gc.usedMemory = 100
gc.usedMemory = 120
gc.usedMemory = 160
gc.usedMemory = 200
gc.usedMemory = 380
gc.usedMemory = 520
gc.usedMemory = 520
gc.usedMemory = 640
Awaken by interrupt()
Garbage Collected. Free Memory :660
gc.usedMemory = 340
gc.usedMemory = 360
gc.usedMemory = 460
gc.usedMemory = 520
gc.usedMemory = 640
Awaken by interrupt()
Garbage Collected. Free Memory :660
gc.usedMemory = 420
gc.usedMemory = 580
gc.usedMemory = 580

Process finished with exit code 0

• 실행 결과는 이런식으로 나온다.

참고

https://yaboong.github.io/java/2018/06/09/java-garbage-collection/

자바를 기준으로 설명합니다. 하지만 객체지향언어에선 대부분 비슷할 것이라고 생각됩니다.

본인이 웹 개발을 공부하며 느끼고 이해한 내용에 대해 말합니다.

문법적으로 먼저 보면, 인터페이스는 상수와 추상메소드만 존재하는 추상클래스이다.

추상메소드라는 것은 메소드의 선언부만 있고, 몸통 부분은 없는 메소드이다.

(java8부터? 유지보수의 편의를 위해 default, static메소드 등도 포함되었다)

public abstract class MyInterface {
		public abstract void run();
}

// 실제로 인터페이스는 인터페이스 키워드를 사용한다.
public interface MyInterface {
		public void run(); // 컴파일러가 추상메소드로 바꿔준다.
}

이렇게 얘기해서는 감이 잘 안올 것이다.

먼저 추상화와 다형성에 대해 생각해보자.

추상화

• 예를들어 일반적인 컴퓨터를 사용할 때는 윈도우와 Mac같은 GUI OS를 사용한다.
  • 이 OS를 뜯어보면 실제 로직은 커널을 조작하는 명령어가 있을 것이다.
  • 또 이 명령어는 전기 신호로 변환되어 cpu에서 동작할 것이다.
• 이렇게 전기 신호를 명령어로 추상화하고, 명령어를 다시 GUI 환경으로 추상화했다.
• 이런 과정을 추상화라고 한다. 추상화 단계의 최상단에 있는 사용자는 내부 로직이 바뀌더라도 이전과 동일하게 사용할 수 있다.
• 애플의 인텔 맥과 ARM 맥은 사용자 입장에서 큰 변화 없이 동일하게 사용할 수 있다.

다형성

한 가지 타입으로 여러가지 구현체를 사용할 수 있는 것이다.

• 예를들어 닌텐도 스위치를 쓴다고 하자.
  • 마리오 게임용 닌텐도 스위치, 젤다 게임용 닌텐도 스위치를 따로 사지 않아도 닌텐도 스위치 하나에서 모든 게임을 동작시킬 수 있다.
• 브라우저도 마찬가지이다.
  • 네이버용 브라우저, 구글용 브라우저, 유튜브용 브라우저 따로 만들지 않는다. 한가지 브라우저로 모든 웹사이트를 이용할 수 있다.
• 자동차 운전면허도 현대 운전면허, 포드 운전면허, 벤츠 운전면허가 따로 존재하지 않는다.
• 사용자는 각 상황에 맞는 스위치, 브라우저, 운전면허를 알 필요가 없다. 대표적인 하나만 알고 있으면 되는거다.

결론

• 그래서 인터페이스를 왜 쓰느냐?

많은 이유가 있겠지만 본인이 쓰면서 가장 몸소 느낀바는 다형성이다.

• 그럼 다형성은 왜 쓰느냐?

유지보수의 편의를 위해서다. 기존의 코드의 로직이 변경될 때 변경되는 부분을 최소화 시키기 위해 한단계 추상화 하는 것이다.

인터페이스 사용 예시

인터페이스를 사용했을 때, 어떤 식으로 유지보수가 편해지는지를 알아보자.

인터페이스를 사용하지 않을 때

• 사용자와, TV가 있다고 하자.
  • tv는 samsung tv와 lg tv가 있고 전원 on/off, 채널 up/down 기능이 있다.

class SamsungTv {
    private boolean power;
    private int channel;

    public void power() {
        power = !power;
    }

    public void channelUp() {
        channel++;
    }

    public void channelDown() {
        channel--;
    }
}

class Client{
    public static void main(String[] args){
        SamsungTv tv = new SamsungTv();
        
        //power on
        tv.power();

        tv.channelUp();
        tv.channelUp();
    }
}

• 이렇게 클라이언트가 SamsungTv를 잘 사용하고 있었는데, 새로운 LG TV가 나와서 바꾸기로 하자.

class LgTv {
  private boolean power;
  private int channel;

  public void switchPower() {
      power = !power;
  }
    
  public void increseChannel() {
      channel++;
  }

  public void decreaseChannel() {
      channel--;
  }
}

• 새로나온 LG TV를 보니, 기존 삼성 TV와 하는 역할은 같지만 작동 방식(메소드)가 완전히 달라졌다.
• 따라서 클라이언트의 메소드를 사용하는 부분과 클래스를 선언하고 인스턴스를 생성한 부분을 모두 바꿔줘야한다.

class Client{
  public static void main(String[] args){
      LgTv tv = new LgTv();
    
      //power on
      tv.switchPower();

      tv.increaseChannel();
      tv.decreaseChannel();
  }
}

• TV가 한번 바뀔 때마다. 선언부, 메소드 사용하는 코드를 전부 바꿔야 했다.
• 여러사람이 작업하다보면 기존의 규칙을 무시하고 작업하는 경우도 있고, 코드가 몇천줄이 넘어가는 경우가 생길 수도 있다.
• 최악의 상황에는 일일히 다 바꿔야한다.

인터페이스를 사용할 때

• 인터페이스를 사용하게되면 위에서 겪었던 대부분의 문제를 해결할 수 있다.
• 우선 TV라는 인터페이스를 만든다.

public interface Tv {
    public void power();
    public void channelUp();
    public void channelDown();
}

• 이 인터페이스를 구현하는 삼성 TV 클래스를 만들자.

public class SamsungTv implements Tv {
    private boolean power;
    private int channel;
    
    public void power() {
        power = !power;
    }

    public void channelUp() {
        channel++;
    }

    public void channelDown() {
        channel--;
    }
}

• 이제 클라이언트에서 TV를 사용할 때에는 Tv 인터페이스형(참조변수 타입)을 사용하면 된다.

public class Client {
    public static void main(String[] args) {
        Tv tv = new SamsungTv();
        
        tv.power();
        tv.channelUp();
        tv.channelDown();
    }
}

• 새로운 TV를 만들어야한다면 이제 Tv 인터페이스를 구현하면 된다.

public class LgTv implements Tv {
  private boolean lgPower;
  private int lgChannel;

  public void power() {
      lgPower = !lgPower;
  }

  public void channelUp() {
      lgChannel++;
  }

  public void channelDown() {
      lgChannel--;
  }
}

• 인터페이스를 쓰면 메소드 명이 변경될 일이 없기 때문에 사용자는 변경된 사용방법(메소드)를 새로 알아야 필요가 없어졌다.

public class Client {
  public static void main(String[] args) {
      Tv tv = new LgTv();
        
      tv.power();
      tv.channelUp();
      tv.channelDown();
  }
}

• Tv 타입의 참조변수에 들어가는 인스턴스만 바꿔주면 다른 코드는 전혀 변경하지 않아도 된다.
• 여기서는 아주 작고, 단순한 문제를 다뤘지만, 여러가지 클래스의 포함관계가 복잡하게 얽혀있을 때 다형성은 힘을 발휘한다.

Next step…

인터페이스를 사용하면, 구현체가 바뀌더라도 유연하게 대응할 수 있다.

또, 구현을 하는 클래스에 대해 어느정도의 가이드 라인을 제공해주는 역할도 한다.

하지만 여전히 코드를 바꿔야하는 부분이 존재한다.

제어의 역전(IoC)가 제대로 일어나지 않았고, SOLID원칙의 OCP, DIP 원칙에 위배된다.

이 문제를 해결하기 위해 의존성 주입(DI)을 사용할 수 있다.

https://docs.google.com/presentation/d/1KoGEpn3wO4cAXKkOQSARFJFMSlHalQdyBQ-XtjZyhhw/edit?usp=sharing

JDBC란?

• 데이터 베이스를 자바기반 어플리케이션에서 사용하기 위한 라이브러리.
• Oracle, MS SQL, MySQL 등 각 언어마다 쿼리는 다르지만, 기능은 동일하다.
  • DB에 관계없이 자바 코드로 데이터 베이스를 작성할 수 있는 인터페이스이다.
• Java DataBase Connectivity
• 사용하는 데이터베이스를 교체해도 자바 코드를 바꾸지 않아도 된다.
• JDBC가 실제 데이터 베이스를 동작시키기 위해 각 제조사에서 만들어놓은 JDBC Driver를 사용한다.
  • 실제 구동은 드라이버가 한다.

실행 과정

1. 드라이버 로드하기
2. 연결 생성
3. 문장 실행
4. 결과집합 사용하기

DB와 Driver 설치

현재 랩탑에 설치돼있는 mysql 8.0.25을 사용하겠다.

실습

데이터 조회

기본 코드 이해

• 연결 단계
  • 이러한 순서로 진행된다.
    • new 연산자로 객체를 만들지 않는다.
  1. Class.forName("com.mysql.cj.jdbc.Driver");
     • 1번이 실행되면, 드라이버가 메모리에 올라간다.
  2. Connection con = DriverManager.getConnection(...);
     • 2번이 실행되면, 연결이 이루어진다. 드라이버 객체를 얻는다.
  3. Statement st = con.createStatement();
     • 3번이 실행되면, 쿼리를 실행한다.
       • 결과 집합이 만들어진다.
       • 레코드 단위로 한줄 씩 받아온다.
  4. ResultSet rs = st.executeQuery(sql);
  5. rs.next();
  6. String title = rs.getString("title");
     • 순회하면서 데이터를 얻는다.

public class Program {
    public static void main(String[] args) throws Exception {
        String url = "jdbc:mysql://localhost:3306/connectdb?useSSL=false&characterEncoding=UTF-8&serverTimezone=UTC";
        String sql = "SELECT * FROM employee";

        Class.forName("com.mysql.cj.jdbc.Driver");
        Connection con = DriverManager.getConnection(url, "connectuser", "connect123!@#");
        Statement st = con.createStatement();
        ResultSet rs = st.executeQuery(sql);

        rs.next();
        String name = rs.getString("name");
        System.out.println(name);


        rs.close();
        st.close();
    }
}

데이터 추가

public class Program2 {
    public static void main(String[] args) throws Exception {
        String url = "jdbc:mysql://localhost:3306/connectdb?useSSL=false&characterEncoding=UTF-8&serverTimezone=UTC";
//        String sql = "INSERT INTO employee VALUES(1111, 'Choi', 'programmer', 7788, '2019-12-22', 9999.99, 300.00, 10)";
        String sql = "INSERT INTO employee VALUES(?,?,?,?,?,?,?,?)";

        Class.forName("com.mysql.cj.jdbc.Driver");
        Connection con = DriverManager.getConnection(url, "connectuser", "connect123!@#");
//        Statement st = con.createStatement();
        PreparedStatement st = con.prepareStatement(sql);
        st.setInt(1, 1111);
        st.setString(2, "Choi");
        st.setString(3, "Pro");
        st.setInt(4, 7788);
        st.setString(5, "2019-12-22");
        st.setBigDecimal(6, BigDecimal.valueOf(9999.99));
        st.setBigDecimal(7, BigDecimal.valueOf(300.00));
        st.setInt(8, 10);

        int result = st.executeUpdate();

        st.close();
        con.close();
    }
}

데이터 수정

public class Program3 {
    public static void main(String[] args) throws Exception {
        String url = "jdbc:mysql://localhost:3306/connectdb?useSSL=false&characterEncoding=UTF-8&serverTimezone=UTC";
        String sql = "UPDATE EMPLOYEE SET job = 'CTO' WHERE name = 'Choi'";

        Class.forName("com.mysql.cj.jdbc.Driver");
        Connection con = DriverManager.getConnection(url, "connectuser", "connect123!@#");
        PreparedStatement st = con.prepareStatement(sql);

        int result = st.executeUpdate();

        st.close();
        con.close();
    }
}

데이터 삭제

public class Program4 {
    public static void main(String[] args) throws Exception {
        String url = "jdbc:mysql://localhost:3306/connectdb?useSSL=false&characterEncoding=UTF-8&serverTimezone=UTC";
        String sql = "DELETE FROM employee WHERE name = 'Choi'";

        Class.forName("com.mysql.cj.jdbc.Driver");
        Connection con = DriverManager.getConnection(url, "connectuser", "connect123!@#");
        PreparedStatement st = con.prepareStatement(sql);

        int result = st.executeUpdate();

        st.close();
        con.close();
    }
}

쿼리문만 바꿔서 데이터 CRUD를 할 수 있다.

어떤 조건을 걸때는 자바 단에서 하는 게 아니라 쿼리문에서 해주는 것이 시간,공간을 절약할 수 있다.