1. 배경상황

현재 프로젝트가 Java로 구성되어있어 자바 메모리 구조에 대해서는 이전에 개인적으로 공부한 적이 있다.

하지만 최근 새로 착수한 프로젝트가 static의 과도한 사용으로 메모리 이슈가 발생하고 있는 프로젝트라 static의 개념을 새로 학습하고, Java 메모리 구조에 대해 다시 정리해보려 한다.

2. Static(정적)이란?

영문을 그대로 직역하면 고정된이라는 뜻을 가지고 있는데, 실제로 static은 프로그램 시작 시 메모리에 고정적으로 할당되어, 프로그램이 종료될 때 해제된다.

static 이라는 키워드를 사용해 정적 변수(static variable) 과 정적 메서드(static method) 를 생성할 수 있다. 이 둘을 합쳐 정적 멤버(static member), 혹은 클래스 멤버(class member) 라고 부른다.

이렇게 생성된 정적 변수, 정적 메서드의 경우 클래스가 메모리에 올라갈 때 자동으로 생성된다. 즉, 인스턴스(객체) 생성 없이 바로 사용이 가능하다.

3. Static의 사용용도

상수를 정의

절대 변하지 않는 변수를 상수라고 하는데, 객체 내에서 매번 일반 변수로 정의하기 보다는 정적 변수로 선언 시 메모리를 아낄 수 있다.

유틸리티 클래스를 정의

유틸리티 클래스(utility class) 는 인스턴스 메서드와 변수를 제공하지 않고, 데이터 처리를 위한 정적 메서드만 존재하는 클래스를 뜻한다.

예를 들어 Java의 java.util.Math 클래스의 경우, 상수 외의 인스턴스 변수가 없고, 계산을 위한 정적 메서드만 제공한다.

Static영역에 할당된 메모리의 경우, 모든 객체가 해당 메모리를 공유하기 때문에, 위와 같이 객체의 상태를 이용하지 않고, 여러 객체의 필요에 의해 데이터를 처리하는 공통 로직이 필요할 경우 static을 사용하여 메모리를 절약할 수 있다.

4. Static의 단점

메모리 문제

Static은 프로그램 실행 시점에 메모리에 할당을 하며, 프로그램 종료 시까지 메모리에서 해제되지 않기 때문에 과도하게 사용할 경우 메모리 부족 문제가 발생할 수 있다.

동시성 문제

Static은 전역에서 접근이 가능하므로 별도의 동기화 전략이 수립되어야 한다.

런타임 다형성 불가

Static으로만 이루어진 메서드를 사용하는 객체의 경우, 해당 객체를 메모리로 할당해 사용하는 것이 아니고 object.method 로 바로 접근하여 호출하게 된다.

객체 상태 사용 불가

정적 메서드 내부에서는 클래스 인스턴스 필드를 사용할 수 없기 때문에 인자를 모두 외부에서 주입해야한다.

Static은 프로그램 실행 시점에 메모리에 올라가는데, 정적 메서드 내부에 객체의 인스턴스 필드가 초기화 되지 않을 경우 문제가 생길 수 있기 때문에 위와 같이 구현된다. 따라서 정적 메서드 안에는 정적 변수만 사용 가능하다.

일반 메서드라면 객체 내의 상태를 통해 해당 메서드를 구현할 수 있으므로 변화하는 상태에 따라 다채로운 기능 구현이 가능하나, 정적 메서드의 경우 이러한 형태로 구현할 수 없다.

즉, 객체 내 정적 메서드가 많아지는 경우, 외부 값에 의존하는 수동적 객체가 된다.

테스트 용이성 저하

정적 필드는 전역으로 관리되기 때문에 프로그램 전체에서 해당 필드에 접근 및 수정이 가능하다.

따라서 해당 필드를 추론하기 어려워 테스트가 까다롭다.

5. Static의 메모리 할당

동적(Dynamic)의 경우 객체를 런타임 도중에 힙 영역(Heap Area)에 할당한다.

반면, 정적(Static)의 경우, 프로그램이 시작되는 시점에 클래스 로더(Class Loader)가 클래스를 해석해 메서드 영역 혹은 힙 영역에 클래스 메타 정보 및 정적 변수를 적재한다.

6. Static의 종류

Static 변수

정적 변수는 한 클래스의 모든 인스턴스에서 공유된다.
같은 클래스에 속하는 모든 인스턴스에서 해당 정적 변수의 하나뿐인 복사본을 공유한다.
정적 변수는 클래스가 메모리에 로딩될 때 초기화 된다.
일반적으로 클래스의 새로운 인스턴스가 처음 만들어지거나, 정적 메서드가 실행될 때 해당 클래스를 불러와 로딩한다.
정적 변수도 인스턴스 변수와 마찬가지로 선언만 하고 초기화 하지 않을 경우 기본 값으로 초기화된다.
static final 로 선언된 변수는 상수이며, 이 경우 초기화 하지 않으면 에러가 발생하며, 초기화 이후 값 변경이 불가하다.
정적 변수는 정적 메서드와 달리 일반 메서드에서도 접근할 수 있다.

Static 메서드

인스턴스를 필요로 하지 않는 메서드
Static 키워드를 이용해 메서드를 선언
클래스명을 사용해 호출
정적 메서드와 정적 메서드가 아닌 메서드를 섞어 클래스를 선언할 수 있으나, 정적 메서드가 아닌 메서드가 있다면 그 클래스의 인스턴스를 만들 수 있는 방법이 있어야 한다.
정적 메서드에서 정적 변수가 아닌 변수(인스턴스 변수)를. 사용할 수 없다.
정적 메서드 내에서 정적 메서드가 아닌 메서드를 사용할 수 없다.
정적 메서드 내에서 this 키워드를 사용할 수 없다.
클래스가 메모리에 로딩될 때 자동으로 선언도니다.
Import Static을 이용해 import한 뒤, 클래스명을 사용하지 않고 바로 사용할 수 있다.