[Java] 자바 테크 인터뷰 part 1

👉🏻객체 지향 프로그래밍 OOP(Object Oriented Programming)

◼ 객체지향프로그래밍이란?

• 객체지향프로그래밍이란 데이터를 객체로 취급하여 프로그램에 반영한 것으로, 객체와 객체의 상호작용을 통해 프로그램이 동작하는 것을 말합니다. 
• 객체 지향 프로그래밍의 4가지 특징으로 상속, 캡슐화, 다형성, 추상화가 있고,
  모듈 재사용으로 확장 및 유지보수가 용이합니다.

◼ SOLID원칙에 대해서 설명하세요.

• SRP
  단일책임원칙/ 한 클래스는 하나의 책임만 가져야 한다
• OCP
  개방폐쇄원칙/ 확장에는 열려 있고, 수정에는 닫혀 있어야 한다
• LSP
  리스코프치환원칙/ 상위타입은 하위타입으로 치환가능해야 한다
• ISP
  인터페이스 분리원칙/ 인터페이스 내에 메서드는 적을수록 좋다    → SRP와 같은 문제에 대한 다른 해결책이다.
• DIP
  의존관계역전원칙/ 구체적인 클래스보다 인터페이스, 상위클래스, 추상클래스와 같이 변하지 않을 가능성이 큰 클래스와 관계를 맺어라

◼ 객체지향언어가 절차지향언어와 다르게 가지는 장점은 무엇인가요?

• 재사용성
  클래스와 객체를 사용하면 코드를 재사용하기 쉽습니다. 이미 작성된 클래스를 상속받아 새로운 기능을 추가하거나 수정할 수 있습니다.
• 확장성
  새로운 기능을 추가하거나 기존 기능을 수정하는 것이 상대적으로 쉽습니다. 이는 기능이 객체 단위로 구분되어 있기 때문입니다.
• 유지 관리 용이
  코드가 객체 단위로 구분되어 있어, 코드를 이해하고 디버깅하기 더 쉽습니다. 또한, 코드의 수정이 다른 부분에 미치는 영향이 적습니다.

하지만, 성능면에서 객체 지향 프로그래밍은 메모리 사용과 CPU 시간이 절차 지향 프로그래밍보다 많을 수 있습니다.

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👉🏻 OOP의 특징

◼ 추상화, 캡슐화, 상속, 다형성이란?

추상화(Abstration)

• 객체의 공통적인 속성과 기능을 추출하여 정의하는것을 의미합니다.
• 자바에서 추상화를 구현할 수 있는 문법 요소로는 추상 클래스(abstract class)와 인터페이스(interface)가 있고, 인터페이스가 가장 빈번하게 사용됩니다.

캡슐화(Encapsulation)

• 캡슐화란 클래스 안에 서로 연관있는 속성과 기능들을 하나의 캡슐(capsule)로 만들어 데이터를 외부로부터 보호하는 것을 말합니다.
• 외부로부터 클래스에 정의된 속성과 기능들을 보호하고(데이터 보호(data protection)), 필요한부분만 외부로 노출될 수 있도록 하여(데이터 은닉(data hiding)) 각 객체 고유의 독립성과 책임 영역을 안전하게 지키고자 하는 목적이 있습니다.

상속(Inheritance)

• 기존의 클래스를 재활용하여 새로운 클래스를 작성하는 것을 의미합니다.
• 상속은 클래스 간 공유될 수 있는 속성과 기능들을 상위 클래스로 추상화 시켜 해당 상위 클래스로부터 확장된 여러 개의 하위 클래스들이 모두 상위 클래스의 속성과 기능들을 간편하게 사용할 수 있도록 합니다.
• 즉, 클래스들 간 공유하는 속성과 기능들을 반복적으로 정의할 필요 없이 딱 한 번만 정의해두고 간편하게 재사용할 수 있어 반복적인 코드를 최소화하고 공유하는 속성과 기능에 간편하게 접근하여 사용할 수 있도록 합니다.

다형성(polymorphism)

• 다형성은 하나의 변수명, 함수명 등이 상황에 따라 다른 의미로 해석될 수 있는 것입니다.
• 즉, 오버라이딩(Overriding), 오버로딩(Overloading)이 가능하다는 얘기이다.

◼ Overriding vs Overloading

• 오버라이딩
  상위 클래스에 있는 매서드를 하위 클래스에 재정의하는 것을 말하고,
• 오버로딩
  매개변수의 개수나 타입을 다르게 하여 같은 이름의 매서드를 여러개 정의하는 것을 말합니다.

◼ interface와 abstract에 대해서 설명하세요.

인터페이스(interface)

• 모든 메서드가 추상 메서드로 이루어진 클래스 입니다.
• abstract를 쓰지 않아도 모두 추상 메서드로 정의되며, 선언한 변수는 final static 키워드가 붙습니다.

추상클래스(abstract)

• 클래스내에 추상 매서드가 하나 이상 포함되거나 abstract로 정의된 경우를 말합니다.
• 추상클래스는 자신의 생성자로 객체 생성이 불가능합니다. 하위 클래스를 참조해 상위 클래스의 객체를 생성하여 하위 클래스를 제어하기 위해 사용합니다.

공통적으로 new 연산자로 인스턴스 생성이 불가능하며, 사용하기 위해서는 하위 클래스에서 확장/구현해야 합니다.

◼ 인터페이스와 추상클래스의 차이 (Interface VS Abstract Class)

• 인터페이스는 그 인터페이스를 구현하는 모든 클래스에 대해 특정한 메소드가 반드시 존재하도록 강제함에 있고,
  추상클래스는 상속받는 클래스들의 공통적인 로직을 추상화 시키고, 기능 확장을 위해 사용한다.
• 추상클래스는 다중상속이 불가능하지만,
  인터페이스는 다중상속이 가능하다.

◼ 왜 클래스는 단일 상속만 가능한데, 인터페이스는 2개 이상 구현이 가능할까요?

• 인터페이스는 실질적인 구현이 이루어지지 않고 메소드에 대한 정의만 하고 있기 때문입니다.
• 결국엔 메소드가 겹치더라도 최종 구현 부분은 구현 객체(Concrete class)에서 이루어질 것이기 때문에 인터페이스는 2개 이상 구현이 가능하다.

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👉🏻 JVM, GC

◼ JVM이 정확히 무엇이고, 어떤 기능을 하는지 설명해 주세요.

• JVM은 Java를 실행하기위한 가상 환경 입니다.
• 플랫폼 독립성
  JVM은 Java 코드가 한 번 작성되면 어떤 하드웨어와 운영 체제에서도 동작하게 하는 플랫폼 독립성을 제공합니다. Java 컴파일러는 Java 코드를 바이트코드로 변환하고, 이 바이트코드는 모든 JVM에서 동일하게 실행됩니다. 이는 개발자가 특정 하드웨어나 운영 체제에 맞춰 코드를 작성할 필요가 없음을 의미합니다.
• 메모리 관리
  JVM은 자동 메모리 관리를 수행합니다. JVM의 가비지 컬렉터는 동적으로 할당된 메모리를 자동으로 회수하여 메모리 누수를 방지합니다.
• 보안
  JVM은 클래스 로더와 바이트코드 검증기를 통해 보안을 제공합니다. 클래스 로더는 코드를 JVM에 로드하는 역할을 하며, 바이트코드 검증기는 코드가 안전하게 실행될 수 있는지 확인합니다. 이런 방식으로 JVM은 악성 코드의 실행을 방지하고 시스템의 보안을 유지합니다.

즉, JVM은 스택 기반으로 동작하며, Java Byte Code를 운영체제에 맞게 해석해주는 역할을 하고 가비지컬렉션을 통해 자동 메모리 관리를 해줍니다.

하지만, JVM은 '컴파일 -> 바이트 코드 -> 기계어' 이런식으로 중간에 바이트 코드 과정이 있기 때문에 속도와 메모리에서 단점이 될 수 있습니다.

◼ 그럼, 자바 말고 다른 언어는 JVM 위에 올릴 수 없나요?

• 올릴 수 있습니다. JVM 위에서 실행될 수 있는 언어를 JVM 언어라고 부릅니다.
• Scala, Kotlin, Groovy 등이 JVM 언어에 속합니다.
• 이러한 언어들은 각자의 특성을 가지고 있지만, JVM 위에서 실행되므로 Java의 라이브러리와 프레임워크를 활용할 수 있고, JVM의 메모리 관리와 성능 최적화 같은 기능을 이용할 수 있습니다.

◼ 반대로 JVM 계열 언어를 일반적으로 컴파일해서 사용할 순 없나요?

• 특정 상황에서 네이티브 코드로 컴파일될 수도 있습니다. 이는 GraalVM이나 Kotlin/Native와 같은 도구를 사용하면 가능합니다.

하지만, 일반적으로 JVM 언어를 사용하는 주요 이유는 JVM의 장점을 활용하기 위한 것입니다. 따라서 JVM 계열 언어를 네이티브 코드로 컴파일하는 것은 일반적인 경우는 아닙니다.

◼ VM을 사용함으로써 얻을 수 있는 장점과 단점에 대해 설명해 주세요.

장점

• 플랫폼 독립성
  VM은 하드웨어와 운영 체제의 세부 사항을 추상화하여, 같은 프로그램을 다양한 시스템에서 동일하게 실행할 수 있게 합니다. 예를 들어, Java Virtual Machine(JVM)은 Java 프로그램을 모든 JVM이 설치된 플랫폼에서 실행할 수 있게 해줍니다.
• 보안
  VM은 일반적으로 실행 중인 프로그램을 호스트 시스템으로부터 격리합니다. 이로 인해, 잠재적으로 위험한 코드가 시스템 전체에 영향을 미치는 것을 방지할 수 있습니다.
• 메모리 관리와 최적화
  VM은 자동 메모리 관리와 가비지 컬렉션 기능을 제공합니다. 또한, VM은 Just-In-Time 컴파일과 같은 기술을 통해 프로그램의 실행 속도를 최적화할 수 있습니다.

단점

• 속도
  VM을 거쳐 코드를 실행하는 것은 일반적으로 직접 하드웨어에서 코드를 실행하는 것보다 느립니다. 그러나 최적화 기술이 발전함에 따라 이 차이는 점점 줄어들고 있습니다.
• 자원 사용
  VM은 자체적인 운영 체제와 런타임 시스템을 유지하기 때문에 추가적인 메모리와 CPU 리소스 자원을 사용하게 됩니다.

◼ JVM과 내부에서 실행되고 있는 프로그램은 부모 프로세스 - 자식 프로세스 관계를 갖고 있다고 봐도 무방한가요?

• 일반적인 운영 체제의 프로세스 계층 관계를 고려할 때, JVM과 그 내부에서 실행되고 있는 프로그램은 부모-자식 관계라고 보기보다는, JVM이 프로세스를 호스팅하는 쉘(shell) 역할을 하는 것에 가깝습니다.

◼ 자바가 컴파일 되는 과정을 설명해주세요.

1. 사용자가 .java 파일을 생성한다
2. build한다
3. java 컴파일러의 javac의 명령어를 통해 바이트코드(.class)를 생성한다
4. class loader를 통해 JVM 메모리 내에 로드한다.
5. 실행엔진을 통해 컴퓨터가 읽을 수 있는 OS에 맞는 기계어로 해석된다.

◼ Java의 GC에 대해 설명해 주세요.

• 가비지 컬렉션은 JVM의 메모리 관리 기법이며, 시스템에서 동적으로 할당됐던 메모리 영역 중에서 필요없어진 메모리 영역을 회수하여 메모리를 관리하는 기법입니다.
• 가비지 컬렉션 과정
  가비지 컬렉션 작업을 수행하기 위해 JVM이 어플리케이션의 실행을 잠시 멈추고,
  가비지 컬렉션을 실행하는 스레드를 제외한 모든 스레드들의 작업을 중단 후(stop the world)
  사용하지 않는 메모리를 제거한 뒤(mark and sweep)
  기존의 작업을 재개합니다.

◼ finalize() 를 수동으로 호출하는 것은 왜 문제가 될 수 있을까요?

finalize() Object 클래스에 정의되어 있는 메소드이며, GC에 의해 수거될 때 JVM에 의해 자동으로 호출되는 메소드로 수동으로 호출해서는 안되는 메소드입니다.

• 비결정성
  finalize() 메소드는 가비지 컬렉터에 의해 호출됩니다. 가비지 컬렉션은 JVM에 의해 관리되며, 언제 가비지 컬렉션이 발생하고, 어떤 객체가 수거될지는 일반적으로 예측할 수 없습니다. 따라서 finalize()가 호출되는 시점 역시 예측할 수 없습니다.
• 성능 이슈
  finalize() 메소드를 가진 객체는 두 번의 가비지 컬렉션 사이클을 거쳐야 합니다. 한 번은 finalize()를 호출하기 위한 것이고, 다른 한 번은 실제로 객체를 회수하기 위한 것입니다. 이로 인해 가비지 컬렉션의 성능이 저하될 수 있습니다.
• 자원 누수 위험
  finalize()에서 예외가 발생하면, 이 예외는 무시되며, 남은 정리 코드는 실행되지 않습니다. 이로 인해 자원이 제대로 회수되지 않는 누수가 발생할 수 있습니다.
• finalize() 메소드의 폐지
  Java 9 이후로 Object 클래스의 finalize() 메소드는 deprecated(비권장) 상태입니다. 이는 finalize()의 위와 같은 문제점 때문이며, 대신 java.lang.ref.Cleaner나 java.lang.ref.PhantomReference와 같은 메커니즘을 사용하도록 권장하고 있습니다.

따라서 finalize() 메소드를 수동으로 호출하는 것은 이러한 문제점을 야기할 수 있으므로, 일반적으로는 권장되지 않습니다. 자원 정리는 대신 try-with-resources 구문이나 finally 블록 등을 사용하여 명시적으로 수행해야 합니다.

◼ 어떤 변수의 값이 null이 되었다면, 이 값은 GC가 될 가능성이 있을까요?

• 변수의 값이 null이라는 것은 그 변수가 더 이상 해당 객체를 참조하지 않는다는 의미입니다. 그러나 이것만으로는 그 객체가 가비지 컬렉션(GC)의 대상이 될지 여부를 확정할 수 없습니다. 객체가 GC의 대상이 되려면, 해당 객체에 대한 모든 참조가 없어야 합니다.
• 다시 말해, 어떤 객체에 대해 여러 변수가 참조를 가지고 있었는데, 그 중 하나의 변수가 null이 되어도, 다른 변수들이 여전히 그 객체를 참조하고 있다면, 그 객체는 GC의 대상이 되지 않습니다.
• 하지만 해당 객체를 참조하는 모든 변수가 null이 되거나 범위(scope)를 벗어나서 참조할 수 없게 되면, 그 객체는 더 이상 접근할 수 없는 상태가 되어 GC의 대상이 될 수 있습니다.

이러한 메커니즘은 자바의 가비지 컬렉터가 "reachability"라는 개념을 기반으로 작동하기 때문입니다. 즉, 어떤 객체가 GC의 대상이 될지는 그 객체에 접근할 수 있는 경로가 있는지 여부에 따라 결정됩니다.

 

*GC의 reachability
:어떤 객체에 아직 유효한 참조가 있으면 'reachable'로, 없으면 'unreachable'로 구별하고, unreachable 객체를 garbage로 간주해 GC를 수행