클래스

널널한 개발자님의 독하게 시작하는 Java Part 2에서 Java 클래스의 구조, 객체와 인스턴스의 개념, 접근 제어와 캡슐화, 그리고 JVM 메모리 구조를 학습하며 객체 지향 프로그래밍의 핵심 원리를 정리함

Java 프로그램의 논리적 계층 구조

가장 작은 단위부터 최상위까지

항(Term)
- 가장 기초적인 구성 요소
- 변수, 상수, 리터럴 등이 해당됨
식(Expression)
- 여러 항이 모여 계산이나 연산을 수행하는 평가의 대상
- a + b, x * 2 등의 연산식
구문(Statement)
- 여러 식이 모여 하나의 실행 단위를 형성함
- 위에서 아래로 순차 실행됨
- 세미콜론(;)으로 종료됨
메서드(Method)
- 특정 기능을 수행하는 구문들의 집합
- 코드의 재사용성과 모듈화를 제공함
클래스(Class)
- 변수(필드)와 메서드의 논리적 집합체
- 객체를 기술하는 설계도 역할
패키지(Package)
- 관련된 클래스들을 그룹화하여 관리하는 최상위 단위
- 네임스페이스를 제공하여 이름 충돌 방지

계층 구조의 의미

Java Program Hierarchy

Java는 체계적인 포함 관계를 통해 코드를 조직화함
각 계층은 명확한 역할과 책임을 가짐

클래스와 객체 그리고 인스턴스의 정의

객체(Object)란 무엇인가?

OOP 환경에서의 객체
- 소프트웨어를 구성하는 단위 요소
- 필드(상태)와 메서드(행동)로 구성됨
- 실세계의 개념을 소프트웨어로 모델링한 것
객체 설계의 원칙
- 클래스는 반드시 존재 이유와 목적이 명확해야 함
- Java에서는 클래스(Class)로 객체를 기술함

클래스(Class)

정의
- 변수와 같은 일종의 타입으로 이해할 수 있음
- 객체를 기술하는 문법이자 객체를 생성하기 위한 틀
- 사용자 정의 타입

기본 문법

class 클래스이름 {
    // 필드(변수) - 객체의 상태
    // 메서드(함수) - 객체의 행동
}

작성 규칙
- 클래스 이름은 영문 대문자로 시작하는 것이 관례(PascalCase)
- 저장되는 파일명(.java)과 대소문자까지 정확히 일치해야 함
- 내부에 필드(변수)와 메서드(함수)를 멤버로 포함함

예시

public class Member {
    // 멤버의 이름을 저장함
    private String memberName;
    // 멤버의 등급을 저장함
    private int level;

    // 활동 메서드
    public void participate() {
        System.out.println(memberName + "님이 활동 중입니다");
    }

    // 정보 출력 메서드
    public void displayInfo() {
        System.out.println("이름: " + memberName + ", 레벨: " + level);
    }
}

인스턴스(Instance)

개념
- 클래스라는 타입을 통해 실제로 메모리에 구현된 예시 또는 경우
- 클래스를 바탕으로 메모리에 실제로 생성된 실체
- new 연산자를 통해 동적으로 생성됨

생성 방법

Member member1 = new Member();  // 첫 번째 멤버 객체 생성
Member member2 = new Member();  // 두 번째 멤버 객체 생성

하나의 클래스로부터 여러 개의 독립적인 인스턴스를 생성할 수 있음
각 인스턴스는 고유한 메모리 공간을 가짐

클래스와 인스턴스의 관계
- 클래스는 설계도, 인스턴스는 그 설계도로 만든 실제 제품
- 클래스 타입으로 선언된 변수는 모두 참조형임
- 인스턴스가 존재하지 않을 때는 null 값을 가질 수 있음

멤버 구성 요소 및 초기화 규칙

필드와 초기화 우선순위

필드(Field)

public class Item {
    private String itemName = "기본 상품";  // 필드 선언 시 초기값 지정
    private int cost;  // 초기값 지정 안하면 0으로 자동 초기화됨

    public Item(String itemName, int cost) {
        this.itemName = itemName;  // 생성자가 최종 값을 설정함
        this.cost = cost;
    }

    public void showDetails() {
        System.out.println(itemName + ": " + cost + "원");
    }
}

객체의 상태 정보를 담는 변수
선언 시 초깃값을 직접 정의할 수 있음
지정하지 않으면 자료형에 따른 기본값이 할당됨

기본 값 규칙

자료형	기본값
정수형 (int 등)	0
실수형 (double)	0.0
boolean	false
참조형 (Object)	null

초기화 우선순위
- 필드 선언문에서 직접 할당한 값보다 생성자 내부에서 할당한 값이 최종적으로 적용됨
- 생성자가 가장 높은 우선순위를 가짐
- 초기화 순서
  - 필드 선언 시 초깃값 설정 → 생성자 실행

생성자(Constructor)의 특징

자동 호출

Item item = new Item("노트북", 1500000);  // 생성자 호출
// new 연산자를 사용하면 생성자가 자동으로 실행됨

new 연산자를 통해 객체가 생성되는 시점에 단 한 번 자동으로 실행됨
객체 초기화를 담당함

명명 규칙

public class Item {
    // 올바른 생성자 - 클래스명과 동일하며 반환 타입 없음
    public Item() {
        // 초기화 코드
    }

    // 잘못된 예 - 반환 타입이 있으면 일반 메서드가 됨
    // public void Item() { }  // 이것은 생성자가 아님
}

반드시 클래스 이름과 동일하게 작성해야 함
반환 자료형이 존재하지 않음 (void도 쓰지 않음)

컴파일러의 역할

public class Item {
    private String itemName;

    // 생성자를 정의하지 않으면
    // 컴파일러가 자동으로 다음을 추가함
    // public Item() { }
}

개발자가 생성자를 정의하지 않으면 매개변수가 없는 기본 생성자가 자동으로 추가됨
하나라도 생성자를 정의하면 기본 생성자는 자동 추가되지 않음

생성자 오버로딩

public class Item {
    private String itemName;
    private int cost;

    // 기본 생성자
    public Item() {
        this.itemName = "기본 상품";
        this.cost = 0;
    }

    // 매개변수 1개 생성자
    public Item(String itemName) {
        this.itemName = itemName;
        this.cost = 0;
    }

    // 매개변수 2개 생성자
    public Item(String itemName, int cost) {
        this.itemName = itemName;
        this.cost = cost;
    }
}

C/C++ 개발자를 위한 Java 참조형 분석

참조형 변수의 특징

포인터와의 유사성

Item item1 = new Item();  // C++의 Item* item1 = new Item(); 과 유사함
Item item2 = item1;       // 참조 복사 (같은 객체를 가리킴)

Java의 클래스 타입 변수는 모두 참조자
C/C++의 포인터와 유사한 개념으로 이해하면 빠른 습득 가능
모든 클래스 객체는 힙 영역에 생성됨

메모리 관리(Garbage Collection)

자동 메모리 관리

public void processItem() {
    Item item = new Item();  // 임시 객체 생성
    item.setName("일시 상품");
    // 메서드 종료 시 item 참조가 사라짐
    // 나중에 GC가 메모리를 자동으로 회수함
}
// C++처럼 delete를 호출할 필요가 없음

Java는 소멸자가 존재하지 않음
JVM의 가비지 컬렉터가 메모리를 자동 관리함
더 이상 참조되지 않는 객체를 자동으로 회수함

관계 연산의 의미

주소 비교

Item item1 = new Item("노트북", 1000000);  // 첫 번째 객체 생성
Item item2 = new Item("노트북", 1000000);  // 두 번째 객체 생성
Item item3 = item1;  // item1과 같은 객체를 가리킴

System.out.println(item1 == item2);  // false - 다른 객체임
System.out.println(item1 == item3);  // true - 같은 객체임

참조형 변수에 == 또는 != 연산자를 사용하면 객체의 내부 값이 아닌 메모리 주소를 비교함
내용 비교는 equals() 메서드를 사용해야 함

equals() 메서드

Item i1 = new Item("노트북", 1000000);
Item i2 = new Item("노트북", 1000000);
Item i3 = i1;

// == 연산자 - 참조(주소) 비교
System.out.println(i1 == i2);        // false - 서로 다른 객체
System.out.println(i1 == i3);        // true - 동일한 객체

// equals() - 내용 비교 (기본 구현은 ==와 동일)
System.out.println(i1.equals(i2));   // false - 기본 구현은 주소 비교
System.out.println(i1.equals(i3));   // true - 동일 객체

equals() 오버라이드

public class Item {
    private String itemName;
    private int cost;

    public Item(String itemName, int cost) {
        this.itemName = itemName;
        this.cost = cost;
    }

    // equals() 메서드 재정의
    @Override
    public boolean equals(Object obj) {
        if (this == obj) return true;  // 동일 객체면 true 반환
        if (obj == null || getClass() != obj.getClass()) return false;

        Item item = (Item) obj;  // 타입 변환
        return cost == item.cost &&
               itemName != null && itemName.equals(item.itemName);
    }

    @Override
    public int hashCode() {
        // equals()를 재정의하면 hashCode()도 함께 재정의해야 함
        return Objects.hash(itemName, cost);
    }
}

// equals() 재정의 후 사용 예제
Item i1 = new Item("노트북", 1000000);
Item i2 = new Item("노트북", 1000000);

System.out.println(i1 == i2);        // false - 여전히 다른 객체
System.out.println(i1.equals(i2));   // true - 내용이 동일함

Object 클래스의 equals() 기본 구현은 ==와 동일하게 참조를 비교함
내용 비교가 필요하면 equals() 메서드를 오버라이드해야 함
equals()를 오버라이드할 때는 hashCode()도 함께 오버라이드하는 것이 권장됨

null의 사용과 주의점

null의 의미

Item item = null;  // 인스턴스가 연결되지 않은 상태

// item.setName("테스트");  // NullPointerException 발생

if (item != null) {  // null 체크는 필수
    item.setName("테스트");
}

참조형 변수에만 대입 가능함
인스턴스가 연결되지 않은 상태를 의미함

NullPointerException

int cost = 0;       // 정수형에는 null 불가능
// int value = null; // 컴파일 오류 발생

Item item = null;  // 참조형만 가능
item.getCost();    // NullPointerException 발생

null 상태인 참조자로 멤버에 접근하려 하면 발생함
Java에서 가장 흔한 런타임 오류 중 하나

접근 제어와 캡슐화 전략

접근 제어의 필요성

복잡성 은닉
- 내부의 복잡한 구현을 감춤
- 사용자에게 간소화된 인터페이스를 제공
데이터 보호
- 잘못된 값 할당 방지
- 데이터 무결성 유지

접근 제어 지시자 종류

지시자	접근 범위
`public`	모든 외부 접근을 무제한 허용함
`protected`	동일 패키지 내부와 상속받은 하위 클래스에서만 접근 가능
`default`	지시자를 생략한 경우로, 동일 패키지 내의 클래스들만 접근 허용
`private`	클래스 내부에서만 접근 가능하도록 철저히 격리

접근 제어

public class BankAccount {
    // private 외부에서 직접 접근 불가
    private String accountNumber;
    private long balance;

    // public 어디서든 접근 가능
    public BankAccount(String accountNumber) {
        this.accountNumber = accountNumber;
        this.balance = 0;
    }

    // protected 같은 패키지 또는 상속받은 클래스에서 접근 가능
    protected void validateAmount(long amount) {
        if (amount <= 0) {
            throw new IllegalArgumentException("금액은 0보다 커야 합니다.");
        }
    }

    // default (package-private) 같은 패키지에서만 접근 가능
    void updateBalance(long amount) {
        this.balance += amount;
    }
}

protected 접근 제어와 상속

protected의 특징
- 같은 패키지 내의 클래스에서 접근 가능
- 다른 패키지라도 상속받은 하위 클래스에서 접근 가능
- default보다는 넓고 public보다는 제한적인 접근 범위

상속을 통한 protected 접근

// com.example 패키지
package com.example;

public class BankAccount {
    private String accountNumber;
    private long balance;

    public BankAccount(String accountNumber) {
        this.accountNumber = accountNumber;
        this.balance = 0;
    }

    protected void validateAmount(long amount) {
        if (amount <= 0) {
            throw new IllegalArgumentException("금액은 0보다 커야 합니다.");
        }
    }

    void updateBalance(long amount) {  // default (package-private)
        this.balance += amount;
    }

    public long getBalance() {
        return balance;
    }
}

// com.example.sub 패키지 (다른 패키지)
package com.example.sub;

import com.example.BankAccount;

public class SavingsAccount extends BankAccount {
    private double interestRate;

    public SavingsAccount(String accountNumber, double interestRate) {
        super(accountNumber);
        this.interestRate = interestRate;
    }

    public void deposit(long amount) {
        validateAmount(amount);  // protected 메서드 접근 가능
        // updateBalance(amount);   // 컴파일 오류, default는 다른 패키지에서 접근 불가

        // public 메서드를 통해 간접 접근해야 함
    }

    public void addInterest() {
        long interest = (long) (getBalance() * interestRate);
        validateAmount(interest);  // protected 메서드 사용
    }
}

validateAmount()
- protected이므로 다른 패키지의 하위 클래스에서 접근 가능
updateBalance()
- default이므로 같은 패키지에서만 접근 가능
상속받은 클래스는 protected 멤버를 자신의 멤버처럼 사용할 수 있음

Getter와 Setter의 활용

데이터 무결성 보호

public class BankAccount {
    private long balance;

    // Getter 읽기만 허용
    public long getBalance() {
        return balance;
    }

    // Setter 검증 로직 추가
    public void deposit(long amount) {
        if (amount <= 0) {
            throw new IllegalArgumentException("입금액은 0보다 커야 합니다.");
        }
        this.balance += amount;
    }
}

필드를 private으로 감춤
메서드를 통해 접근하게 함으로써 유효성 검증이 가능함

읽기/쓰기 권한 분리

public class Employee {
    private String id;  // 사번은 변경 불가
    private String name;

    // id는 읽기만 가능 (Getter만 제공)
    public String getId() {
        return id;
    }

    // name은 읽기/쓰기 모두 가능
    public String getName() {
        return name;
    }

    public void setName(String name) {
        this.name = name;
    }
}

필요에 따라 수정은 불가능하고 조회만 가능한 형태로 접근 통제
Getter만 제공하면 읽기 전용이 됨

주요 키워드 및 메모리 구조

this와 static의 관계

this 키워드

public class Product {
    private String name;

    public void setName(String name) {
        this.name = name;  // this는 현재 인스턴스를 가리킴
    }

    public Product getThis() {
        return this;  // 자기 자신의 참조 반환
    }
}

현재 실행 중인 인스턴스 자신을 가리키는 참조
메서드 호출 시 자동으로 전달됨
매개변수와 필드명이 같을 때 구분하는 용도로 사용

static의 제약

public class Counter {
    private int instanceCount = 0;
    private static int staticCount = 0;

    // 인스턴스 메서드 this 사용 가능
    public void incrementInstance() {
        this.instanceCount++;  // OK
    }

    // static 메서드 this 사용 불가
    public static void incrementStatic() {
        // this.instanceCount++;  // 컴파일 오류!
        staticCount++;  // OK
    }

    // static 메서드에서 인스턴스 멤버 접근하려면
    public static void incrementWithInstance(Counter counter) {
        counter.instanceCount++;  // 참조를 전달받아 접근
    }
}

정적 메서드는 클래스 레벨에서 동작하므로 특정 인스턴스에 속하지 않음
따라서 ‘어떤 인스턴스의 this인지’ 결정할 수 없어 this를 사용할 수 없음
정적 메서드에서 인스턴스 멤버를 제어하려면 외부에서 인스턴스 참조를 직접 전달받아야 함

JVM 메모리 영역

런타임 데이터 영역 구조
- JVM의 런타임 데이터 영역은 크게 Stack, Heap area, Method area 등으로 구분됨
- 각 영역은 특정 목적에 따라 메모리를 관리함
- 스레드 공유 여부에 따라 영역이 나뉨
메모리 구조
- 메서드 영역(Method Area)
  - 클래스 정보, static 변수, 상수 저장
  - 모든 스레드가 공유함
  - 정적 필드는 인스턴스 메모리와 독립적으로 관리됨
  - 모든 인스턴스가 정적 필드를 공유함
- 힙(Heap) 영역
  - 인스턴스(객체)가 생성되는 공간
  - new 연산자로 생성된 모든 객체가 저장됨
  - 가비지 컬렉션의 대상
  - 모든 스레드가 공유함
- 스택(Stack) 영역
  - 메서드 호출 시 지역 변수, 매개변수 저장
  - 메서드 종료 시 자동으로 제거됨
    - 실제로는 각 스레드마다 독립적인 스택을 가짐

메모리 영역별 특징

public class MemoryExample {
    private static int staticVar = 10;  // 메서드 영역
    private int instanceVar;            // 힙 영역 (인스턴스 생성 시)

    public void method(int param) {     // param은 스택 영역
        int localVar = 20;              // 스택 영역
        MemoryExample obj = new MemoryExample();  // obj는 스택, 실제 객체는 힙
    }
}

클래스 작성 및 파일 저장 규칙

명명 규칙

클래스 이름

// 올바른 예
public class ProductManager { }
public class UserService { }
public class OrderRepository { }

// 잘못된 예
public class productmanager { }  // 소문자로 시작
public class product_manager { }  // 언더스코어 사용 (Java 관례 아님)

대문자로 시작하는 PascalCase 형식을 따름
명사 형태로 작성
의미 있는 이름 사용

파일 저장 규칙

public 클래스와 파일명 일치

// ProductManager.java 파일에 저장해야 함
public class ProductManager {
    // ...
}

// 같은 파일에 여러 클래스 선언 가능 (public은 하나만)
class ProductValidator {  // default 접근 지시자
    // ...
}

class ProductFormatter {
    // ...
}

public으로 선언된 클래스의 이름은 저장되는 소스 파일명(.java)과 반드시 일치해야 함
하나의 파일에 여러 클래스를 선언할 수 있지만, public 클래스는 하나만 가능
파일명은 public 클래스의 이름과 동일해야 함

연습 문제

자바에서 ‘클래스’와 ‘인스턴스’의 관계를 가장 잘 설명한 것은 무엇일까요?

a. 클래스는 객체의 설계도 역할을 하고, 인스턴스는 그 설계도에 따라 메모리에 생성된 실제 객체입니다.
- 클래스는 객체의 구조와 목적을 정의하는 설계도와 같음
- 인스턴스는 그 설계도를 바탕으로 JVM에 의해 메모리 공간에 만들어진 실제 객체를 의미함
- new 연산자로 생성함
자바 클래스가 일반적으로 포함하는 핵심 구성 요소로 옳은 것은 무엇일까요?

a. 필드(Field)와 메소드(Method)를 포함하며, 생성자(Constructor)도 가질 수 있습니다.
- 클래스는 객체의 속성을 나타내는 변수(필드)와 객체의 행동을 나타내는 함수(메소드)의 묶음임
- 또한, 객체 생성 시 초기화를 돕는 생성자도 포함할 수 있음
자바에서 생성자(Constructor)의 주된 역할은 무엇일까요?

a. 클래스의 인스턴스가 생성될 때 자동으로 호출되어 객체의 초기화를 담당합니다.
- 생성자는 new 연산자로 인스턴스를 만들 때 자동으로 호출되는 특별한 메소드임
- 객체가 처음 생성될 때 필드에 초기 값을 설정하는 등 객체를 사용 가능한 상태로 만드는 역할을 함
클래스의 필드(Field)를 private으로 선언하는 주된 이유는 무엇일까요?

a. 클래스 내부에서만 직접 접근하도록 하고, 외부에서의 직접 수정을 막아 데이터 무결성을 보호하기 위해서입니다.
- 필드를 private으로 선언하면 클래스 외부에서 직접 접근하거나 수정할 수 없게 됨
- 이는 객체의 상태를 개발자가 의도한 메소드(getter/setter)를 통해서만 변경하도록 강제하여 데이터의 안정성을 높임
자바에서 this 키워드는 무엇을 가리킬까요?

a. 해당 메소드를 호출한 객체, 즉 현재 작업 중인 인스턴스 자신을 가리키는 참조입니다.
- this는 메소드나 생성자 내에서 현재 작업 중인 객체, 즉 그 메소드나 생성자가 속한 인스턴스 자신을 가리키는 참조임
- 인스턴스 변수와 매개변수 이름이 같을 때 구분하는 등의 용도로 사용됨

정리

클래스와 객체

계층 구조
- 항 → 식 → 구문 → 메서드 → 클래스 → 패키지
- 체계적인 포함 관계를 통한 코드 조직화
개념
- 클래스는 객체를 생성하기 위한 설계도
- 인스턴스는 메모리에 생성된 실체
- 하나의 클래스로 여러 인스턴스 생성 가능

멤버 구성 요소

필드
- 객체의 상태를 담는 변수
- 초기값 미지정 시 기본값 자동 할당
- 생성자가 최종 초기화 담당
생성자
- new 연산자 사용 시 자동 호출
- 클래스명과 동일, 반환 타입 없음
- 미정의 시 기본 생성자 자동 추가
메서드
- 특정 기능을 수행하는 코드 블록
- 코드 재사용성과 모듈화 제공

참조형 특징

메모리 관리
- 모든 객체는 힙 영역에 생성
- 가비지 컬렉터가 자동 메모리 회수
- 소멸자 없음
주의사항
- == 연산자는 주소 비교
- null은 참조형만 가능
- NullPointerException 주의

접근 제어

지시자
- public 모든 접근 허용
- protected 같은 패키지 + 상속 클래스
- default 같은 패키지만
- private 클래스 내부만
캡슐화
- 필드는 private으로 은닉
- Getter/Setter로 접근 제어
- 데이터 무결성 보장

this와 static

this
- 현재 인스턴스 참조
- 인스턴스 메서드에서만 사용 가능
- 매개변수와 필드명 구분
static
- 클래스 레벨 멤버
- 인스턴스 없이 사용 가능
- this 사용 불가

Reference

독하게 시작하는 Java - Part 2 강의

독하게 시작하는 Java Part 2 - 클래스1

클래스

Java 프로그램의 논리적 계층 구조

가장 작은 단위부터 최상위까지

계층 구조의 의미

클래스와 객체 그리고 인스턴스의 정의

객체(Object)란 무엇인가?

클래스(Class)

인스턴스(Instance)

멤버 구성 요소 및 초기화 규칙

필드와 초기화 우선순위

생성자(Constructor)의 특징

C/C++ 개발자를 위한 Java 참조형 분석

참조형 변수의 특징

메모리 관리(Garbage Collection)

관계 연산의 의미

null의 사용과 주의점

접근 제어와 캡슐화 전략

접근 제어의 필요성

접근 제어 지시자 종류

접근 제어

protected 접근 제어와 상속

Getter와 Setter의 활용

주요 키워드 및 메모리 구조

this와 static의 관계

JVM 메모리 영역

클래스 작성 및 파일 저장 규칙

명명 규칙

파일 저장 규칙

연습 문제

정리

클래스와 객체

멤버 구성 요소

참조형 특징

접근 제어

this와 static

Reference

Further Reading

김영한의 실전 자바 - 접근 제어자

김영한의 실전 자바 - 객체 지향 프로그래밍

김영한의 실전 자바 - 클래스와 데이터