[Java] CS 스터디 9주차

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리플렉션에 대해 설명해 주세요.

자바의 리플렉션은 실행 중인 자바 프로그램이 자기 자신의 구조를 분석하고 조작할 수 있게 해주는 기능입니다. 리플렉션을 통해 프로그램은 런타임에 클래스, 인터페이스, 필드, 메서드 등의 정보에 접근하고 조작할 수 있습니다.

• 특징
  • 동적 클래스 로딩: 컴파일 시점에 알 수 없는 클래스를 런타임에 로드하고 사용할 수 있습니다.
  • 클래스 정보 접근: 클래스의 이름, 메서드, 필드, 생성자 등의 정보를 얻을 수 있습니다.
  • private 멤버 접근: 접근 제어자와 관계없이 클래스의 모든 멤버에 접근할 수 있습니다.
  • 객체 생성: 클래스 정보를 이용해 새로운 객체를 동적으로 생성할 수 있습니다.
• 장점
  • 유연성과 확장성이 높아집니다.
  • 런타임에 동적으로 클래스를 조작할 수 있습니다.
  • 프레임워크나 IDE에서 유용하게 사용할 수 있습니다.
• 단점
  • 성능 오버헤드가 발생할 수 있습니다.
  • 캡슐화를 위반할 수 있어 보안 위험이 있습니다.
  • 코드의 복잡성이 증가하고 가독성이 떨어질 수 있습니다.

의미만 들어보면 리플렉션은 보안적인 문제가 있을 가능성이 있어보이는데, 실제로 그렇게 생각하시나요? 만약 그렇다면, 어떻게 방지할 수 있을까요?

네, 리플렉션은 다음과 같은 보안 문제가 있습니다.

보안 문제

1. 리플렉션을 통해 private 멤버에 접근할 수 있어 캡슐화를 깨뜨릴 수 있습니다.
2. 악의적인 사용자가 원하는 클래스를 동적으로 로드하고 실행할 수 있습니다.
3. 컴파일 시 타입 체크를 우회하여 런타임 오류를 유발할 수 있습니다.
4. 리플렉션을 통해 민감한 정보에 접근하거나 시스템 보안을 우회할 수 있습니다.

방지법은 다음과 같습니다.

방지법

1. 리플렉션에 사용되는 외부 입력을 철저히 검증합니다
2. 필요한 최소한의 권한만 부여하고, 가능한 한 제한적으로 리플렉션을 사용합니다.
3. 검증된 안전한 라이브러리와 프레임워크를 사용합니다.
4. AccessibleObject.setAccessible()의 사용을 제한합니다.
5. 정기적으로 코드를 스캔하여 취약점을 찾아냅니다.
6. 상세한 오류 메시지가 노출되지 않도록 합니다.
7. 사용자 활동을 지속적으로 모니터링하고 로깅합니다.

리플렉션을 언제 활용할 수 있을까요?

1. 스프링 같은 프레임워크에서 의존성 주입 등에 사용됩니다.
2. private 메서드 테스트 등에 활용됩니다.
3. 동적으로 클래스를 로드하고 실행할 수 있습니다.
4. IDE의 코드 자동 완성 등의 기능 구현에 사용됩니다.

Static Class와 Static Method를 비교해 주세요.

• Static Class
  • Java에서 Static Class는 반드시 Inner Class로만 존재할 수 있습니다.
  • 외부 클래스의 인스턴스 없이도 사용할 수 있습니다.
  • Static Class 내부에서는 외부 클래스의 static 멤버만 직접 접근 가능합니다.
• Static Method
  • 클래스 레벨에서 호출할 수 있으며, 인스턴스 생성 없이 사용하여 메모리 절약이 가능합니다.
  • this 키워드를 사용할 수 없고, 인스턴스 변수에 직접 접근할 수 없습니다.
  • 오버라이딩이 불가능하지만, 하위 클래스에서 같은 이름으로 재정의할 수 있습니다. (예시는 아래에)

class Parent {
    public static void staticMethod() {
        System.out.println("Parent's static method");
    }
}

class Child extends Parent {
    public static void staticMethod() {
        System.out.println("Child's static method");
    }
}

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        Parent.staticMethod(); // 출력: Parent's static method
        Child.staticMethod();  // 출력: Child's static method

        Parent p = new Child();
        p.staticMethod();      // 출력: Parent's static method
    }
}

static을 사용하면 어떤 이점을 얻을 수 있나요? 어떤 제약이 걸릴까요?

이점

• 메모리 효율성: static 변수는 클래스당 하나만 생성되어 모든 인스턴스에서 공유됩니다. 이는 메모리 사용량을 줄이는 데 도움이 됩니다.
• 객체 생성 없이 사용 가능: static 멤버는 객체를 생성하지 않고도 직접 접근하여 사용할 수 있어 편리합니다.
• 속도 향상: 객체 생성 과정이 필요 없어 속도가 빠릅니다.

제약

• 메모리 관리의 어려움: static 멤버는 프로그램 종료 시까지 메모리에 남아있어 과도한 사용 시 성능에 악영향을 줄 수 있습니다.
• 객체지향 원칙 위반: 캡슐화 원칙을 위반할 수 있으며, 객체의 상태에 의존적인 동작을 구현하기 어렵습니다.
• 재사용성 저하: static 메소드는 인터페이스를 구현하는 데 사용될 수 없어 코드의 재사용성을 떨어뜨립니다.
• 상속 및 다형성 제한: static 메소드는 오버라이딩할 수 없어 상속과 다형성의 이점을 활용하기 어렵습니다.
• 테스트의 어려움: 전역적인 특성으로 인해 단위 테스트가 어려워질 수 있습니다.

컴파일 과정에서 static이 어떻게 처리되는지 설명해 주세요.

1. 클래스 파일 생성: 자바 컴파일러(javac)는 소스 코드(.java 파일)를 컴파일하여 바이트코드(.class 파일)를 생성합니다.
2. 클래스 로더 동작: 컴파일된 .class 파일은 클래스 로더에 의해 JVM의 메모리로 로드됩니다.
3. 메모리 할당: static 키워드가 붙은 멤버들은 클래스 로더가 클래스를 로드할 때 메모리 공간(Static 공간)에 메모리를 할당받습니다.
4. 초기화 순서: static 변수는 클래스가 로드될 때 초기화됩니다. 이는 인스턴스 생성 전에 이루어집니다.
5. static 블록 실행: static 블록이 있다면, 클래스가 로드될 때 최초 한 번만 실행됩니다.

Java의 Exception에 대해 설명해 주세요.

• Exception은 프로그램 실행 중 발생하는 예기치 않은 이벤트로, 프로그램의 정상적인 흐름을 방해합니다.
• Exception은 error의 일종이지만, error와 달리 프로그램적으로 처리가 가능합니다.
• 모든 Exception 클래스는 java.lang.Exception 클래스를 상속받습니다.
• Exception 처리의 목적은 프로그램의 비정상적인 종료를 방지하고, 정상적인 실행 상태를 유지하는 것입니다.
• Exception은 프로그램의 안정성과 신뢰성을 높이는 데 중요한 역할을 합니다.
• Exception은 크게 두 가지 종류로 나뉩니다.
  • Checked Exception: 컴파일 시점에 확인되며, 반드시 예외 처리를 해야 합니다.
  • Unchecked Exception: 실행 시점에 발생하며, 명시적인 예외 처리가 강제되지 않습니다.

예외처리를 하는 세 방법에 대해 설명해 주세요.

1. try-catch 블록 사용

try-catch 블록은 가장 일반적인 예외 처리 방법입니다.

try {
	// 예외가 발생할 수 있는 코드
} catch (ExceptionType e) {
	// 예외 처리 코드
}

이 방법은 예외가 발생할 수 있는 코드를 try 블록에 넣고, 발생할 수 있는 예외 유형을 catch 블록에서 처리합니다.

2. throws 키워드 사용

throws 키워드를 사용하여 메소드에서 발생할 수 있는 예외를 선언하고, 이를 호출하는 곳으로 예외를 던집니다.

public void method() throws ExceptionType {
	// 예외가 발생할 수 있는 코드
}

이 방법은 예외를 직접 처리하지 않고 메소드를 호출하는 쪽에서 처리하도록 책임을 전가합니다.

3. try-with-resources 구문 사용

Java 7부터 도입되었고, 자동으로 리소스를 닫아주는 기능을 제공합니다.

try (Resource resource = new Resource()) {
	// 리소스를 사용하는 코드
} catch (Exception e) {
	// 예외 처리 코드
}

이 방법은 주로 파일 입출력이나 데이터베이스 연결과 같이 사용 후 반드시 닫아야 하는 리소스를 다룰 때 유용합니다.

CheckedException, UncheckedException 의 차이에 대해 설명해 주세요.

CheckedException

1. 컴파일 시점 확인: 컴파일러가 이러한 예외를 확인하고 처리를 강제합니다.
2. 예외 처리 의무: 반드시 try-catch 블록으로 처리하거나 throws 키워드로 선언해야 합니다.
3. 상속 계층: Exception 클래스를 직접 상속받지만, RuntimeException을 상속받지 않습니다.
4. 예시: IOException, SQLException, ClassNotFoundException 등
5. 발생 원인: 주로 외부 요인에 의해 발생합니다. (파일 시스템, 네트워크 등)

UncheckedException

1. 런타임 시점 확인: 컴파일 시점에는 확인되지 않고, 실행 중에 발생합니다.
2. 예외 처리 선택: 명시적인 예외 처리가 강제되지 않습니다.
3. 상속 계층: RuntimeException 클래스를 상속받습니다.
4. 예시: NullPointerException, ArrayIndexOutOfBoundsException, ArithmeticException 등
5. 발생 원인: 주로 프로그래밍 오류에 의해 발생합니다.

차이점 (주의!: DB 트랜잭션이 아닌, 스프링 트랜잭션에서만 적용됨)

특성	CheckedException	UncheckedException
컴파일 시 확인	O	X
예외 처리	필수	선택적
상속	Exception	RuntimeException
예외 선언 (throws)	필요	불필요
트랜잭션 처리 (주의)	롤백하지 않음	롤백함

CheckedException은 예측 가능하고 복구 가능한 상황에서 사용되며, 개발자가 명시적으로 처리해야 합니다. 반면에 UncheckedException은 프로그램 오류를 나타내며, 일반적으로 복구가 불가능하거나 예측하기 어려운 상황에서 발생합니다.

예외처리가 성능에 큰 영향을 미치나요? 만약 그렇다면, 어떻게 하면 부하를 줄일 수 있을까요?

자바에서 예외 처리는 성능에 상당한 영향을 미칠 수 있습니다. 하지만 적절히 사용하면 그 영향을 최소화할 수 있습니다.

예외 처리의 성능 영향

• 예외 생성 및 스택 트레이스 생성은 비용이 많이 드는 작업입니다.
• 예외가 발생하는 빈도가 높을수록 성능 저하가 더 심해집니다.
• 예외 처리 구문(try-catch)이 있는 것만으로도 JIT 컴파일러의 최적화를 방해할 수 있습니다.
  • JIT(Just-In-Time) 컴파일러: 프로그램을 실행하는 시점에 기계어로 번역하는 컴파일 기법

부하 줄이는 방법

• 예외는 진정한 예외 상황에만 사용하고 일반적인 흐름 제어나 검증 로직에는 사용하지 말아야 합니다.
• 구체적인 예외 클래스를 사용하여 호출자가 더 잘 처리할 수 있게 합니다.
• 리소스 관리에 try-with-resources로 자동으로 리소스를 닫아줘서 메모리 누수를 방지합니다.
• 예외 처리 깊이를 최소화하여 예외 처리 비용을 줄입니다.
• 예외를 잡아서 로깅한 후 다시 던지지 말아야 합니다. 만약 던지면 중복 로깅이 발생합니다.
• 크리티컬 성능 코드에서는 가능하면 null 체크나 조건문으로 대체해서 예외 사용을 최소화합니다.
• JVM의 인라인 최적화를 통해 예외 처리 비용을 줄입니다.
  • 인라인 최적화: 컴파일러나 JIT 컴파일러가 함수 호출을 최적화하여 성능을 개선하는 기법
• 예외 발생 빈도가 높아지면 코드를 리팩토링합니다.