[JAVA] 객체와 객체 지향 - static변수 와 변수의 유효 범위와 메모리 static응용(싱글톤패턴)

– static변수

자바에서 `static` 변수는 클래스 변수라고도 불리며, 클래스에 속하는 변수로, 해당 클래스의 모든 인스턴스가 공유합니다. `static` 변수는 클래스가 메모리에 로드될 때 초기화되며, 프로그램 종료 시까지 존재합니다.
다음은 `static` 변수의 주요 특징입니다:

클래스 레벨에서 선언: static 변수는 클래스 내부에 선언되지만, 특정 인스턴스에 속하지 않고 클래스 자체에 속합니다. 따라서 클래스의 모든 인스턴스가 동일한 static 변수를 공유합니다.
공유된 값: 클래스의 모든 인스턴스는 동일한 static 변수 값을 공유합니다. 이는 어떤 인스턴스에서 static 변수의 값을 변경하면, 다른 모든 인스턴스에서 그 변경된 값을 사용할 수 있음을 의미합니다.
클래스 이름으로 접근: static 변수는 클래스 이름을 통해 직접 접근할 수 있습니다. 인스턴스를 생성하지 않고도 static 변수에 접근할 수 있다는 점이 큰 장점입니다. 예를 들어, ClassName.variableName과 같이 사용합니다.
메모리 관리: static 변수는 클래스 로딩 시 한 번만 초기화되며, 프로그램이 종료될 때까지 메모리에 유지됩니다. 이는 메모리 사용을 효율적으로 관리하는 데 도움이 됩니다.

여러 인스턴스가 공유하는 기준 값이 필요한 경우
학생마다 새로운 학번 생성
카드회사에서 카드를 새로 발급할때마다 새로운 카드 번호를 부여
회사에서 사원이 입사할때 마다 새로운 사번이 필요함

public class Employee {
    private static int serialNum = 1000;
    private int employeeId;
    private String employeeName;
    private String department;

    public Employee(){
        employeeId = ++serialNum;
    }

    public int getEmployeeId() {
        return employeeId;
    }
    public void setEmployeeId(int employeeId) {
        this.employeeId = employeeId;
    }
    public String getEmployeeName() {
        return employeeName;
    }
    public void setEmployeeName(String employeeName) {
        this.employeeName = employeeName;
    }
    public String getDepartment() {
        return department;
    }
    public void setDepartment(String department) {
        this.department = department;
    }
    public static int getSerialNum() {
        return serialNum;
    }
    public static void setSerialNum(int serialNum) {
        Employee.serialNum = serialNum;
    }
}

public class EmployeeTest {
    public static void main(String[] args) {
        Employee employeeLee = new Employee();
        employeeLee.setEmployeeName("이순신");

        Employee employeeKim = new Employee();
        employeeLee.setEmployeeName("김유신");

        System.out.println(employeeLee.getEmployeeId());
        System.out.println(employeeKim.getEmployeeId());
        System.out.println(Employee.getSerialNum());

    }
}

– 변수의 유효 범위와 메모리

자바에서 변수의 유효 범위(Scope)와 메모리 관리는 변수의 선언 위치에 따라 결정됩니다. 이를 이해하는 것은 코드 작성 시 변수의 생명주기와 접근 가능성을 효과적으로 관리하는 데 중요합니다.

변수의 유효 범위(Scope)

자바에서 변수의 유효 범위는 변수가 어디서 선언되었는지에 따라 결정됩니다. 변수의 유효 범위는 주로 네 가지로 구분됩니다.

지역 변수(Local Variables)
- 선언 위치: 메서드나 블록 내부에서 선언됩니다.
- 유효 범위: 선언된 블록 내에서만 유효합니다.
- 생명주기: 메서드나 블록이 실행되는 동안에만 존재하며, 실행이 끝나면 메모리에서 해제됩니다.
- 예시
- public void myMethod() { int localVar = 10; // 지역 변수 System.out.println(localVar); }
인스턴스 변수(Instance Variables)
- 선언 위치: 클래스 내부, 메서드 외부에서 선언됩니다.
- 유효 범위: 클래스의 인스턴스(객체) 내에서 유효합니다.
- 생명주기: 객체가 생성될 때 할당되고, 객체가 가비지 컬렉션에 의해 수거될 때 해제됩니다.
- 예시
- public class MyClass { int instanceVar; // 인스턴스 변수 public MyClass(int instanceVar) { this.instanceVar = instanceVar; } }
클래스 변수(Static Variables)
- 선언 위치: 클래스 내부에서 static 키워드로 선언됩니다.
- 유효 범위: 클래스 전체에서 유효하며, 클래스의 모든 인스턴스에서 공유됩니다.
- 생명주기: 프로그램 시작 시 할당되고, 프로그램 종료 시 해제됩니다.
- 예시
- public class MyClass { static int staticVar = 0; // 클래스 변수 public MyClass() { staticVar++; } }
매개 변수(Parameter Variables)
- 선언 위치: 메서드 선언부에서 선언됩니다.
- 유효 범위: 메서드 내에서만 유효합니다.
- 생명주기: 메서드가 호출될 때 생성되고, 메서드 실행이 끝나면 해제됩니다.
- 예시
- public void myMethod(int param) { // 매개 변수 System.out.println(param); }

메모리 관리

자바에서 메모리는 크게 세 가지 영역으로 나눌 수 있습니다

스택(Stack)
- 지역 변수와 매개 변수가 저장됩니다.
- 메서드 호출 시 할당되고, 메서드 종료 시 해제됩니다.
- 빠른 접근 속도를 제공하지만, 크기가 제한적입니다.
힙(Heap)
- 동적으로 생성된 객체와 인스턴스 변수가 저장됩니다.
- 가비지 컬렉터에 의해 관리되며, 더 이상 참조되지 않는 객체는 자동으로 해제됩니다.
- 크기가 크고, 동적 할당이 가능하지만, 스택에 비해 접근 속도가 느립니다.
메서드 영역(Method Area)
- 클래스 변수와 클래스 정보(메타데이터)가 저장됩니다.
- 프로그램이 시작될 때 할당되고, 종료될 때 해제됩니다.
- 클래스 로딩 시 초기화되며, 모든 인스턴스가 공유합니다.

변수의 유효 범위(scope)와 생성과 소멸(life cycle)은 각 변수의 종류마다 다름
지역변수, 멤버 변수, 클래스 변수는 유효범위와 life cycle, 사용하는 메모리도 다름

변수 유형	선언 위치	사용 범위	메모리	생성과 소멸
지역 변수 (로컬 변수)	함수 내부에 선언	함수 내부에서만 사용	스택	함수가 호출될 때 생성되고 함수가 끝나면 소멸함
멤버 변수 (인스턴스 변수)	클래스 멤버 변수 로 선언	클래스 내부에서 사용하고 private이 아니면 참조 변수로 다른 클래스에서 사용 가능	힙	인스턴스가 생성될 때 힙에 생성되고, 가비지 컬렉터가 메모리를 수거할 때 소멸됨
static 변수 (클래스 변수)	static 예약어를 사용하여 클래스 내부에 선언	클래스 내부에서 사용하고 private이 아니면 클래스 이름으로 다른 클래스에서 사용 가능	데이터 영역	프로그램이 처음 시작할 때 상수와 함께 데이터 영역에 생성되고 프로그램이 끝나고 메모리를 해제할 때 소멸됨

static 변수는 프로그램이 메모리에 있는 동안 계속 그 영역을 차지하므로 너무 큰 메모리를 할당하는 것은 좋지 않음
클래스 내부의 여러 메서드에서 사용하는 변수는 멤버 변수로 선언하는 것이 좋음
멤버 변수가 너무 많으면 인스턴스 생성 시 쓸데없는 메모리가 할당됨
상황에 적절하게 변수를 사용 해야 함

– static응용(싱글톤패턴)

자바에서 `static` 키워드는 여러 용도로 활용될 수 있으며, 그 중 하나는 싱글톤 패턴(Singleton Pattern)의 구현입니다. 싱글톤 패턴은 클래스의 인스턴스를 하나만 생성하고, 이를 전역적으로 접근할 수 있도록 하는 디자인 패턴입니다. 이는 특정 클래스의 객체가 오직 하나만 존재해야 하는 상황에서 유용하게 사용됩니다.

싱글톤 패턴의 특징

단일 인스턴스: 싱글톤 패턴은 클래스의 인스턴스를 하나만 생성하고, 이를 공유합니다.
전역 접근: 생성된 인스턴스는 전역적으로 접근할 수 있습니다.
인스턴스 제어: 인스턴스 생성과 접근을 제어하여 자원의 낭비를 방지하고, 일관된 상태를 유지할 수 있습니다.

프로그램에서 인스턴스가 단 한 개만 생성되어야 하는 경우 사용하는 디자인 패턴
static변수, 메서드를 활용하여 구현 할 수 있음

public class School {
    private static School instance = new School();
//    private School(){}
    public static School getInstance(){
        if (instance == null){
            instance = new School();
        }
        return instance;
    }
}

import java.util.Calendar;

public class SchoolTest {
    public static void main(String[] args) {
        School school1 = School.getInstance();
        School school2 = School.getInstance();

        System.out.println(school1 == school2);
    }
    Calendar calendar = Calendar.getInstance();
}

[JAVA] 객체와 객체 지향 – static변수 와 변수의 유효 범위와 메모리 static응용(싱글톤패턴)