[JAVA] 빠르게 정리하는 자바 문법 (8)

해당 글은 아래 링크를 참고하여 작성되었습니다.

https://www.tcpschool.com/java/java_exception_intro

15. 예외 처리

1. 예외 처리

자바 프로그램을 작성할 때 자바 문법에 맞지 않게 코드를 작성하고 컴파일하려고 하면 자바 컴파일러는 문법 오류(syntax error)를 발생시킨다.

또한, 자바 문법에는 맞게 작성되었다 하더라도 프로그램이 실행되면서 예상하지 못한 오류가 발생할 수 있다.

이렇게 컴퓨터 시스템이 동작하는 도중에 예상하지 못한 사태가 발생하여 실행 중인 프로그램이 영향을 받는 것을 오류(error)와 예외(exception) 두 가지로 구분할 수 있다.

 

오류(error)는 시스템 레벨에서 프로그램에 심각한 문제를 야기하여 실행 중인 프로그램을 종료시킨다.

이러한 오류는 개발자가 미리 예측하여 처리할 수 없는 것이 대부분이므로, 오류에 대한 처리는 할 수 없다.

하지만 예외(exception)는 오류와 마찬가지로 실행 중인 프로그램을 비정상적으로 종료시키지만, 발생할 수 있는 상황을 미리 예측하여 처리할 수 있다.

 

따라서 개발자는 예외 처리(exception handling)를 통해 예외 상황을 처리할 수 있도록 코드의 흐름을 바꿀 필요가 있다.

자바에서는 프로그램이 실행되는 도중 발생하는 예외를 처리하기 위해 try / catch / finally 문을 사용할 수 있다.

1) try 블록 : 기본적으로 맨 먼저 실행되는 코드로 여기에서 발생한 예외는 catch 블록에서 처리된다.

2) catch 블록 : try 블록에서 발생한 예외 코드나 예외 객체를 인수로 전달받아 그 처리를 담당한다.

3) finally 블록 : 이 블록은 try 블록에서 예외가 발생하건 안 하건 맨 마지막에 무조건 실행된다.

 

2. 예외 클래스

자바에서 모든 예외의 조상 클래스가 되는 Exception 클래스는 크게 다음과 같이 구분할 수 있다.

1) RuntimeException 클래스

RuntimeException 클래스를 상속받는 자식 클래스들은 주로 치명적인 예외 상황을 발생시키지 않는 예외들로 구성된다.

2) 그 외의 Exception 클래스의 자식 클래스

하지만 그 외의 Exception 클래스에 속하는 자식 클래스들은 치명적인 예외 상황을 발생시키므로, 반드시 try / catch 문을 사용하여 예외를 처리해야만 한다.

Java SE 7부터는 '|' 기호를 사용하여 하나의 catch 블록에서 여러 타입의 예외를 동시에 처리할 수 있다.

 

3. 예외 발생 및 회피

자바에서는 throw 키워드를 사용하여 강제로 예외를 발생시킬 수 있다.

Exception e = new Exception("오류메시지");
...
throw e;

 

Java SE 7부터는 사용한 자원을 자동으로 해제해 주는 try-with-resources 문을 사용할 수 있다.

try (파일을열거나자원을할당하는명령문) {
     ...
}

위와 같이 try 블록에 괄호(())를 추가하여 파일을 열거나 자원을 할당하는 명령문을 명시하면, 해당 try 블록이 끝나자마자 자동으로 파일을 닫거나 할당된 자원을 해제해 준다.

16. 입력과 출력

1. 스트림

자바에서는 파일이나 콘솔의 입출력을 직접 다루지 않고, 스트림(stream)이라는 흐름을 통해 다룬다.

스트림(stream)이란 실제의 입력이나 출력이 표현된 데이터의 이상화된 흐름을 의미한다.

즉, 스트림은 운영체제에 의해 생성되는 가상의 연결 고리를 의미하며, 중간 매개자 역할을 한다.

Java SE 8 버전부터 추가된 스트림 API는 앞서 설명한 스트림과는 전혀 다른 개념이다.

 

1) 입출력 스트림

스트림은 한 방향으로만 통신할 수 있으므로, 입력과 출력을 동시에 처리할 수는 없다.

따라서 스트림은 사용 목적에 따라 입력 스트림과 출력 스트림으로 구분된다.

자바에서는 java.io 패키지를 통해 InputStream과 OutputStream 클래스를 별도로 제공한다.

즉, 자바에서의 스트림 생성이란 이러한 스트림 클래스 타입의 인스턴스를 생성한다는 의미다.

InputStream 클래스에는 read() 메소드가, OutputStream 클래스에는 write() 메소드가 각각 추상 메소드로 포함되어 있다.

사용자는 이 두 메소드를 상황에 맞게 적절히 구현해야만 입출력 스트림을 생성하여 사용할 수 있다.

 

2) 바이트 기반 스트림

자바에서 스트림은 기본적으로 바이트 단위로 데이터를 전송한다.

FileInputStream	FileOutputStream	파일
ByteArrayInputStream	ByteArrayOutputStream	메모리
PipedInputStream	PipedOutputStream	프로세스
AudioInputStream	AudioOutputStream	오디오 장치

 

3) 보조 스트림

자바에서 제공하는 보조 스트림은 실제로 데이터를 주고받을 수는 없지만, 다른 스트림의 기능을 향상시키거나 새로운 기능을 추가해 주는 스트림이다.

FilterInputStream	FilterOutputStream	필터를 이용한 입출력
BufferedInputStream	BufferedOutputStream	버퍼를 이용한 입출력
DataInputStream	DataOutputStream	입출력 스트림으로부터 자바의 기본 타입으로 데이터를 읽어올 수 있게 함.
ObjectInputStream	ObjectOutputStream	데이터를 객체 단위로 읽거나, 읽어 들인 객체를 역직렬화시킴.
SequenceInputStream	X	두 개의 입력 스트림을 논리적으로 연결함.
PushbackInputStream	X	다른 입력 스트림에 버퍼를 이용하여 push back이나 unread와 같은 기능을 추가함.
X	PrintStream	다른 출력 스트림에 버퍼를 이용하여 다양한 데이터를 출력하기 위한 기능을 추가함.

 

4) 문자 기반 스트림

자바에서 스트림은 기본적으로 바이트 단위로 데이터를 전송한다.

하지만 자바에서 가장 작은 타입인 char 형이 2바이트이므로, 1바이트씩 전송되는 바이트 기반 스트림으로는 원활한 처리가 힘든 경우가 있다.

따라서 자바에서는 바이트 기반 스트림뿐만 아니라 문자 기반의 스트림도 별도로 제공한다.

이러한 문자 기반 스트림은 기존의 바이트 기반 스트림에서 InputStream을 Reader로, OutputStream을 Writer로 변경하면 사용할 수 있다.

FileReader	FileWriter	파일
CharArrayReader	CharArrayWriter	메모리
PipedReader	PipedWriter	프로세스
StringReader	StringWriter	문자열

 

2. 파일 입출력

자바에서는 콘솔과 같은 표준 입출력 장치를 위해 System이라는 표준 입출력 클래스를 정의하고 있다.

java.lang 패키지에 포함되어 있는 System 클래스는 표준 입출력을 위해 다음과 같은 클래스 변수를 제공한다.

System.in	InputStream	콘솔로부터 데이터를 입력받음.
System.out	PrintStream	콘솔로 데이터를 출력함.
System.err	PrintStream	콘솔로 데이터를 출력함.

표준 입출력 스트림은 자바가 자동으로 생성하므로, 개발자가 별도로 스트림을 생성하지 않아도 사용할 수 있다.

17. 스레드

1. 스레드의 개념

프로세스(process)란 단순히 실행 중인 프로그램(program)이라고 할 수 있는데 사용자가 작성한 프로그램이 운영체제에 의해 메모리 공간을 할당받아 실행 중인 것을 말한다.

이러한 프로세스는 프로그램에 사용되는 데이터와 메모리 등의 자원 그리고 스레드로 구성된다.

 

스레드(thread)란 프로세스(process) 내에서 실제로 작업을 수행하는 주체를 의미한다.

모든 프로세스에는 한 개 이상의 스레드가 존재하여 작업을 수행한다.

또한, 두 개 이상의 스레드를 가지는 프로세스를 멀티스레드 프로세스(multi-threaded process)라고 한다.

 

자바에서 스레드를 생성하는 방법에는 다음과 같이 두 가지 방법이 있다.

1) Runnable 인터페이스를 구현하는 방법

2) Thread 클래스를 상속받는 방법

두 방법 모두 스레드를 통해 작업하고 싶은 내용을 run() 메소드에 작성하면 된다.

class ThreadWithClass extends Thread {
    public void run() {
        for (int i = 0; i < 5; i++) {
            System.out.println(getName()); // 현재 실행 중인 스레드의 이름을 반환함.
            try {
                Thread.sleep(10);          // 0.01초간 스레드를 멈춤.
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
    }
}
class ThreadWithRunnable implements Runnable {
    public void run() {
        for (int i = 0; i < 5; i++) {
            System.out.println(Thread.currentThread().getName()); // 현재 실행 중인 스레드의 이름을 반환함.
            try {
                Thread.sleep(10);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
    }
}
public class Thread01 {
    public static void main(String[] args){
        ThreadWithClass thread1 = new ThreadWithClass();       // Thread 클래스를 상속받는 방법
        Thread thread2 = new Thread(new ThreadWithRunnable()); // Runnable 인터페이스를 구현하는 방법
        thread1.start(); // 스레드의 실행
        thread2.start(); // 스레드의 실행
    }
}

자바에서 각 스레드는 우선순위(priority)에 관한 자신만의 필드를 가지고 있다.

이러한 우선순위에 따라 특정 스레드가 더 많은 시간 동안 작업을 할 수 있도록 설정할 수 있다.

getPriority()와 setPriority() 메소드를 통해 스레드의 우선순위를 반환하거나 변경할 수 있다.

스레드의 우선순위가 가질 수 있는 범위는 1부터 10까지이며, 숫자가 높을수록 우선순위 또한 높아진다.

 

2. 멀티 스레드

일반적으로 하나의 프로세스는 하나의 스레드를 가지고 작업을 수행하게 된다.

하지만 멀티 스레드(multi thread)란 하나의 프로세스 내에서 둘 이상의 스레드가 동시에 작업을 수행하는 것을 의미한다.

또한, 멀티 프로세스(multi process)는 여러 개의 CPU를 사용하여 여러 프로세스를 동시에 수행하는 것을 의미한다.

 

멀티 스레드와 멀티 프로세스 모두 여러 흐름을 동시에 수행하다는 공통점을 가지고 있다.

멀티 프로세스는 각 프로세스가 독립적인 메모리를 가지고 별도로 실행되지만, 멀티 스레드는 각 스레드가 자신이 속한 프로세스의 메모리를 공유한다는 점이 다르다.

멀티 스레드는 각 스레드가 자신이 속한 프로세스의 메모리를 공유하므로, 시스템 자원의 낭비가 적다.

또한, 하나의 스레드가 작업을 할 때 다른 스레드가 별도의 작업을 할 수 있어 사용자와의 응답성도 좋다.

 

컴퓨터에서 동시에 처리할 수 있는 최대 작업 수는 CPU의 코어(core) 수와 같다.

만약 CPU의 코어 수보다 더 많은 스레드가 실행되면, 각 코어가 정해진 시간 동안 여러 작업을 번갈아가며 수행하게 된다.

이때 각 스레드가 서로 교체될 때 스레드 간의 문맥 교환(context switching)이라는 것이 발생하는데 문맥 교환이란 현재까지의 작업 상태나 다음 작업에 필요한 각종 데이터를 저장하고 읽어오는 작업을 가리킨다.

이러한 문맥 교환에 걸리는 시간이 커지면 커질수록, 멀티 스레딩의 효율은 저하된다.

오히려 많은 양의 단순한 계산은 싱글 스레드로 동작하는 것이 더 효율적일 수 있다.

따라서 많은 수의 스레드를 실행하는 것이 언제나 좋은 성능을 보이는 것은 아니라는 점을 유의해야 한다.

 

스레드 그룹(thread group)이란 서로 관련이 있는 스레드를 하나의 그룹으로 묶어 다루기 위한 장치다.

자바에서는 스레드 그룹을 다루기 위해 ThreadGroup이라는 클래스를 제공한다.

이러한 스레드 그룹은 다른 스레드 그룹을 포함할 수도 있으며, 이렇게 포함된 스레드 그룹은 트리 형태로 연결된다.

이때 스레드는 자신이 포함된 스레드 그룹이나 그 하위 그룹에는 접근할 수 있지만, 다른 그룹에는 접근할 수 없다.

이렇게 스레드 그룹은 스레드가 접근할 수 있는 범위를 제한하는 보안상으로도 중요한 역할을 하고 있다.

 

데몬 스레드(deamon thread)란 다른 일반 스레드의 작업을 돕는 보조적인 역할을 하는 스레드를 가리킨다.

따라서 데몬 스레드는 일반 스레드가 모두 종료되면 더는 할 일이 없으므로, 데몬 스레드 역시 자동으로 종료된다.

데몬 스레드의 생성 방법과 실행 방법은 모두 일반 스레드와 같다.

단, 실행하기 전에 setDaemon() 메소드를 호출하여 데몬 스레드로 설정하기만 하면 된다.

이러한 데몬 스레드는 일정 시간마다 자동으로 수행되는 저장 및 화면 갱신 등에 이용되고 있다.

 

데몬 스레드를 이용하는 가장 대표적인 예로 가비지 컬렉터(gabage collector)를 들 수 있다.

가비지 컬렉터(gabage collector)란 프로그래머가 동적으로 할당한 메모리 중 더 이상 사용하지 않는 영역을 자동으로 찾아내어 해제해 주는 데몬 스레드다.

자바에서는 프로그래머가 메모리에 직접 접근하지 못하게 하는 대신에 가비지 컬렉터가 자동으로 메모리를 관리해 준다.

이러한 가비지 컬렉터를 이용하면 프로그래밍을 하기가 훨씬 쉬워지며, 메모리에 관련된 버그가 발생할 확률도 낮아진다.

보통 가비지 컬렉터가 동작하는 동안에는 프로세서가 일시적으로 중지되므로, 필연적으로 성능의 저하가 발생한다.

하지만 요즘에는 가비지 컬렉터의 성능이 많이 향상되어, 새롭게 만들어지는 대부분의 프로그래밍 언어에서 가비지 컬렉터를 제공하고 있다.