The Java

백기선님의 더 자바, Java 8, 더 자바, 코드를 조작하는 다양한 방법 강의를 요약한 내용입니다.

Java 8

Java 8

LTS(Long-Term-Support) 버전
출시일: 2014년 3월
주요 기능
- 람다 표현식, 메소드 레퍼런스, 스트림 API, Optional ...
Oracle JDK
Open JDK: Oracle, AdoptOpenJDK, Amazon Corretto, Azul Zulu
참고.

LTS(Long-Term-Support)

비-LTS
- 배포 주기: 6개월
- 지원 기간: 배포 이후 6개월(다음 버전이 나오면 지원 종료)
LTS
- 배포 주기: 3년(매 6번째 배포판이 LTS)
- 지원 기간: 5년이상(JDK 제공 밴더와 이용하는 서비스에 따라 차이)
- 실제 서비스 운영 환경에서는 LTS 버전 권장
매년 3월과 9월에 새 버전 배포

Functional Interface & Lambda

함수형 인터페이스(Functional Interface)

@FunctionalInterface
public interface RunSomething {
    void doIt();
}

추상 메소드를 딱 하나만 가지고 있는 인터페이스
SAM(Single Abstract Method) 인터페이스
@FuncationInterface 애노테이션을 가지고 있는 인터페이스

람다 표현식(Lambda Expressions)

RunSomething runSomething = () -> System.out.println("Hello");
RunSomething2 runSomething2 = number -> number + 10;

runSomething.doIt();
runSomething2.doIt();

간결한 코드
함수형 인터페이스의 인스턴스를 만드는 방법으로 사용 가능
메소드 매개변수, 리턴 타입, 변수로 만들어 사용 가능

자바에서 함수형 프로그래밍

함수를 First class object로 사용 가능
순수 함수(Pure function)
- 사이드 이팩트 없음(함수 밖에 있는 값을 변경하지 않음)
- 상태가 없음(함수 밖에 있는 값을 사용하지 않음)
고차 함수(Higher-Order Function)
- 함수가 함수를 매개변수로 받을 수 있고, 함수 리턴 가능
불변성

Functional Interface

Java 기본 제공 함수형 인터페이스

java.lang.funcation package

Function<T, R>

T 타입을 받아서 R 타입을 리턴하는 함수 인터페이스

private final Function<Integer, Integer> plus10 = (num) -> num + 10;
  private final Function<Integer, Integer> multiply2 = (num) -> num * 2;

  @Test
  void apply() throws Exception {
      /**
       * R apply(T t)
       */
      Assertions.assertEquals(11, plus10.apply(1));
  }

  @Test
  void compose() throws Exception {
      /**
       * Function<V, R> compose(Function<? super V, ? extends T> before)
       * multiply2 실행 이후 plus10 실행
       */
      Function<Integer, Integer> multiply2AndPlus10 = plus10.compose(multiply2);
      Assertions.assertEquals(14, multiply2AndPlus10.apply(2)); // (num * 2) + 10
  }

  @Test
  void andThen() throws Exception {
      /**
       * Function<T, V> andThen(Function<? super R, ? extends V> after)
       * plus10 실행 이후 multiply2 실행
       */
      Function<Integer, Integer> plus10AndMultiply2 = plus10.andThen(multiply2);
      Assertions.assertEquals(24, plus10AndMultiply2.apply(2)); // (num + 10) * 2
  }

BiFunction<T, U, R>

두 개의 값(T, U)를 받아서 R 타입을 리턴하는 함수 인터페이스
R apply(T t, U u)

@Test
void apply() throws Exception {
    /**
     * R apply(T t, U u);
     */
    BiFunction<Integer, Integer, Integer> add = (num1, num2) ->  num1 + num2;
    BiFunction<Integer, Integer, Integer> minus = (num1, num2) -> num1 - num2;
    BiFunction<Integer, Integer, Integer> multiple = (num1, num2) -> num1 * num2;

    Assertions.assertEquals(15, add.apply(10, 5));
    Assertions.assertEquals(5, minus.apply(10, 5));
    Assertions.assertEquals(50, multiple.apply(10, 5));
}

Consumer<T>

T 타입을 받아서 아무값도 리턴하지 않는 함수 인터페이스

@Test
void accept() throws Exception {
    /**
     * void accept(T t);
     */
    Consumer<Integer> printT = System.out::println;
    printT.accept(10); // 10
}

@Test
void andThen() throws Exception {
    /**
     * Consumer<T> andThen(Consumer<? super T> after)
     */
    Consumer<String> printJava = s -> System.out.println(s + "Java ");
    Consumer<String> printWorld = s -> System.out.println(s + "World ");;
    printJava.andThen(printWorld).accept("Hello"); // HelloJava -> HelloWorld
}

Supplier<T>

T 타입의 값을 제공하는 함수 인터페이스

@Test
void get() throws Exception {
    /**
     * T get()
     */
    Supplier<Integer> get10 = () -> 10;
    Assertions.assertEquals(10, get10.get());
}

Predicate<T>

T 타입을 받아서 boolean을 리턴하는 함수 인터페이스
함수 조합용 메소드

private final Predicate<Integer> isEven = i -> i % 2 == 0;
private final Predicate<Integer> under10 = i -> i < 10;

@Test
void test() throws Exception {
    /**
     * boolean test(T t);
     */
    Predicate<String> startsWithHello = s -> s.startsWith("hello");

    Assertions.assertTrue(startsWithHello.test("hello Aaron"));
    Assertions.assertTrue(isEven.test(8));
}

@Test
void and() throws Exception {
    /**
     * Predicate<T> and(Predicate<? super T> other)
     */
    Assertions.assertTrue(isEven.and(under10).test(4));
    Assertions.assertFalse(isEven.and(under10).test(12));
}

@Test
void or() throws Exception {
    /**
     * Predicate<T> or(Predicate<? super T> other)
     */
    Assertions.assertTrue(isEven.or(under10).test(4));
    Assertions.assertTrue(isEven.or(under10).test(12));
    Assertions.assertTrue(isEven.or(under10).test(7));
}

@Test
void negate() throws Exception {
    /**
     * Predicate<T> negate()
     */
    Assertions.assertTrue(isEven.negate().test(5));
    Assertions.assertTrue(under10.negate().test(17));
    Assertions.assertFalse(isEven.negate().test(4));
    Assertions.assertFalse(under10.negate().test(5));
}

UnaryOperator<T>

Function<T, R>의 특수한 형태(Function 상속)
입력값 하나를 받아서 동일한 타입을 리턴하는 함수 인터페이스

private final UnaryOperator<Integer> plus10 = (num) -> num + 10;
private final UnaryOperator<Integer> multiply2 = (num) -> num * 2;

@Test
void test() throws Exception {
    Assertions.assertEquals(11, plus10.apply(1));
    Assertions.assertEquals(14, plus10.compose(multiply2).apply(2)); // (num * 2) + 10
    Assertions.assertEquals(24, plus10.andThen(multiply2).apply(2)); // (num + 10) * 2
}

BinaryOperator<T>

BiFunction<T, U, R>의 특수한 형태
동일한 타입의 입렵값 두 개를 받아 리턴하는 함수 인터페이스

@Test
void apply() throws Exception {
    /**
     * R apply(T t, U u);
     */
    BinaryOperator<Integer> add = (num1, num2) ->  num1 + num2;
    BinaryOperator<Integer> minus = (num1, num2) -> num1 - num2;
    BinaryOperator<Integer> multiple = (num1, num2) -> num1 * num2;

    Assertions.assertEquals(15, add.apply(10, 5));
    Assertions.assertEquals(5, minus.apply(10, 5));
    Assertions.assertEquals(50, multiple.apply(10, 5));
}

Lambda

Lambda Expressions

(인자 리스트) -> {바디}

인자 리스트

인자 없음: ()
인자가 한 개: (one) 또는 one
인자가 여러 개: (one, two)
인자의 타입은 생략 가능(컴파일러가 추론하지만 명시도 가능)

바디

화살표 오른쪽에 함수 본문 정의
여러 줄인 경우 {} 사용
한 줄인 경우 바디, return 생략 가능

변수 캡처(Variable Capture)

로컬 변수 캡처
- final, effective final 인 경우에만 참조 가능
- 그렇지 않을 경우, concurrency 문제가 발생할 수 있어서 컴파일러가 방지
effective final
- 자바 8부터 지원하는 기능
- final 키워드를 사용하지 않지만, 변경이 없는 변수를 익명 클래스 구현체, 람다에서 참조 가능
람다는 익명 클래스 구현체와 달리 Shadowing하지 않음
- 익명 클래스는 새로운 스콥을 만들지만, 람다는 람다를 감싸고 있는 스콥과 같음
- 람다를 감싼 스콥에 있는 동일한 이름의 변수 정의 불가

Method Reference

Method References 를 사용해서 메소드, 생성자 호출를 매우 간결하게 표현 가능

@Test
void static_method_reference() throws Exception {
    // static method reference(Type::static-method)
    UnaryOperator<String> hi = Greeting::hi;
    assertEquals("hi aaron", hi.apply("aaron"));
}

@Test
void random_object_instance_method_reference() throws Exception {
    String[] names = {"ccc", "aaa", "bbb"};
    // random object instance method reference(Type::instance-method)
    Arrays.sort(names, String::compareToIgnoreCase);
    assertEquals("[aaa, bbb, ccc]", Arrays.toString(names));
}

@Test
void no_arg_constructor_reference() throws Exception {
    // no arg constructor reference(Type::new)
    Supplier<Greeting> greetingSupplier = Greeting::new;
    Greeting greeting = greetingSupplier.get();
    // specific object instance method reference(Object-reference::instance-method)
    UnaryOperator<String> hello = greeting::hello;

    assertEquals("Hello Aaron", hello.apply("Aaron"));
}

@Test
void AllArgsConstructor() throws Exception {
    // arg constructor reference(Type::new)
    Function<String, Greeting> greetingFunction = Greeting::new;
    Greeting greeting = greetingFunction.apply("aaron");
    assertEquals("aaron", greeting.getName());
}

@Getter
@NoArgsConstructor
@AllArgsConstructor
private class Greeting {
    private String name;

    public String hello(String name) {
        return "Hello " + name;
    }

    public static String hi(String name) {
        return "hi " + name;
    }
}

Interface

Default Methods

Collection interface

/**
 * Removes all of the elements of this collection that satisfy the given
 * predicate...
 *
 * @implSpec
 * The default implementation traverses all elements of the collection using
 * its {@link #iterator}.  Each matching element is removed using
 * {@link Iterator#remove()}.  If the collection's iterator does not
 * support removal then an {@code UnsupportedOperationException} will be
 * thrown on the first matching element.
 *
 * ...
 */
default boolean removeIf(Predicate<? super E> filter) {
    Objects.requireNonNull(filter);
    boolean removed = false;
    final Iterator<E> each = iterator();
    while (each.hasNext()) {
        if (filter.test(each.next())) {
            each.remove();
            removed = true;
        }
    }
    return removed;
}

인터페이스에 메소드 선언이 아니라 구현체를 제공하는 방법
구현 클래스를 깨뜨리지 않고 새 기능 추가 가능
Default Methods 는 구현체 모르게 추가된 기능으로 리스크 존재
- 컴파일 에러는 아니지만 구현체에 따라 런타임 에러(ex. NPE) 발생 가능
- 반드시 문서화 필요(@implSpec 사용)
- 필요 시 구현체가 재정의
Object 가 제공하는 기능(equals, hasCode)은 기본 메소드로 제공 불가
- 구현체가 재정의
본인이 수정할 수 있는 인터페이스에만 기본 메소드 제공 가능
인터페이스를 상속받는 인터페이스에서 기본 메소드를 다시 추상 메소드로 변경 가능
기본 메소드가 충동하는 경우 직접 오버라이딩 필요
Evolving Interfaces

Static Method

해당 타입 관련 헬퍼, 유틸리티 메소드 제공 시 유용

Java 8 Default Methods

Iterable 기본 메소드

private static final List<String> name = List.of("park", "aaron", "keesun", "whiteship");

@Test
void forEach() throws Exception {
    /**
     * default void forEach(Consumer<? super T> action)
     * - 모든 요소가 처리되거나 예외가 발생할 때까지 Iterable 각 요소에 대해 지정된 작업 수행
     */
    name.forEach(System.out::println);
}

@Test
void spliterator() throws Exception {
    /**
     * default Spliterator<E> spliterator()
     * - Creates a Spliterator over the elements described by this Iterable.
     */
    Spliterator<String> spliterator1 = name.spliterator();
    Spliterator<String> spliterator2 = spliterator1.trySplit();
    while(spliterator1.tryAdvance(System.out::println)); // keesun, whiteship
    while(spliterator2.tryAdvance(System.out::println)); // park, aaron
}

Collection 기본 메소드

parallelStream(), spliterator()

private List<String> name = new ArrayList<>();

@BeforeEach
void beforeEach() {
    name.add("park");
    name.add("aaron");
    name.add("keesun");
    name.add("whiteship");
}

@Test
void stream() throws Exception {
    /**
     * default Stream<E> stream()
     */
    long count = name.stream()
            .map(String::toUpperCase)
            .filter(s -> s.startsWith("A"))
            .count();

    Assertions.assertEquals(1, count);
}

@Test
void removeIf() throws Exception {
    /**
     * default Stream<E> stream()
     */
    name.removeIf(s -> s.startsWith("w"));
    Assertions.assertEquals(3, name.size());
}

Comparator 기본 메소드 및 스태틱 메소드

thenComparing()
static reverseOrder() / naturalOrder()
static nullsFirst() / nullsLast()
static comparing()

private List<String> name = new ArrayList<>();

@BeforeEach
void beforeEach() {
    name.add("park");
    name.add("aaron");
    name.add("keesun");
    name.add("whiteship");
}

@Test
void sort() throws Exception {
    /**
     * default void sort(Comparator<? super E> c)
     */
    // 순차정렬
    name.sort(String::compareToIgnoreCase);

    // 역순정렬
    Comparator<String> compareToIgnoreCase = String::compareToIgnoreCase;
    name.sort(compareToIgnoreCase.reversed());
}

Spliterator 기본 메소드

forEachRemaining(Consumer)
getExactSizeIfKnown()
hasCharacteristics()
getComparator()

Stream

Package java.util.stream

Stream

데이터를 담고 있는 저장소(컬렉션)가 아니라, 어떠한 연속된 데이터를 처리하는 오퍼레이션들의 모음
스트림 처리 시 데이터 원본은 변경하지 않음
스트림으로 처리하는 데이터는 오직 한 번만 처리
실시간으로 스트림 데이터가 들어올 경우 무한 처리(Short Circuit 메소드를 사용해서 제한 가능)
중개 오퍼레이션은 근본적으로 lazy 특성을 가짐
데이터가 방대한 경우 parallelStream() 으로 손쉽게 병렬 처리 가능
- 스레드 생성, 병렬처리 후 수집, 스레드 간 컨텍스트 스위칭 등의 비용으로 무조건 빨라지는 건 아님

스트림 파이프라인

0 또는 다수의 중개 오퍼레이션과 한 개의 종료 오퍼레이션으로 구성
스트림의 데이터 소스는 오직 터미널 오퍼네이션을 실행할 때에만 처리

중개 오퍼레이션(intermediate operation)

Stream 리턴
Stateless / Stateful 오퍼레이션으로 더 상세하게 구분 가능
- 대부분 Stateless operation
- 이전 소스 데이터를 참조해야 하는 오퍼레이션(ex. distinct, sorted)은 Stateful 오퍼레이션
filter, map, limit, skip, sorted ...

종료 오퍼레이션(terminal operation)

Stream 리턴 X
collect, allMatch, count, forEach, min, max ...

Stream API

StreamTest

필터링

@Test
@DisplayName("spring 으로 시작하는 수업")
void test01() {
    /**
     * Stream<T> filter(Predicate<? super T> predicate);
     */
    List<OnlineClass> springClass = springClasses.stream()
            .filter(oc -> oc.getTitle().startsWith("spring"))
            .collect(Collectors.toList());
    Assertions.assertEquals(5, springClass.size());
}

스트림 변경

@Test
@DisplayName("수업 이름만 모아서 스트림 만들기")
void test03() {
    /**
     * <R> Stream<R> map(Function<? super T, ? extends R> mapper);
     */
    springClasses.stream()
            .map(OnlineClass::getTitle)
            .forEach(System.out::println);
}

...

@Test
@DisplayName("두 수업 목록에 들어 있는 모든 수업 아이디")
void test04() {
    /**
     * <R> Stream<R> flatMap(Function<? super T, ? extends Stream<? extends R>> mapper);
     */
    List<OnlineClass> allClasses = aaronEvents.stream()
            .flatMap(Collection::stream)
            .collect(Collectors.toList());

    Assertions.assertEquals(8, allClasses.size());
}

스트림 생성과 제한

@Test
@DisplayName("10부터 1씩 증가하는 무제한 스트림 중에서 앞에 10개 빼고 최대 10개 까지만")
void test05() {
    /**
     * public static<T> Stream<T> iterate(final T seed, final UnaryOperator<T> f)
     * Stream<T> skip(long n);
     * Stream<T> limit(long maxSize);
     * long count();
     */
    long count = Stream.iterate(10, i -> i + 1)
            .skip(10)
            .limit(10)
            .count();
    Assertions.assertEquals(10, count);
}

스트림에 있는 데이터가 특정 조건을 만족하는지 확인

@Test
@DisplayName("자바 수업 중 Test가 들어 있는 수업이 있는지 확인")
void test06() {
    /**
     * boolean anyMatch(Predicate<? super T> predicate);
     * boolean allMatch(Predicate<? super T> predicate);
     * boolean noneMatch(Predicate<? super T> predicate);
     */
    boolean result = javaClasses.stream()
            .anyMatch(oc -> oc.getTitle().contains("Test"));
    Assertions.assertTrue(result);
}

스트림을 데이터 하나로 뭉치기

reduce(identity, BiFunction), collect(), sum(), max()

Optional

Class Optional

OptionalInt.of(10);
Optional.empty();
Optional.ofNullable(progress);

NullPointerException 을 만나는 이유

null 을 리턴하고, null 체크를 놓치기 떄문

메소드에서 작업 중 특별한 상황에서 값을 제대로 리턴할 수 없는 경우 선택할 수 있는 방법

예외 던진기 (스택트레이스를 찍어다보니 비싼 비용 발생)
null 리턴 (클라이언트쪽에서 null 처리 필요)
Optional 리턴 (클라이언트에게 명시적으로 빈 값일 수도 있다는 것을 전달하고, 빈 값인 경우에 대한 처리를 강제)

Optional

한 개의 값이 들어있을 수도 없을 수도 있는 컨네이너

주의점

리턴값으로만 사용 권장
- 메소드 매개변수 타입으로 사용 시, 번거롭게 null + optional 체크 필요
- 맵의 키 타입으로 사용 시, 맵의 키가 없을 수도 있다는 위험 제공
- 인스턴스 필드 타입으로 사용 시, 필드가 없을 수도 있다는 위험 제공
null 대신 Optional.empty() 리턴 권장
Primitive Type Optional 제공
- 박싱, 언박싱 발생을 방지하고, 성능 향상을 위해 사용 권장
- OptionalInt, OptionalLong ...
Collection, Map, Stream Array, Optional은 Opiontal 로 두 번 감싸지 않기

Tired of Null Pointer Exceptions? Consider Using Java SE 8's "Optional"!

Optional API

OptionalTest

Optional 생성

Optional.of()
Optional.ofNullable()
Optional.empty()

Optional 값 포함 여부 확인

optional.isPresent()
optional.isEmpty() // Java 11 이후

Optional 값 가져오기

optional.get(); // 비어있을 경우 NoSuchElementException 예외 발생

Optional 에 값이 존재할 경우 동작 수행

optional.ifPresent(oc -> System.out.println(oc.getTitle()));

Optional 에 값이 있을 경우 꺼내고, 무조건 새로운 클래스 생성

optional.orElseGet(OptionalTest::createNewClass);

Optional 에 값이 있을 경우 꺼내고, 없으면 새로운 클래스 제공

result.orElseGet(OptionalTest::createNewClass);

Optional 에 값이 있을 경우 꺼내고, 없으면 예외

assertThrows(NoSuchElementException.class, () -> {
    result.orElseThrow();
});

assertThrows(IllegalStateException.class, () -> {
    result.orElseThrow(IllegalStateException::new);
});

Optional 값을 필터링

Optional<OnlineClass> jpaClass = result.filter(Predicate.not(OnlineClass::isClosed));

Optional 값을 매핑(변환)

Optional<Integer> jpaClassId = result.map(OnlineClass::getId);

flatMap(Function): Optional 안에 들어있는 인스턴스가 Optional 인 경우 편리

Date & Time API

java 8 에 새로운 날짜/시간 API 가 생긴 이유

그 전까지 사용하던 java.util.Date 클래스는 mutable 하기 때문에 thead safe 하지 않음
클래스 이름이 명확하지 않음(Date 인데 시간까지 다루는 등..)
버그가 발생할 여지가 많음(타입 안정성이 없고, 월이 0부터 시작하는 등..)
날짜, 시간 처리가 복잡한 애플리케이션에서는 보통 Joda Time 사용

java 8 에서 제공하는 Date-Time API

JSR-310 스팩 구현체 제공
Design Principles
- Clear: 동작이 명확하고 예상 가능
- Fluent: 유연한 인터페이스 제공. 메소드 호출을 연결하여 간결함 제공
- Immutable: 불변 객체 생성, thead safe
- Extensible: 확장 가능

주요 API

기계용 시간(machine time)과 인류용 시간(human time)으로 구분
기계용 시간
- EPOCK(1970년 1월 1일 0시 0분 0초)부터 현재까지의 타임스탬프를 표현
- 타임스탬프는 Instant 사용
인류용 시간
- 우리가 흔히 사용하는 연,월,일,시,분,초 등을 표현
- 특정 날짜(LocalDate), 시간(LocalTime), 일시(LocalDateTime) 사용 가능
- 기간을 표현할 때는 Duration(시간 기반)과 Period(날짜 기반) 사용 가능
- DateTimeFormatter 를 사용해서 일시를 특정한 문자열로 포매팅 가능

참고

DateTest.java

기계용 시간(machine time) 표현

UTC(Universal Time Coordinated) == GMT(Greenwich Mean Time)
보통 시간을 재는 경우 사용

Instant instant = Instant.now();
System.out.println(instant); // 2023-09-30T12:44:46.452980Z
System.out.println(instant.atZone(ZoneId.of("UTC"))); // 2023-09-30T12:44:46.452980Z[UTC]
System.out.println(instant.atZone(ZoneId.of("GMT"))); // 2023-09-30T12:45:17.336132Z[GMT]

ZoneId zone = ZoneId.systemDefault();
ZonedDateTime zonedDateTime = instant.atZone(zone);
System.out.println(zone); // Asia/Seoul
System.out.println(zonedDateTime); // 2023-09-30T21:44:46.452980+09:00[Asia/Seoul]

인류용 시간(human time) 표현

LocalDateTime.of(int, Month, int, int, int, int): 로컬 특정 일시
ZonedDateTime.of(int, Month, int, int, int, int, ZoneId): 특정 Zone 의 특정 일시

LocalDateTime now = LocalDateTime.now(); // 현재 시스템 Zone 일시
System.out.println(now); // 2023-09-30T21:57:26.029797

LocalDateTime today = LocalDateTime.of(20023, Month.SEPTEMBER, 30, 0, 0, 0, 0);
System.out.println(today); // +20023-09-30T00:00

ZonedDateTime nowInLosAngeles = ZonedDateTime.now(ZoneId.of("America/Los_Angeles"));
System.out.println(nowInLosAngeles); // 2023-09-30T05:57:26.033318-07:00[America/Los_Angeles]

Instant instant = Instant.now();
ZonedDateTime zonedDateTime = instant.atZone(ZoneId.of("America/Los_Angeles"));
System.out.println(zonedDateTime); // 2023-09-30T05:57:26.034100-07:00[America/Los_Angeles]

날짜 연산

LocalDateTime now = LocalDateTime.now();
LocalDateTime plusDay = now.plus(10, ChronoUnit.DAYS);
LocalDateTime plusMonth = now.plus(2, ChronoUnit.MONTHS);

기간 표현

// Machine Time Duration
Instant now = Instant.now();
Instant plus = now.plus(10, ChronoUnit.SECONDS);
Duration between = Duration.between(now, plus);
System.out.println(between.getSeconds()); // 10

// Human Time Period
LocalDate today = LocalDate.now();
LocalDate christmas = LocalDate.of(2023, Month.DECEMBER, 25);

Period period = Period.between(today, christmas);
System.out.println(period.getMonths()); // 2

Period until = today.until(christmas);
System.out.println(until.getDays()); // 25

Pasing/Formatting

DateTimeFormatter

// formatting
LocalDateTime now = LocalDateTime.now();
DateTimeFormatter formatter = DateTimeFormatter.ofPattern("yyyy/MM/dd");
System.out.println(now.format(formatter)); // 2023/09/30

DateTimeFormatter isoLocalDate = DateTimeFormatter.ISO_LOCAL_DATE;
System.out.println(now.format(isoLocalDate)); // 2023-09-30

// parsing
DateTimeFormatter formatter = DateTimeFormatter.ofPattern("yyyy/MM/dd");
LocalDate parse = LocalDate.parse("2023/09/30", formatter);
System.out.println(parse); // 2023-09-30

레거시 API 지원

GregorianCalendar, Date 타입의 인스턴스를 Instant/ZonedDateTime 으로 변환 가능
java.util.TimeZone 에서 java.time.ZoneId 로 상호 변환 가능

Date date = new Date(); // Sat Sep 30 22:24:04 KST 2023
Instant instant = date.toInstant(); // 2023-09-30T13:24:04.618Z
Date dateFromInstant = Date.from(instant);

GregorianCalendar gregorianCalendar = new GregorianCalendar(); // java.util.GregorianCalendar[time=1696080458867,areFieldsSet=true,areAl...
ZonedDateTime zonedDateTime = gregorianCalendar.toInstant().atZone(ZoneId.systemDefault()); // 2023-09-30T22:27:38.867+09:00[Asia/Seoul]
GregorianCalendar gregorianCalendarFromZonedDateTime = GregorianCalendar.from(zonedDateTime);

ZoneId zoneId = TimeZone.getTimeZone("PST").toZoneId(); // America/Los_Angeles
TimeZone timeZone = TimeZone.getTimeZone(zoneId); // sun.util.calendar.ZoneInfo[id="America/Los_Angeles",of
ZoneId timeZoneFromZonId = timeZone.toZoneId();

CompletableFuture

Java Concurrency

Concurrent Software

동시에 여러 작업을 할 수 있는 소프트웨어

Java Concurrency Programming

멀티프로세싱(ProcessBuilder)
멀티쓰레드

Java multi-thread Programming

Thread / Runnable

쓰레드 주요 기능(example)

sleep: 현재 쓰레드 멈추기
- 다른 쓰레드가 처리할 수 있도록 기회 제공(락을 놓진 않음, 데드락 발생 가능)
interrupt: 다른 쓰레드 깨우기
- 다른 쓰레드를 깨워서 interruptedExeption 발생
join: 다른 쓰레드 대기
- 다른 쓰레드가 끝날 때까지 대기

다수의 스레드를 코딩으로 관리하기 어려움. Execute 생성.

Executors

High-Level Concurrency Programming

쓰레드를 생성하고 관리하는 작업을 애플리케이션에서 분리하고 Executors 에게 위임

Executors 의 하는 일

쓰레드 생성: 애플리케이션이 사용할 쓰레드 풀을 만들어 관리
쓰레드 관리: 쓰레드 생명 주기를 관리
작업 처리 및 실행: 쓰레드로 실행할 작업을 제공할 수 있는 API 제공

주요 인터페이스

Executor: execute(Runnable)
ExecutorService: Executor 를 상속 받은 인터페이스
- Callable, Runnable 실행, Executor 종료
- 여러 Callable 동시 실행 등의 기능 제공
ScheduledExecutorService: ExecutorService 를 상속 받은 인터페이스
- 특정 시간 이후 또는 주기적으로 작업 실행

example

/**
 * ExecutorService
 * 
 * void shutdown(): 이전에 제출된 작업이 실행되지만 새 작업은 허용되지 않는 순차적 종료(Graceful Shutdown)
 * List<Runnable> shutdownNow(): 현재 실행 중인 모든 작업을 중지하려고 시도하고, 대기 중인 작업의 처리를 중지하고, 실행 대기 중인 작업 목록을 반환
 */
ExecutorService executorService = Executors.newSingleThreadExecutor();
executorService.submit(() -> System.out.println("Thread " + Thread.currentThread().getName()));

executorService.shutdown();

/**
 * ScheduledExecutorService.schedule
 */
ScheduledExecutorService executorService = Executors.newSingleThreadScheduledExecutor();
executorService.schedule(() ->
                System.out.println("Thread " + Thread.currentThread().getName()),
        5, TimeUnit.SECONDS);

executorService.shutdown();

...

/**
 * ScheduledExecutorService.scheduleAtFixedRate
 */
ScheduledExecutorService executorService = Executors.newSingleThreadScheduledExecutor();
executorService.scheduleAtFixedRate(() ->
                System.out.println("Thread " + Thread.currentThread().getName()),
        1, 2, TimeUnit.SECONDS);

Fork/Join 프레임워크

ExecutorService 구현체로 쉬운 멀티 프로세서 활용 지원

Callable & Future

Callable

Runnable 과 유사하지만 작업의 결과를 리턴

Future

비동기적인 작업의 현재 상태를 조회하거나 결과 리턴

CallableAndFuture.java

/**
 * V get(): 결과 가져오기
 *
 * - Blocking Call: 값을 가져올 때까지 대기
 * - timeout(최대 대기 시간) 설정 가능
 */
future.get();

/**
 * boolean isDone(): 작업 상태 확인
 */
boolean isDone = future.isDone());

/**
 * boolean cancel(boolean mayInterruptIfRunning): 진행중인 작업을 interrupt 요청으로 종료
 * - parameter
 *   - true: 현재 진행중인 쓰레드를 interrupt
 *   - false: 현재 진행중인 작업이 끝날때까지 대기
 * - 취소 했으면 true 못 했으면 false 리턴
 * - 취소 이후에 get() 요청 시 CancellationException 발생
 */
boolean cancel = future.cancel(true);

/**
 * <T> List<Future<T>> invokeAll(Collection<? extends Callable<T>> tasks)
 * - 동시에 실행(가장 오래 걸리는 작업 만큼 시간 소요)
 */
List<Future<String>> futures = executorService.invokeAll(Arrays.asList(hello, the, java));

/**
 * <T> T invokeAny(Collection<? extends Callable<T>> tasks)
 * - Blocking Call
 * - 동시 실행 작업 중 가장 짧게 소요되는 작업 만큼 시간 소요
 */
String result = executorService.invokeAny(Arrays.asList(hello, the, java));

CompletableFuture

자바에서 비동기(Asynchronous) 프로그래밍이 가능하도록 지원하는 인터페이스

Future 로도 비동기 처리가 어느정도 가능하지만, 어려운 작업들이 다수 존재
- Future 를 외부에서 완료 처리 불가
  - cancel(), get() 타임아웃 설정은 가능
- 블로킹 코드(ex. get())를 사용하지 않고서는 작업이 끝났을 때 콜백 실행 불가
- 여러 Future 조합 불가
  - ex. 행사 정보 조회 후 행사 참석 회원 목록 조회하기
- 예외 처리용 API 제공 X

CompletableFuture

Implements Future, CompletionStage

비동기로 작업 실행하기

CompletableFutureTestApp.java

/**
 * CompletableFuture
 * - 외부에서 Complete 울 명시적으로 시킬 수 있음
 * - Executor 를 만들어서 사용할 필요가 없음
 */
CompletableFuture<String> future = new CompletableFuture<>();
future.complete("aaron"); // 특정 시간 이내에 응답이 없으면 기본 값으로 리턴하도록 설정 가능

/**
 * public T get() throws InterruptedException, ExecutionException: 결과 반환
 * public T join(): get() 과 동일하지만 Unchecked Exception
 */
System.out.println(future.get());

...

/**
 * runAsync(): 리턴값이 없는 비동기 작업
 */
CompletableFuture<Void> future = CompletableFuture.runAsync(() -> System.out.println("Hello " + Thread.currentThread().getName()));

future.get();

...

/**
 * supplyAsync(): 리턴값이 있는 비동기 작업
 */
CompletableFuture<String> future = CompletableFuture.supplyAsync(() -> {
    System.out.println("Hello " + Thread.currentThread().getName());
    return "Hello";
});

System.out.println(future.get());

콜백 제공하기

콜백 자체를 또 다른 쓰레드에서 실행 가능
ForkJoinPool
CompletableFutureCallbackTestApp.java

/**
 * public <U> CompletableFuture<U> thenApply(Function<? super T,? extends U> fn)
 * - 리턴값을 받아서 다른 값으로 바꾸고 리턴하는 콜백
 */
CompletableFuture<String> future = CompletableFuture.supplyAsync(() -> {
    System.out.println("Hello " + Thread.currentThread().getName());
    return "Hello";
}).thenApply(s -> s.toUpperCase());

System.out.println(future.get()); // HELLO

...

/**
 * public CompletableFuture<Void> thenAccept(Consumer<? super T> action)
 * - 리턴값으로 또 다른 작업을 처리하고 리턴이 없는 콜백
 */
CompletableFuture<Void> future = CompletableFuture.supplyAsync(() -> {
    System.out.println("Hello " + Thread.currentThread().getName());
    return "Hello";
}).thenAccept(s -> {
    System.out.println(s.toUpperCase());
});

future.get(); // HELLO

...

/**
 * public CompletableFuture<Void> thenRun(Runnable action)
 * - 리턴값을 받지 않고 다른 작업을 처리하는 콜백
 */
CompletableFuture<Void> future = CompletableFuture.runAsync(() -> {
    System.out.println("Hello " + Thread.currentThread().getName());
}).thenRun(() -> {
    System.out.println(Thread.currentThread().getName());
});

future.get();

...

/**
 * 원하는 Executor(thread-pool)를 사용해서 실행 가능
 * - default: ForkJoinPool.commonPool()
 */
ExecutorService executorService = Executors.newFixedThreadPool(4);
CompletableFuture<Void> future = CompletableFuture.runAsync(() -> {
    System.out.println("Hello " + Thread.currentThread().getName());
}, executorService).thenRunAsync(() -> {
    System.out.println(Thread.currentThread().getName());
}, executorService);

future.get(); // pool-1-thread-2

executorService.shutdown();

조합하기

CombinationTestApp.java

/**
 * public <U> CompletableFuture<U> thenCompose(Function<? super T, ? extends CompletionStage<U>> fn)
 * - 연관이 있는 두 작업이 서로 이어서 실행하도록 조합
 */
CompletableFuture<String> hello = CompletableFuture.supplyAsync(() -> {
    System.out.println("Hello " + Thread.currentThread().getName());
    return "Hello";
});

CompletableFuture<String> future = hello.thenCompose(CombinationTestApp::getWorld);
System.out.println(future.get());



private static CompletableFuture<String> getWorld(String message) {
    return CompletableFuture.supplyAsync(() -> {
        System.out.println("World " + Thread.currentThread().getName());
        return message + " World";
    });
}

...

/**
 * public <U,V> CompletableFuture<V> thenCombine(CompletionStage<? extends U> other, BiFunction<? super T, ? super U, ? extends V> fn)
 * - 연관이 없는 두 작업을 독립적으로 실행하고 두 작업이 모두 종료되었을 때 콜백 실행
 */
CompletableFuture<String> future = hello.thenCombine(world, (h, w) -> h + " " + w);

...

/**
 * public static CompletableFuture<Void> allOf(CompletableFuture<?>... cfs)
 * - 여러 작업을 모두 실행하고 모든 작업 결과에 콜백 실행
 */
CompletableFuture[] futures = {hello, world};
CompletableFuture<List<Object>> results = CompletableFuture.allOf(futures)
        .thenApply(v -> Arrays.stream(futures)
                .map(CompletableFuture::join)
                .collect(Collectors.toList()));

results.get().forEach(System.out::println);

...

/**
 *  public static CompletableFuture<Object> anyOf(CompletableFuture<?>... cfs)
 *  - 여러 작업 중에 가장 빨리 종료된 하나의 결과에 콜백 실행
 */
CompletableFuture<Void> future = CompletableFuture.anyOf(hello, world).thenAccept(System.out::println);
future.get();
}

예외처리

CompletableFutureExceptionTestApp.java

/**
 * public CompletableFuture<T> exceptionally(Function<Throwable, ? extends T> fn)
 * - 예외 처리
 */
boolean throwError = true;
CompletableFuture<String> hello = CompletableFuture.supplyAsync(() -> {
    if (throwError) {
        throw new IllegalArgumentException();
    }

    System.out.println("Hello " + Thread.currentThread().getName());
    return "Hello";
}).exceptionally(ex -> {
    System.out.println(ex);
    return "Error!";
});

System.out.println(hello.get());

...

/**
 * public <U> CompletableFuture<U> handle(BiFunction<? super T, Throwable, ? extends U> fn)
 * - 성공 케이스와 예외 케이스 모두 처리
 */
boolean throwError = true;
CompletableFuture<String> hello = CompletableFuture.supplyAsync(() -> {
    if (throwError) {
        throw new IllegalArgumentException();
    }

    System.out.println("Hello " + Thread.currentThread().getName());
    return "Hello";
}).handle((result, ex) -> {
    if (ex != null) {
        System.out.println(ex);
        return "Error!";
    }
    return result;
});

System.out.println(hello.get());

Etc..

애노테이션의 변화

java 8 애노테이션 관련 두 가지 큰 변화

애노테이션을 타입 선언부(제네릭 타입, 변수 타입, 매개변수 타입, 예외 타입...)에도 사용 가능
- TYPE_PARAMETER: 타입 변수에만 사용 가능
- TYPE_USE: TYPE_PARAMETER 포함 모든 타입 선언부에 사용 가능
```
static class XXX<@Chicken T> {
  /**
   * <C> : type parameter
    * C : type
    */
  public static <@Chicken C> void print(C c){

  }
}
```

애노테이션 중복 사용 가능

// 중복 사용할 애노테이션
@Retention(RetentionPolicy.RUNTIME)
@Target(ElementType.TYPE_USE)
@Repeatable(ChickenContainer.class)
public @interface Chicken {
    String value();
}

...

// 중복 애노테이션 컨테이너
// 중복 애노테이션과 @Retention, @Target 이 같거나 더 넓어야 함
@Retention(RetentionPolicy.RUNTIME)
@Target(ElementType.TYPE_USE)
public @interface ChickenContainer {
    Chicken[] value();
}

...

@Chicken("양념")
@Chicken("마늘간장")
public class App {
    public static void main(String[] args) {
        ChickenContainer chickenContainer = App.class.getAnnotation(ChickenContainer.class);
        Arrays.stream(chickenContainer.value()).forEach(c -> {
            System.out.println(c.value());
        });
    }
}

Array Parallel Sorting

Arrays.parallelSort()

Fork/Join 프레임워크를 사용해서 배열을 병렬로 정렬하는 기능 제공
병렬 정렬 알고리듬
- 배열을 둘로 계속 쪼갠 후 합치면서 정렬

int size = 1500;
int[] numbers = new int[size];
Random random = new Random();

/**
 * Dual-Pivot Quicksort.
 * 알고리듬 효율성은 동일. 시간 O(n log(n)) 공간 O(n)
 */
IntStream.range(0, size).forEach(i -> numbers[i] = random.nextInt());
long start = System.nanoTime();
Arrays.sort(numbers);
System.out.println("serial sorting took " + (System.nanoTime() - start)); // 629500

IntStream.range(0, size).forEach(i -> numbers[i] = random.nextInt());
start = System.nanoTime();
Arrays.parallelSort(numbers);
System.out.println("parallel sorting took " + (System.nanoTime() - start)); // 400375

GC Metaspace

JVM의 여러 메모리 영역 중에 PermGen 메모리 영역이 없어지고 Metaspace 영역이 등장

PermGen(permanent generation)

클래스 메타데이터를 담는 저장소(Heap 영역)
기본값으로 제한된 크기를 가지고 있음

PermGen Elimination project is promoting

-XX:PermSize=N // PermGen 초기 사이즈 설정
-XX:MaxPermSize=N // PermGen 최대 사이즈 설정

Metaspace

클래스 메타데이터를 담는 저장소(Heap 영역이 아니라, Native Memory 영역)
기본값으로 제한된 크기를 가지고 있지 않음(필요한 만큼 계속 증가)

java 8 부터는 PermGen 관련 옵션은 무시

Java 8: From PermGen to Metaspace

-XX:MetaspaceSize=N // Metaspace 초기 사이즈 설정
-XX:MaxMetaspaceSize=N // Metaspace 최대 사이즈 설정

참고

JVM

JAVA, JVM, JDK, JRE

JVM(Java Virtual Machine)

자바 바이트 코드(.class)를 OS 특화된 코드로 변환(인터프리터와 JIT 컴파일러)하여 실행
- 특정 플랫폼에 종속적
바이트 코드를 실행하는 표준(JVM 자체는 표준)이자 구현체(특정 밴더가 구현한 JVM)
- JVM 밴더: Oracle, Amazon, Azul, ...
JVM 스팩

JRE(Java Runtime Environment): JVM + Library

자바 애플리케이션을 실행할 수 있도록 구성된 배포판
JVM 과 핵심 라이브러리 및 자바 런타임 환경에서 사용하는 프로퍼티 세팅이나 리소스 파일 보유
개발 관련 도구는 미포함(JDK에서 제공)

JDK(Java Development Kit): JRE + Development Tool

소스 코드를 작성할 때 사용하는 자바 언어는 플랫폼에 독립적
오라클은 자바 11부터는 JDK 만 제공하며 JRE 미제공
Write Once Run Anywhere(WORA, 한 번만 작성하면 어디에서든 실행 가능)

JAVA

프로그래밍 언어
JDK 에 들어있는 자바 컴파일러(javac)를 사용하여 바이트코드(.class)로 컴파일 가능
자바 유료화? 오라클에서 만든 Oracle JDK 11 버전부터 상용으로 사용 시에만 유료

JVM 언어

JVM 기반으로 동작하는 프로그래밍 언어
Clojure, Groovy, JRuby, Jython, Kotlin, Scala, ...

참고

JVM 구조

Class Loader System

.class 에서 바이트코드를 읽고 메모리에 저장
loading: 클래스 읽어오는 과정
linking: 레퍼런스를 연결하는 과정
initialization: static 값들을 초기화 및 변수에 할당

Memory

Java JVM Run-time Data Areas

Stack Area
- 쓰레드마다 런타임 스택을 만들고, 그 안에 메소드 호출을 스택 프레임이라 부르는 블럭으로 쌓음
- 쓰레드를 종료하면 런타임 스택도 소멸(쓰레드에서만 공유)
PC(Program Counter) registers Area
- 쓰레드마다 쓰레드 내 현재 실행할 instruction 위치를 가리키는 포인터 생성(쓰레드에서만 공유)
native method stack Area
- 쓰레드마다 생성되고, native method 호출 시 사용하는 별도의 method stack(쓰레드에서만 공유)
heap Area
- 객체 저장(공유 자원)
method Area
- 클래스 수준의 정보(클래스 이름, 패키지 경로, 부모 클래스 이름, 메소드, 변수)저장(공유 자원)

Execution Engine

인터프리터
- 바이트 코드를 한줄씩 실행
JIT(Just-In-Time) 컴파일러
- 인터프리터 효율을 높이기 위해 인터프리터가 반복되는 코드를 발견하면 JIT 컴파일러로 반복되는 코드를 네이티브 코드로 변경
- 그 다음부터 인터프리터는 네이티브 코드로 컴파일된 코드를 바로 사용
GC(Garbage Collector)
- 더이상 참조되지 않는 객체를 모아서 정리

JNI(Java Native Interface)

자바 애플리케이션에서 C, C++, 어셈블리로 작성된 함수를 사용할 수 있는 방법 제공
Native 키워드를 사용한 메소드 호출
A Simple Java Native Interface(JNI) example in Java and Scala

Native Method Library

C, C++로 작성된 라이브러리
JNI 를 통해 사용

참고

Class Loader System

로딩, 링크, 초기화 순으로 진행

Loading

클래스 로더가 .class 파일을 읽고 그 내용에 따라 적절한 바이너리 데이터를 만들고 Method Memory 영역에 저장
Method Memory 영역에 저장하는 데이터
- FQCN(Full Qualified Class Name)
- 클래스/인터페이스/이늄
- 메소드와 변수
로딩이 끝나면 해당 클래스 타입의 Class 객체를 생성하여 Heap 영역에 저장

클래스 로더는 계층 구조로 이뤄져 있으면 기본적으로 세가지 클래스 로더가 제공

BootstrapClassLoader
- 최상위 우선순위를 가진 클래스 로더
- JAVA_HOME\lib 에 있는 코어 자바 API 제공
PlatformClassLoader
- JAVA_HOME\lib\ext 폴더 또는 java.ext.dirs 시스템 변수에 해당하는 클래스를 읽음
AppClassLoader
- 애플리케이션 클래스 패스에서 클래스를 읽음
- 클래스 패스: 애플리케이션 실행 시 -classpath 옵션 또는 java.class.path 환경 변수 값에 해당하는 위치

최상위 클래스 로더부터 클래스를 참색하는데 모든 클래스 로더가 클래스를 찾지 못 한다면 ClassNotFoundException 발생

Linking

Verify: .class 파일 형식이 유효한지 체크
Preparation: 클래스 변수(static 변수)와 기본값에 필요한 메모리 준비
Resolve(optional): 심볼릭 메모리 레퍼런스를 메소드 영역에 있는 실제 레퍼런스로 교체

Initialization

Static 변수의 값을 할당(static 블럭이 있다면 이때 실행)

Bytecode Operation

코드 커버리지 측정

테스트 코드가 확인한 소스 코드 비율
JaCoCo documentation
Branch Coverage for Arbitrary Languages Made Easy

클래스 로딩 전 바이트코드 조작

프로그램 분석

코드에서 버그를 찾는 툴
코드 복잡도 계산

클래스 파일 생성

프록시
특정 API 호출 접근 제한
스칼라 같은 언어의 컴파일러

그밖에도 자바 소스코드를 건드리지 않고 코드 변경이 필요한 여러 경우에 사용 가능

프로파일러: CPU 사용률 및 메모리 사용량, Thread 정보 ..
최적화
로깅
...

스프링의 바이트코드 조작 툴 사용: 스프링 컴포넌트 스캔

빈으로 등록할 후보 클래스 정보를 찾는데 ASM 사용
ClassPathScanningCandidateComponentProvider -> SimpleMetadataReader
ClassReader, Visitor 를 사용해서 클래스에 있는 메타 정보 조회

참고

Living in the Matrix with Bytecode Manipulation(New Relic)

바이트코드 조작 라이브러리

ByteBuddy

.class 파일 자체를 변경시키는 방법
권장하는 라이브러리

new ByteBuddy().redefine(Moja.class)
        .method(named("pullOut")).intercept(FixedValue.value("Rabbit!"))
        .make().saveIn(new File("../target/classes/"))

Javassist

클래스 로더가 클래스를 읽어올 때 javaagent 를 거쳐서 변경된 바이트코드를 읽어옴
- premain: 시작 시 붙이는 방식
- agentmain: 런타임 중 동적으로 붙이는 방식
- java.lang.instrument 사용

public static void premain(String agentArgs, Instrumentation inst) {
    new AgentBuilder.Default()
          .type(ElementMatchers.any())
          .transform((builder, typeDescription, classLoader, javaModule) ->
          builder.method(named("pullOut")).intercept(FixedValue.value("Rabbit!"))).installOn(inst);
          }

ASM
CGlib

Reflection

리플렉션의 시작은 Class<T>

Class<T> 접근 방법

모든 클래스를 로딩 한 다음 Class<T> 인스턴스 생성
- 타입.class 로 접근 가능
모든 인스턴스는 getClass() 메소드 보유
- 인스턴스.getClass() 로 접근 가능
클래스를 문자열로 읽어오는 방법
- Class.forName("FQCN")
- 클래스패스에 해당 클래스가 없다면 ClassNotFoundException 발생

Class<Book> bookClass = Book.class;

Book book = new Book();
Class<? extends Book> aClass = book.getClass();

Class<?> aClass1 = Class.forName("com.example.java. reflection.Book");

Class<T> 를 통해 할 수 있는 것

필드(목록) 가져오기
메소드(목록) 가져오기
상위 클래스 가져오기
인터페이스(목록) 가져오기
애노테이션 가져오기
생성자 가져오기 ...
ReflectionTest

Annotation & Reflection

Annotaion

@Retention: 해당 애노테이션을 언제까지 유지할 것인가. (SOURCE, CLASS, RUNTIME)
@Target: 어디에 사용할 수 있는가. (TYPE, FIELD, METHOD, PARAMETER ..)
@Inherit: 해당 애노테이션을 하위 클래스까지 전달할 것인가.

@Retention(RetentionPolicy.RUNTIME)
@Target({ElementType.TYPE, ElementType.FIELD, ElementType.METHOD})
@Inherited
public @interface MyAnnotation {
    String name() default "aaron";
    int number();
}

Reflection

getAnnotations(): 상속받은(@Inherit) 애노테이션까지 조회
getDeclaredAnnotations(): 자기 자신에만 붙어있는 애노테이션 조회
ReflectionAnnotationTest

// 상속받은(@Inherit) 애노테이션까지 조회
Arrays.stream(Book.class.getAnnotations()).forEach(System.out::println);

// 자기 자신에만 붙어있는 애노테이션 조회
Arrays.stream(MyBook.class.getDeclaredAnnotations()).forEach(System.out::println);

// 애노테이션 정보 조회
@Test
void getAnnotatedFieldValue() throws Exception {
    Arrays.stream(Book.class.getDeclaredFields()).forEach(f -> {
        Arrays.stream(f.getAnnotations()).forEach(a -> {
            MyAnotherAnnotation myAnotherAnnotation = (MyAnotherAnnotation) a;
            System.out.println(f);
            System.out.println(myAnotherAnnotation.value());
        });
    });
}

Edit class information or Run

BallTest

/**
 * Class 인스턴스 생성하기
 */
Class<Ball> ballClass = Ball.class;
// ballClass.newInstance(); -> deprecated
Constructor<Ball> constructor = ballClass.getConstructor(String.class);
// 생성자로 인스턴스 생성
Ball ball = constructor.newInstance("myBall");
System.out.println(ball);

/**
 * Class Field 수정하기
 */
Field field = Ball.class.getDeclaredField("A");
// public static 은 특정 인스턴스에 해당하는 값이 아니라서 클래스 값에 해당하므로 인스턴스를 전달할 필요가 없음
System.out.println(field.get(null));
field.set(null, "newA");
System.out.println(field.get(null));

/**
 * Instance Field 수정하기
 */
Field field = Ball.class.getDeclaredField("b");
field.setAccessible(true); // private 필드 접근을 위한 설정
// 특정 인스턴스가 가지고 있는 값을 가져와야 하므로 인스턴스 필요
System.out.println(field.get(ball));
field.set(ball, "newB");
System.out.println(field.get(ball));

/**
 * Private Method 실행
 */
Method method = Ball.class.getDeclaredMethod("c");
method.setAccessible(true);
method.invoke(ball);

/**
 * Public Method 실행
 */
Method method = Ball.class.getDeclaredMethod("sum", int.class, int.class);
int invoke = (int) method.invoke(ball, 1, 2);
System.out.println(invoke);

Reflection 을 활용하여 간단한 DI 프레임워크 만들어보기

@Inject 선언으로 필드 주입을 해주는 컨테이너 서비스

ContainerService.getObject

classType 에 해당하는 타입의 객체 생성
해당 객체의 필드 중에 @Inject 가 있다면 해당 필드도 같이 만들어 제공

public static <T> T getObject(Class<T> classType) {
    T instance = createInstance(classType);
    Arrays.stream(classType.getDeclaredFields()).forEach(f -> {
        // @Inject 선언 필드 탐색
        if (f.getAnnotation(Inject.class) != null) {
            Object fieldInstance = createInstance(f.getType());
            f.setAccessible(true);
            try {
                //  @Inject 선언 필드에 인스턴스 주입
                f.set(instance, fieldInstance);
            } catch (IllegalAccessException e) {
                throw new RuntimeException();
            }
        }
    });

    return instance;
}

Reflection 정리

리플렉션 사용 시 주의

지나친 사용(무분별한 인스턴스 생성으로)은 성능 이슈를 야기할 수 있으므로 반드시 필요한 경우에만 사용 권장
컴파일 타임에 확인되지 않고 런타임 시에만 발생하는 문제를 만들 가능성 존재
접근 지시자 무시

리플렉션 사용 사례

Spring.
- 의존성 주입
- MVC View 에서 넘어온 데이터를 객체에 바인딩 할 때
Hibernate.
- @Entity 클래스에 Setter 가 없다면 리플렉션 사용

Reference.

Dynamic Proxy

런타임에 인터페이스/클래스의 프록시 인스턴스/클래스를 만들어 사용하는 프로그래밍 기법

Java Reflection - Dynamic Proxies
java.lang.reflect.proxy

Spring Data JPA 는 어떻게 동작할까?

인터페이스 타입의 인스턴스는 누가 만들어 줄까?
- JpaRepository 인터페이스를 상속받으면 객체도 생성되고, 빈으르도 등록
Spring AOP 기반으로 동작하며 RepositoryFactorySupport 에서 프록시 객체 생성
- 생성된 프록시 객체가 빈으로 등록되고 주입

Dynamic Proxy 사용 예

Spring Data JPA
Spring AOP
Mockito
Hibernate lazy initialzation ...

Proxy Pattern

프록시와 리얼 서브젝트가 공유하는 인터페이스가 있고, 클라이언트는 해당 인터페이스 타입으로 프록시 사용
클라이언트는 프록시를 거쳐서 리얼 서브젝트를 사용
- 프록시는 리얼 서브젝트에 대한 접근 관리, 부가 기능 제공, 리턴값 변경 가능
리얼 서브젠트는 자신이 해야 할 일만 하면서(SRP) 프록시 사용
- 부가적인 기능(접근 제한, 로깅, 트랜잭션 등) 제공 시 프록시 패턴을 주로 사용

단점

프록시 패턴으로 구현하는 것은 번거로운 일
부가적인 기능을 추가할 때마다 별도 프록시 생성 필요
프록시로 프록시를 감싸야 하는 일도 발생
모든 구현체에서 원래 타겟으로 위임하면서 중복 코드 발생

Proxy Pattern example

프록시 패턴의 문제를 해결하기 위해 동적으로 런타임에 프록시를 생성해내는 다이나믹 프록시 등장

Dynamic Proxy

런타임에 특정 인터페이스들을 구현하는 클래스 또는 인스턴스를 만드는 기술

BookService defaultBookService = (BookService) Proxy.newProxyInstance(
        BookService.class.getClassLoader(),
        new Class[]{BookService.class}, // 어떤 인텉페이스 타입의 구현체인지
        new InvocationHandler() { // 프록시에 어떤 메소드가 호출이 될 때 그 메소드 호출을 어떻게 처리할지에 대한 설명
            BookService bookService = new DefaultBookService();

            @Override
            public Object invoke(Object proxy, Method method, Object[] args) throws Throwable {
                if (method.getName().equals("rent")) {
                    System.out.println("qqqqq");
                    Object invoke = method.invoke(bookService, args);
                    System.out.println("zzzzz");
                    return invoke;
                }
                return method.invoke(bookService, args);
            }
        }
);

단점.

클래스 기반의 프록시 생성 불가 -> 인터페이스가 없을 경우 다이나믹 프록시 적용 불가
부가기능이 많아질수록 코드가 커지는 유연하지 않은 구조

프록시 기반 AOP 인 스프링 AOP 등장

Class Proxy

인터페이스 없이 프록시 만들기

CGlib

Spring, Hibernate 에서도 사용하는 라이브러리
버전 호환성이 좋지 않아서 서로 다른 라이브러리 내부에 내장된 형태로 제공되기도 함

MethodInterceptor handler = new MethodInterceptor() {
    BallService bookService = new BallService();
    @Override
    public Object intercept(Object o, Method method, Object[] args, MethodProxy methodProxy) throws Throwable {
        if (method.getName().equals("rent")) {
            System.out.println("bbbbb");
            Object invoke = method.invoke(bookService, args);
            System.out.println("ccccc");
            return invoke;
        }
        return method.invoke(bookService, args);
    }
};
BallService ballService = (BallService) Enhancer.create(BallService.class, handler);

Book book = new Book();
book.setTitle("spring");
ballService.rent(book);

ByteBuddy

바이트 코드 조작 뿐 아니라 런타임(다이나믹) 프록시 생성 시에도 사용

Class<? extends BallService> proxyClass = new ByteBuddy().subclass(BallService.class)
        .method(named("rent")).intercept(InvocationHandlerAdapter.of(new InvocationHandler() {
            BallService bookService = new BallService();

            @Override
            public Object invoke(Object proxy, Method method, Object[] args) throws Throwable {
                System.out.println("qqqq");
                Object invoke = method.invoke(bookService, args);
                System.out.println("eeee");
                return invoke;
            }
        }))
        .make().load(BallService.class.getClassLoader()).getLoaded();
BallService ballService = proxyClass.getConstructor(null).newInstance();

Book book = new Book();
book.setTitle("spring");
ballService.rent(book);

인터페이스 없이 프록시를 생성할 경우 단점

상속을 사용하지 못하는 경우 프록시 생성 불가
- Final 클래스인 경우
- Private 생성자만 있는 경우

가급적 프록시 적용 시 인터페이스를 만들어서 인터페이스 프록시를 사용하는 것을 권장

Annotation processor

애노테이션 프로세서 사용 예

Lombok
- 표준으로 작성해야 하는 코드를 개발자 대신 생성해 주는 라이브러리
AutoService
- java.util.ServiceLoader 용 파일 생성 유틸리티
@Override
- How do annotations like @Override work internally in Java?
- Reflection API 를 사용하여 슈퍼 클래스에 해당하는 메서드와 일치하는 항목이 없다면 컴파일 오류 발생
Dagger
- 컴파일 타임 DI 제공

장점

런타임 비용이 제로

단점

기존 클래스 코드를 변경할 때는 약간의 hack 필요

Lombok

Project Lombok
Lombok Execution Path
@Getter, @Setter 등의 애노테이션과 애노테이션 프로세서를 제공하여 표준 작성 코드를 개발자 대신 생성해주는 라이브러리

롬복의 동작 원리

컴파일 시점에 애노테이션 프로세서를 사용하여 소스코드의 AST(abstract syntax tree) 조작

롬복의 논란 거리

공개된 API 가 아닌 컴파일러 내부 클래스를 사용하여 기존 소스 코드를 조작
특히 이클립스의 경우엔 java agent 를 사용하여 컴파일러 클래스까지 조작하여 사용
해당 클래스들 역시 공개된 API 가 아니다보니 버전 호환성에 문제가 생길 수 있음
그럼에도 엄청난 편리함으로 널리 쓰이고, 대안이 몇가지 있지만 롬복의 모든 기능과 편의성을 대체 불가
- AutoValue
- Immutables

Annotation processor

Processor Interface

여러 라운드(rounds)에 거쳐 소스 및 컴파일 된 코드를 처리

AutoService

google/auto/service
ServiceProvider 레지스트리 생성기
컴파일 시점에 애노테이션 프로세서를 사용하여 META-INF/services/javax.annotation.processor.Processor 파일 자동 생성

javapoet

square/javapoet
소스 코드 생성 유틸리티

Interface Filer

Filer
소스 코드, 클래스 코드 및 리소스를 생성할 수 있는 인터페이스

@AutoService(Processor.class)
public class MagicMojaProcessor extends AbstractProcessor {
    @Override
    public Set<String> getSupportedAnnotationTypes() {
        return Set.of(Magic.class.getName());
    }

    @Override
    public SourceVersion getSupportedSourceVersion() {
        return SourceVersion.latestSupported();
    }

    @Override
    public boolean process(Set<? extends TypeElement> annotations, RoundEnvironment roundEnv) {
        Set<? extends Element> elements = roundEnv.getElementsAnnotatedWith(Magic.class);
        for (Element element : elements) {
            Name elementName = element.getSimpleName();
            // Magic annotation 이 Interface 가 아닌 다른 곳에 선언되어 있을 경우.
            if (element.getKind() != ElementKind.INTERFACE) {
                processingEnv.getMessager().printMessage(Diagnostic.Kind.ERROR, "Magic annotation can not be used on" + elementName);
            } else {
                processingEnv.getMessager().printMessage(Diagnostic.Kind.NOTE, "Processing " + elementName);
            }

            TypeElement typeElement = (TypeElement) element;
            ClassName className = ClassName.get(typeElement);

            // 메소드 생성
            MethodSpec pullOut = MethodSpec.methodBuilder("pullOut")
                    .addModifiers(Modifier.PUBLIC)
                    .returns(String.class)
                    .addStatement("return $S", "Rabbit!")
                    .build();

            // 클래스 생성
            TypeSpec magicMoja = TypeSpec.classBuilder("MagicMoja")
                    .addModifiers(Modifier.PUBLIC)
                    .addSuperinterface(className)
                    .addMethod(pullOut)
                    .build();
            Filer filer = processingEnv.getFiler();
            try {
                JavaFile.builder(className.packageName(), magicMoja)
                        .build()
                        .writeTo(filer);
            } catch (IOException e) {
                processingEnv.getMessager().printMessage(Diagnostic.Kind.ERROR, "FATALERROR:" + e);
            }
        }
        return true;
    }
}

참고.

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