자바 - 중첩, 내부 클래스
지역 클래스
지역 클래스(
Local class)는 내부 클래스의 특별한 종류의 하나로, 내부 클래스의 특징을 그대로 가진다.예를 들어 지역 클래스도 내부 클래스이므로 바깥 클래스의 인스턴스 멤버에 접근할 수 있다.
지역 클래스는 지역 변수와 같이 코드 블럭 안에서 정의된다.
class Outer {
public void process() {
//지역 변수
int localVar = 0;
//지역 클래스
class Local {...}
Local local = new Local();
}
}
자신의 인스턴스 변수(
value), 지역 변수(localVar), 매개변수(paramVar)에 접근할 수 있다.지역 클래스도 내부 클래스의 한 종류이기 때문에 바깥 클래스의 인스턴스 멤버에 접근할 수 있다.
내부 클래스를 포함한 중첩 클래스도 일반 클래스처럼 인터페이스를 구현하거나 부모 클래스를 상속할 수 있다.
지역 클래스 - 지역 변수 캡처
뭔가 이상하지 않은가? 메모리를 그림으로 보자
LocalPrinter 인스턴스 생성 직후 메모리
지역 클래스 인스턴스의 생존 범위
지역 클래스로 만든 객체도 인스턴스이기 때문에 힙 영역에 존재한다.(GC 전까지 생존)
LocalPrinter인스턴스는process()메서드 안에서 생성되고,main()으로 생성한 인스턴스를 반환한다. 그리고printer변수에 참조를 보관한다. 따라서LocalPrinter인스턴스는main()이 종료될 때까지 생존한다.paramVar,localVar와 같은 지역 변수는process()메서드를 실행하는 동안에만 스택 영역에서 생존하기 때문에process()메서드가 종료되면 스택 영역에서 제거된다.
LocalPrinter.print() 접근 메모리
LocalPrinter인스턴스는print()메서드를 통해 힙 영역에 존재하는 바깥 인스턴스에 변수(outInstanceVar)에 접근한다. 이 부분은 인스턴스의 필드를 참조하는 것이기 때문에 특별한 문제가 없다.LocalPrinter인스턴스는print()메서드를 통해 스택 영역에 존재하는 지역 변수도 접근하는 것처럼 보인다. 하지만 스택 영역에 존재하는 지역 변수를 힙 영역에 있는 인스턴스가 접근하는 것은 생각처럼 단순하지 않다.
process() 메서드 종료
지역 변수의 생명주기는 매우 짧은 반면, 인스턴스의 생명주기는 GC 전까지 생존할 수 있다.
지역 변수는
process()메서드가 종료되면서 함께 제거된다.여기서 문제는
process()메서드가 종료되어도LocalPrinter인스턴스는 계속 생존할 수 있다는 점이다.
process() 메서드가 종료된 이후 지역 변수 접근
main()메서드 안에서는process()메서드가 종료된 이후에print()를 호출한다.LocalPrinter인스턴스에 있는print()메서드는 지역 변수에 접근해야 하는데,process()메서드가 이미 종료되어 해당 지역 변수들도 제거된 상태이다.
하지만 실행 결과를 보면 모두 정상적으로 출력된 것을 확인할 수 있다. 왜 그런 것일까?
자바는 지역 변수와 지역 클래스를 통한 인스턴스의 다른 생명 주기로 인한 문제를 해결하기 위해 지역 클래스의 인스턴스를 생성하는 시점에 필요한 지역 변수를 복사해서 생성한 인스턴스에 함께 넣어두고, 이런 과정을 변수 캡처 라 한다.
모든 지역 변수를 캡쳐하지는 않고, 접근이 필요한 지역 변수만 캡처한다.
지역 클래스 인스턴스 생성과 지역 변수 캡처 과정 - 1
LocalPrinter 인스턴스 생성 : 지역 클래스의 인스턴스를 생성할 때 지역 클래스가 접근하는 지역 변수를 확인한다.
사용하는 지역 변수 복사 : 지역 클래스가 사용하는 지역 변수를 복사한다.(
paramVar,localVar복사)
지역 클래스 인스턴스 생성과 지역 변수 캡처 과정 - 2
지역 변수 복사 완료 : 복사한 지역 변수를 인스턴스에 복사한다.
인스턴스 생성 완료 : 복사한 지역 변수를 포함해서 인스턴스 생성이 완료된다. 이제 복사한 지역 변수를 인스턴스를 통해 접근할 수 있다.
LocalPrinter인스턴스에서print()메서드를 통해 지역 변수(paramVar,localVar)에 접근하면 사실은 스택 영역에 있는 지역 변수에 접근하는 것이 아니라 인스턴스에 있는 캡처한 변수에 접근한다.캡처한 지역 변수의 생명주기는 인스턴스의 생명주기와 같다.
이렇게 해서 지역 변수의 지역 클래스를 통해 생성한 인스턴스의 생명주기가 다른 문제를 해결한다.
실제로 다음 코드를 추가해보고 필드를 확인해 보자.
사실상 final
지역 클래스가 접근하는 지역 변수는 절대로 중간에 값이 변하면 안된다.
따라서
final로 선언하거나 또는 사실상final이어야 한다. 이것은 자바 문법이고 규칙이다.
지역 클래스가 접근하는 지역 변수는 왜 final 이어야 할까? 왜 중간에 값이 변하면 안될까?
LocalPrinter printer = new LocalPrinter();LocalPrinter를 생성하는 시점에 지역 변수localVar,paramVar를 캡처한다.
그런데 이후 캡처한 지역 변수의 값을 변경하게 되면 스택 영역에 존재하는 지역 변수의 값과 인스턴스에 캡처한 캡처 변수의 값이 서로 달라지는 동기화 문제가 발생한다.
캡처 변수의 값을 변경하지 못하는 이유
지역 변수의 값을 변경하면 인스턴스에 캡처한 변수의 값도 변경해야 한다.(반대도 마찬가지)
개발자 입장에서 예상하지 못한 곳에서 값이 변경될 수 있다.
지역 변수의 값과 인스턴스에 있는 캡처 변수의 값을 서로 동기화 해야 하는데, 멀티 스레드 상황에서 이런 동기화는 매우 어렵고, 성능에 나쁜 영향을 줄 수 있다.
자바는 캡처한 지역 변수의 값을 변하지 못하게 막아서 이런 복잡한 문제들을 근본적으로 차단한다.
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