기술 면접 준비하기 - 자바

자바의 장단점

장점

• JVM을 통해 다양한 플랫폼에서 실행 가능하다. (플랫폼 독립성)
• 객체 지향 언어로 객체 지향 프로그램을 통해 모듈화, 유지보수성, 재사용성 향상.
• 가비지 컬렉션으로 메모리 누수 방지
• 멀티스레딩을 지원해 동시성 프로그래밍이 용이하다. 
• 클래스로더에 의해 동적 로딩을 지원해서 실행 시 모든 객체를 생성하지 않고, 필요한 시점에 클래스를 생성한다. 

단점 

• 네이티브 코드에 비해 상대적으로 느리다. 
• JVM 사용으로 인한 추가적인 메모리 소비

JDK, JRE, JVM의 차이는?

JDK(Java Development Kit)
Java 프로그램을 개발하고 실행하기 위한 도구의 모음. JRE와 개발도구(javac, java, javadoc...)을 포함.
JRE(Java Runtime Environment)
Java 프로그램을 실행하기 위한 환경. JVM과 핵심 라이브러리등을 포함. 
JVM(Java Virtual Machine)
Java 바이트코드를 실행하는 가장 머신. 플랫폼 독립성을 제공하여 메모리 관리와 가비지 컬렉션을 담당함. 
 

JAVA의 실행 과정

1. 코드 작성 (.java파일)
2. 컴파일 : 바이트코드(.class파일)
3. 클래스 로딩 : JVM으로 바이트코드 로딩
4. 바이트코드 검증 : 바이트코드 유효성 검증
5. 해석 : 바이트코드에서 기계어로 변환
6. 실행 : JVM 인터프리터가 기계어 코드 실행
 

컴파일러와 인터프리터의 차이?

• 컴파일러와 인터프리터 모두 프로그래밍 언어의 소스 코드를 실행 가능한 형태로 바꾸는 도구이지만, 동작 방식에 있어 차이가 있습니다. 
• 컴파일러(Compiler)
  • 소스 코드를 작성한 후 컴파일러를 이용해 컴파일 과정을 거칩니다.
  • 컴파일러는 전체 소스 코드를 분석하여 기계어 코드로 변환하고, 실행 파일을 생성합니다.
  • 생성된 실행 파일을 실행하여 프로그램을 동작시킵니다.
  • 장점
    • 이미 기계어로 번역된 상태이므로 실행 시 추가적인 번역 과정이 필요 없다. 
    • 최적화된 기계어 코드를 작성하기 때문에 성능을 높일 수 있다. 
  • 단점
    • 소스코드가 변경되면 다시 컴파일해야 한다. 
• 인터프리터(Interpreter)
  • 소스코드를 한 줄씩 읽고 즉시 실행한다. 번역과 실행이 동시에 이루어진다. 
  • 장점
    • 디버깅과 테스팅이 쉽다. 
    • 소스코드를 수정 후 즉시 실행하여 결과를 확인할 수 있다. 
  • 단점
    • 매 실행마다 소스코드를 해석해야 하기 때문에 실행속도가 느립니다. 

그렇다면 자바는??

자바는 컴파일언어 이면서 인터프리터 언어의 특징을 모두 갖춘 하이브리드 언어라고 할 수 있다. 
1. 컴파일 단계
    .java파일은 자바 컴파일러(javac)에 의해 바이트코드(.class)파일로 컴파일된다. 
2. 인터프리터 단계
    생성된 바이트코드는 JVM에 의해 실행된다. JVM의 인터프리터는 바이트코드를 한 줄씩 읽고 기계어를 변환하여 즉시 실행한다. 

* JIT 컴파일
자바는 Just-In-Time(JIT) 컴파일러를 사용하여 실행속도를 높인다. JIT 컴파일러는 자주 사용되는 바이트 코드를 기계어로 변환하여 캐싱을 해 놓아 동일 코드 실행될 시 해석 없이 빠르게 실행할 수 있다. 
-> JIT 컴파일러를 통해 자바는 실행 성능을 높인다!!

String, StringBuilder, StringBuffer의 차이

셋 모두 자바에서 문자열을 다루기 위한 클래스이지만 용도와 특성에는 차이점이 있다. 

• String
  • String객체는 불변(immutable)이다. 한 번 생성된 'String' 객체는 그 값을 변경할 수 없다. 
  • 문자열을 변경하게 되면 새로운 'String' 객체가 생성된다. 
  • 문자열을 자주 변경하지 않는 상수 문자열, 문자열 리터럴, 로그 메시지 등에 적합하다. 
• StringBuilder
  • StringBuilder 객체는 가변이다. 객체가 생성된 후에도 그 값을 변경할 수 있다. 
  • StringBuilder는 동기화를 지원하지 않아 스레드 세이프 하지 않다. 
  • 동기화가 필요 없는 단일 스레드 환경에서 문자열을 자주 변경해야 할 때 적합하다. 
• StringBuffer
  • StringBuffer도 가변이다. 값을 변경할 수 있다. 
  • StringBuffer는 동기화를 지원한다. 멀티 스레드 환경에도 안전하게 사용할 수 있다. 
  • 동기화를 제공하기 때문에 StringBuilder보다는 느리지만, 멀티스레드 환경에서 안전하게 사용가능하다. 

StirngBuffer 클래스의 주요 메서드들은 synchronized 키워드를 사용하여 동기화되어 있다. 
Synchronized 키워드가 붙은 메서드는 해당 메서드가 호출될 때 객체의 모니터 락(Monitor Lock)을 획득한다. 
다른 스레드가 동일한 객체의 다른 동기화된 메서드를 호출하려면 현재 메서드가 실행을 완료하고 락을 해제할 때까지 대기해야 한다. 

스레드 세이프란?

• 여러 스레드가 동시에 접근하거나 수정할 때, 데이터의 일관성과 정확성을 보장할 수 있도록 프로그램이나 코드를 의미한다. 
• 스레드 세이프한 코드는 동시성 문제를 피하기 위해 특정 메커니즘을 사용해 데이터 일관성을 유지한다. 
  1. 동기화(Synchronization)
  2. 락(Lock)
  3. 원자성(Atomicity)
  4. 불변 객체
  5. 스레드-로컬 변수
• 멀티스레드 환경에서 스레드 세이프 하지 못하면 Race Condition 상태가 발생할 수 있다. 스레드 세이프는 이러한 문제를 방지하여 프로그램이 올바르게 동작하도록 한다. 

 

객체지향이란?

프로그램을 객체의 집합으로 보고, 객체 간의 상호작용을 통해 프로그래밍을 설계하고 구현하는 프로그래밍 패러다임. 

객체지향 4가지 특징

1. 추상화

• 불필요한 정보는 숨기고 중요한 정보만 표현함으로 공동의 속성이나 기능을 묶어 이름을 붙인다. 

2. 캡슐화

• 상태와 행위를 클래스라는 캡슐에 담화 모듈화 함

3. 상속

• 부모 클래스의 속성과 기능을 이어받아 사용
• 기능을 수정하고 싶을 땐 오버라이딩을 사용

4. 다형성

• 하나의 메서드나 클래스가 여러 형태를 가질 수 있는 것을 말함. 
• 다형성은 주로 메서드 오버로딩(overloading)과 메서드 오버라이딩(Overriding)으로 구현

OOP의 5가지 원칙(SOLID)

• Single Responsibility Principle (SRP, 단일 책임의 원칙)
  • 각 클래스는 하나의 기능이나 역할만 담당하여야 한다. (코드의 유지 보수와 테스트가 쉬워짐)
• Open/Closed Principle (OCP, 개방-폐쇄 원칙)
  • 기존 코드를 변경하지 않고도 기능을 확장할 수 있어야 함. 
  • 주로 상속과 인터페이스를 통해 이루어진다. 
• Liskov Substitution Principle (LSP, 리스코프 치환 원칙)
  • 자식 클래스는 부모 클래스의 기능을 대체해도, 프로그램의 정확성이 보장되어야 한다. 
• Interface Segregation Principle (ISP, 인터페이스 분리 원칙)
  • 하나의 일반적인 인터페이스보다 여러 개의 구체적인 인터페이스를 사용하여 클라이언트가 불필요한 메서드에 의존하지 않도록 해야한다. 
• Dependency Inversion Principle (DIP, 의존성 역전 원칙)
  • 구체적인 구현이 아닌, 추상화된 인터페이스나 추상 클래스에 의존하게 하여 유연성과 확장성을 높인다. 

 

C언어와 Java의 차이점

• C언어
  • 절차지향, 구조적 프로그래밍. 
  • 순차적 프로그래밍이다. 
  • 작업 순서대로 코딩한다. 
  • 메모리를 개발자가 직접 관리한다. 
  • 네이티브 기계어로 컴파일 되어 플랫폼 종속적이다. 
• Java
  • 객체지향 프로그래밍
  • 모든 것은 클래스와 객체로 구성되어 있다. 
  • 메모리를 자동으로 관리하기 위한 가비지 컬렉션이 있다. 
  • 바이트코드로 컴파일 된후 JVM 에서 실행되어 플랫폼 독립적이다. 

클래스, 객체, 인스턴스의 차이?

• 클래스(Class)
  • 객체를 생성하기 위한 설계도.
  • 클래스는 객체가 가져야할 데이터 필드와 메서드를 정의한다. 
• 객체(Object)
  • 클래스를 기반으로 생성된 실제 인스턴스.
  • 클래스를 통해 정의도니 속성과 메서드를 실제로 가지고 있으며, 클래스를 통해 정의된 대로 동작함. 
  • 클래스의 실체화된 형태
• 인스턴스(Instance)
  • 인스턴스는 클래스의 구체적인 구현체를 지칭하는 용어.
  • 객체는 클래스의 인스턴스.

오버라이딩과 오버로딩

• 오버라이딩 (Overriding)
  
  • 상위 클래스에서 정의된 매서드를 하위 클래스에서 재정의 하는것을 의미.
  • 상위 클래스의 메서드를 하위 클래스에서 다른 동작을 하도록 변경할 수 있다. 
  • 특징
    • 메서드의 이름, 매개변수 목록, 반환 타입이 모두 동일해야 함.
    • 접근 제어자는 더 넓은 범위로 변경 가능, 좁은 범위는 불가능
    • 메서드에 사용된 예외는 더 적거나 하위 예외로 변경 가능
    •  @Override 애너테이션을 사용해 명시적으로 표시하는 것이 좋음

Class Animal {
	void makeSound(){
    	System.out.println("Animal makes a sound!");
    }
}

class Dog extends Animal{
	@Override
    void makeSound(){
    	System.out.println("Dog BARKS!!");
    }
}

public class Main{
	public static void main(String[] args){
    	Animal myDog = new Dog();
        myDog.makeSound(); //Dog BARKS!!
    }
}

 

• 오버로딩(Overloading)
  • 오버로딩은 같은 이름 메서드를 여러개 정의하지만, 매개 변수의 목록이 다르게 하는 것을 의미한다. 
  • 메서드의 이름을 재사용하면서 서로 다른 인자를 처리할 수 있다. 
  • 특징
    • 매서드의 이름은 같지만, 매개 변수의 수나 타입은 달라야 함. 
    • 반환 타입은 달라도 되지만, 오버로딩을 결정짓는 요소는 아님
    • 접근 제어자와 예외는 상관 없음 

class MathUtils {
    int add(int a, int b) {
        return a + b;
    }

    double add(double a, double b) {
        return a + b;
    }

    int add(int a, int b, int c) {
        return a + b + c;
    }
}

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        MathUtils utils = new MathUtils();
        System.out.println(utils.add(1, 2));        // 3
        System.out.println(utils.add(1.5, 2.5));    // 4.0
        System.out.println(utils.add(1, 2, 3));     // 6
    }
}

 

Java에서 다중 상속을 허용하지 않는 이유는?

같은 이름의 메소드를 가진 두 클래스에게 상속받는 클래스가 있는 경우 이 클래스는 어떤 클래스의 메소드를 사용해야할 지 모호하여 충돌이 발생한다. 
Java에서는 인터페이스를 사용하여 다중 상속의 기능을 구현한다. (메소드를 따로 작성해 주므로 문제가 발생하지 않는다. )

인터페이스와 추상 클래스

두 개념 모두 클래스와 객체의 행동을 정의하는데 사용된다. 

• 인터페이스(Interface)
  • 인터페이스는 클래스가 구현해야 하는 메서드의 시그니처만을 정의하는 구조이다. 
  • 인터페이스를 구현하는 클래스는 인터페이스에 정의된 모든 메서드를 구현해야 한다. 
  • 특징 
    • 모든 메서드는 기본적으로 추상 메서드이며 구현이 없다. 
    • 필드는 자동적으로 public static final이다. 
    • 클래스는 여러 인터페이스 구현 가능(다중 상속의 형태)

interface Animal {
    void eat();
    void sleep();
}

class Dog implements Animal {
    public void eat() {
        System.out.println("Dog eats");
    }

    public void sleep() {
        System.out.println("Dog sleeps");
    }
}

• 추상 클래스(Abstract Class)
  • 추상 클래스는 하나 이상의 추상 메서드(구현이 없는 메서드)를 포함할 수 있으며, 일부 메서드는 구현이 포함될 수 있다. 
  • 추상 클래스는 인스턴스화될 수 없으며, 이를 상속하는 서브클래스는 추상 메서드를 구현해야 함. 
  • 특징
    • 추상 메서드와 일반 메서드를 모두 가질 수 있다. 
    • 필드, 메서드, 생성자 포함 가능
    • 단일 상속만이 가능(한 클래스는 하나의 추상 클래스만 상속 받을 수 있다.)

abstract class Animal {
    abstract void eat();
    abstract void sleep();

    void breathe() {
        System.out.println("Animal breathes");
    }
}

class Dog extends Animal {
    void eat() {
        System.out.println("Dog eats");
    }

    void sleep() {
        System.out.println("Dog sleeps");
    }
}

 

• 인터페이스는 클래스가 구현해야 하는 행동의 계약을 정의할 때 사용합니다. 예를 들어, 여러 클래스가 특정 기능을 반드시 구현해야 하는 경우 인터페이스를 사용합니다.
• 추상 클래스는 상속을 통해 공통된 행동을 공유하면서, 일부는 서브클래스가 구체적으로 구현하도록 할 때 사용합니다. 공통된 기능과 상태를 상속받으면서, 특정 메서드는 서브클래스마다 다르게 구현될 때 적합합니다.
• 인터페이스는 확장에 관련되어 있고, 추상 클래스는 공통된 부분을 묶는데 많이 사용된다. 

Garbage Collector란?

가비지 컬렉터는 Java에서 자동으로 메모리를 관리하는 시스템이다. 
프로그램에서 더 이상 사용되지 않는 객체를 자동으로 식별하고 제거하여 메모리 누수를 방지하고, 프로그램의 효율적인 실행을 보장한다. 
 
가비지 컬렉터의 작동 원리

1. 마크(Mark) : 모든 객체를 탐색하여 각 객체가 여전히 참조되고 있는지 확인. 참조되고 있는 객체는 "마크"표시
2. 스윕(sweep) : 마크되지 않은(더 이상 참조되지 않는)객체를 메모리에서 제거
3. 압축(Compaction) : 선택사항, 메모리 파편을 줄이기 위해서 남아있는 객체를 한쪽으로 모음

Java Reflection 이란?

구체적인 클래스 타입을 알지 못해도 클래스의 메소드, 타입, 변수들에 접근할 수 있게 해주는 자바 api이다. 
자바 리플렉션은 객체를 통해 클래스의 정보를 분석하여 런타임에 클래스의 동작을 검사하거나 조작가능하다. 
클래스 파일의 위치나 이름만 있다면 해당 클래스의 정보를 얻어내고, 객체를 생성하는 것이 가능해 유연한 프로그래밍이 가능하다. 
 
리플렉션은 주로 프레임워크 라이브러리에서 많이 사용되며 대표적으로 스프링의 DI가 있다. 
 

Generics란?

제네릭은 자바에서 데이터타입을 일반화하여 코드의 재사용성을 높이고, 컴파일 시 안정성을 보장하기 위한 기능이다. 제네릭을 사용하면 인터페이스, 메소드에서 사용할 데이터 타입을 일반화하여 특정 타입에 의존하지 않고 다양한 데이터 타입을 사용할 수 있다. 

public class Box<T> {
	private T value;
    
    public void set(T value){
    	this.value = value;
    }
    
    public T get() {
    	return value;
    }
}

public static void main(String[] args){
	Box<String> stringBox = new Box<>();
    stringBox.set("HELLO WORLD!");
    System.out.println(stringBox.get());
    
    Box<Integer> integerBox = new Box<>();
    intergerBox.set(1234);
    System.out.println(integerBox.get());
}

컴파일 과정에서 객체의 타입을 체크하여 넣어준다. 
객체의 안정성을 높이고 형 변환의 번거로움을 줄여준다. 
 

Java의 접근 제어자

접근 제어자는 클래스, 메소드, 필드등의 접근 권한을 설정하여 데이터의 캡슐화와 보호를 돕는 역할을 한다. 

• public
  • 모든 클래스에서 접근할 수 있다.
• protected
  • 같은 패키지 내의 클래스와 상속받은 하위 클래스에서 접근할 수 있다. 
• default
  • 접근제어자를 명시하지 않을 시 기본적으로 적용됨. 같은 패키지의 클래스에서만 접근 가능하다. 
• private
  • 같은 클래스 내에서만 접근 가능하다. 

접근 제어자	동일 클래스	동일 패키지	상속받은 하위 클래스	모든 클래스
public	O	O	O	O
protected	O	O	O	X
default	O	O	X	X
private	O	X	X	X

 

final

자바에서 final 키워드는 특정 요소를 수정할 수 없도록 하기 위해 사용된다. 

• final 클래스
  • final 클래스를 선언하면 다른 클래스에서 이를 상속할 수 없다. 
• final 메서드
  • final 메서드를 선언하면 이 메서드를 하위 메서드에서 오버라이드할 수 없다. 
• final 변수
  • final 변수를 선언하면 해당 변수의 값은 한 번만 할당할 수 있다. 

자바의 스레드

스레드는 프로세스 내에서 실행되는 최소 작업 단위이다. 각 스레드는 독립적인 작업을 수행할 수 있으며, 자원의 효율적인 사용과
병렬처리를 가능하게 한다. 
자바에서는 두 가지 방법으로 스레드를 생성할 수 있다.
1. Thread 클래스 상속
2. Runnable 인터페이스 구현
 

Call by Value VS Call by Reference

두 가지 모두 함수에 인자를 전달하는 주요 방법이다. 

• Call by Value
  • 함수 호출 시 인자의 값을 복사하여 함수에 전달하는 방식
  • 함수 내에서 인자를 수정해도 인자에는 영향을 미치지 않는다. 
  • 기본 타입은 값이 복사되며, 참조형은 값이 복사되지만 참조 자체는 변경할 수 없다. 

public class CallByValueExample {
    public static void main(String[] args) {
        int a = 10;
        modifyPrimitive(a);
        System.out.println("Value of a after modifyPrimitive: " + a); // 출력: 10

        MyClass obj = new MyClass();
        obj.value = 20;
        modifyObject(obj);
        System.out.println("Value of obj.value after modifyObject: " + obj.value); // 출력: 30
    }

    public static void modifyPrimitive(int num) {
        num = 50;
    }

    public static void modifyObject(MyClass obj) {
        obj.value = 30;
    }
}

class MyClass {
    int value;
}

• Call by Reference
  • 함수 호출 시 인자의 주소를 직접 전달하는 방식
  • 함수 내에서 인자를 수정하면 호출자의 인자도 변경된다. 

public class CallByReferenceExample {
    public static void main(String[] args) {
        MyClass obj = new MyClass();
        obj.value = 20;
        modifyObject(obj);
        System.out.println("Value of obj.value after modifyObject: " + obj.value); // 출력: 30
    }

    public static void modifyObject(MyClass obj) {
        obj.value = 30; // 객체의 상태를 수정할 수 있습니다.
        obj = new MyClass(); // 새로운 객체를 할당해도 호출자의 obj는 변경되지 않습니다.
        obj.value = 40;
    }
}

class MyClass {
    int value;
}

자바에서는 객체의 참조를 값으로 전달하기 때문에 객체의 상태를 수정할 수 있지만, 객체 자체의 참조를 변경할 수 없다. 

 

HashMap vs HashTable vs ConcurrentHashMap?

• HashMap
  • 가장 널리 사용되는 해시 기반의 맵
  • 키-값을 저장하며, 모두 null을 허용한다. 
  • 동기화되지 않으므로 멀티스레드 환경에서 스레드 세이프 하지 않다. 
• HashTable
  • 메서드가 동기화되어 있어 스레드 안정성을 보장한다. 
  • null값을 허용하지 않는다. 
• ConcurrentHashMap
  • 스레드 안정성을 보장하면서도 높은 성능을 유지한다
  • null값을 허용하지 않는다.