[Java] 정적 멤버와 static
정적(static)은 '고정된'이라는 의미를 가지고 있다. 정적 멤버는 클래스에 고정된 멤버로서 객체를 생성하지 않고 사용할 수 있는 필드와 메소드를 말한다. 이들을 각각 정적 필드, 정적 메소드라고 부른다. 정적 멤버는 객체에 소속된 멤버가 아니라 클래스에 소속된 멤버이기 때문에 클래스 멤버라고도 한다.
정적 멤버 선언
정적 필드와 정적 메소드를 선언하는 방법은 필드와 메소드 선언 시 static 키워드를 추가적으로 붙이면 된다. 다음은 정적 필드와 정적 메소드를 선언하는 방법을 보여준다.
public class 클래스 {
// 정적 필드
static 타입 필드 [= 초기값];
// 정적 메소드
static 리턴 타입 메소드( 매개변수선언, ... ) { ... }
}정적 필드와 정적 메소드는 클래스에 고정된 멤버이므로 클래스 로더가 클래스를 로딩해서 메소드 메모리 영역에 적재할 때 클래스별로 관리된다. 따라서 클래스의 로딩이 끝나면 바로 사용할 수 있다.
필드를 선언할 때 인스턴스 필드로 선언할 것인가, 아니면 정적 필드로 선언할 것인가의 판단 기준은 객체마다 가지고 있어야 할 데이터라면 인스턴스 필드로 선언하고, 객체마다 가지고 있을 필요성이 없는 공용적인 데이터라면 정적 필드로 선언하는 것이 좋다. 예를 들어 Calculator 클래스에서 원의 넓이나 둘레를 구할 때 필요한 파이(𝞹)는 Calculator 객체마다 가지고 있을 필요가 없는 변하지 않는 공용적인 데이터이므로 정적 필드로 선언하는 것이 좋다. 그러나 객체별로 색깔이 다르다면 색깔은 인스턴스 필드로 선언해야 한다.
public class Caculator {
String color; // 계산기별로 색깔이 다를 수 있다.
static double pi = 3.14159; // 계산기에서 사용하는 파이값은 동일하다.
}
메소드의 경우, 인스턴스 메소드로 선언할 것인가, 아니면 정적 메소드로 선언할 것인가의 판단 기준은 인스턴스 필드를 이용해서 실행해야 한다면 인스턴스 메소드로 선언하고, 인스턴스 필드를 이용하지 않는다면 정적 메소드로 선언한다. 예를 들어 Calculator 클래스의 덧셈, 뺄셈 기능은 인스턴스 필드를 이용하기보다는 외부에서 주어진 매개값들을 가지고 덧셈과 뺄셈을 수행하므로 정적 메소드로 선언하는 것이 좋다. 그러나 인스턴스 필드인 색깔을 변경하는 메소드는 인스턴스 메소드로 선언해야 한다.
public class Caculator {
String color; // 인스턴스 필드
void setColor(String color) { this.color = color; } // 인스턴스 메소드
static int plus(int x, int y) { return x + y; } // 정적 메소드
static int minus(int x, int y) { return x - y; } // 정적 메소드
정적 멤버 사용
클래스가 메모리로 로딩되면 정적 멤버를 바로 사용할 수 있는데, 클래스 이름과 함께 도트 ( . ) 연산자로 접근한다. 예를 들어 Calculator 클래스가 다음과 같이 작성되었다면,
public class Calculator {
static double pi = 3.14159;
static int plus(int x, int y) { ... }
static int minus(int x, int y) { ... }
}정적 필드의 pi와 정적 메소드 plus(), minus()는 다음과 같이 사용할 수 있다.
double result1 = 10 * 10 * Calculator.pi;
int result2 = Calculator.plus(10, 5);
int result3 = Calculator.minus(10, 5);
정적 필드와 정적 메소드는 원칙적으로는 클래스 이름으로 접근해야 하지만 다음과 같이 객체 참조 변수로도 접근이 가능하다.
Calculator myCalcu = new Calculator();
double result1 = 10 * 10 * myCalcu.pi;
int result2 = myCalcu.plus(10, 5);
int result3 = myCalcu.minus(10, 5);하지만 정적 요소는 클래스 이름으로 접근하는 것이 좋다.
정적 초기화 블록
정적 필드는 다음과 같이 필드 선언과 동시에 초기값을 주는 것이 보통이다.
static double pi = 3.14159;그러나 계산이 필요한 초기화 작업이 있을 수 있다. 인스턴스 필드는 생성자에서 초기화하지만, 정적 필드는 객체 생성 없이도 사용해야 하므로 생성자에서 초기화 작업을 할 수 없다. 생성자는 객체 생성시에만 실행되기 때문이다. 그렇다면 정적 필드를 위한 초기화 작업은 어디에서 해야 할까? 자바는 정적 필드의 복잡한 초기화 작업을 위해서 정적 블록(static block)을 제공한다. 다음은 정적 블록의 형태를 보여준다.
static {
...
}정적 블록은 클래스가 메모리로 로딩될 때 자동적으로 실행된다. 정적 블록은 클래스 내부에 여러개가 선언되어도 상관없다. 클래스가 메모리로 로딩될 때 선언된 순서대로 실행된다. 다음 예제를 보다. Television은 세 개의 정적 필드를 가지고 있는데, company와 model은 선언 시 초기값을 주엇고 info는 초기화하지 않았다. info 필드는 정적 블록에서 company와 model 필드값을 서로 연결해서 초기값으로 설정한다.
public class Television {
static String company = "Samsung";
static String model = "LCD";
static String info;
static {
info = company + "=" + model;
}
}
정적 메소드와 블록 선언시 주의할 점
정적 메소드와 정적 블록을 선언할 때 주의할 점은 객체가 없어도 실행된다는 특징 때문에, 이들 내부에 인스턴스 필드나 인스턴스 메소드를 사용할 수 없다. 또한 객체 자신의 참조인 this 키워드도 사용이 불가능하다. 그래서 다음 코드는 컴파일 오류가 발생한다.
public class ClassName {
// 인스턴스 필드와 메소드
int field1;
void methos1() { ... }
// 정적 필드와 메소드
static int field2;
static void method2() { ... }
// 정적 블록
static {
field1 = 10; // (x)
method1(); // (x)
field2 = 10; // (o)
method2(); // (o)
}
// 정적 메소드
static void Method3 {
this.field1 = 10; // (x)
this.method(); // (x)
field2 = 10; // (o)
method2(); // (o)
}
}
정적 메소드와 정적 블록에서 인스턴스 멤버를 사용하고 싶다면 다음과 같이 객체를 먼저 생성하고 참조 변수로 접근해야 한다.
static void Method3() {
ClassName obj = new ClassName();
obj.field1 = 10;
obj.method1();
}
main() 메소드도 동일한 규칙이 적용된다. main() 메소드도 정적(static) 메소드이므로 객체 생성 없이 인스턴스 필드와 인스턴스 메소드를 main() 메소드에서 바로 사용할 수 없다. 따라서 다음은 잘못된 예제이다.
public class Car {
int speed;
void run() { ... }
public static void main(String[] args) {
speed = 60; // (x)
run(); // (x)
}
}main() 메소드를 올바르게 수정하면 다음과 같다.
public static void main(String[] args) {
Car myCar = new Car();
myCar.speed = 60;
myCar.run();
}
싱글톤(Singleton)
가끔 전체 프로그램에서 단 하나의 객체만 만들도록 보장해야 하는 경우가 있다. 단 하나만 생성된다고 해서 이 객체를 싱글톤(Singleton)이라고 한다. 싱글톤을 만들려면 클래스 외부에서 new 연산자로 생성자를 호출할 수 없도록 막아야 한다. 생성자를 호출한 만큼 객체가 생성되기 때문이다. 생성자를 외부에서 호출할 수 없도록 하려면 생성자 앞에 private 접근 제한자를 붙여주면 된다. 접근 제한자를 나중에 자세히 알아보도록 하겠다. 여기서는 외부에서 생성자 호출을 막기 위해 private를 붙여준다는 것만 알아두면 될 것이다.
그리고 자신의 타입인 정적 필드를 하나 선언하고 자신의 객체를 생성해 초기화한다. 참고로 클래스 내부에서는 new 연산자로 생성자 호출이 가능하다. 정적 필드도 private 접근 제한자를 붙여 외부에서는 new 연산자로 생성자 호출이 가능하다. 정적 필드도 private 접근 제한자를 붙여 외부에서 필드값을 변경하지 못하도록 막는다. 대신 외부에서 호출할 수 있는 정적 메소드인 getInstance()를 선언하고 정적 필드에서 참조하고 있는 자신의 객체를 리턴해준다. 다음은 싱글톤을 만드는 코드이다.
public class 클래스 {
// 정적 필드
private static 클래스 singleton = new 클래스();
// 생성자
private 클래스() {}
// 정적 메소드
static 클래스 getInstance() {
return singleton;
}
}
외부에서 객체를 얻는 유일한 방법은 getInstance() 메소드를 호출하는 방법이다. getInstance() 메소드는 단 하나의 객체만 리턴하기 때문에 아래 코드에서 변수1과 변수2는 동일한 객체를 참조한다.
클래스 변수 1 = 클래스.getInstance();
클래스 변수 2 = 클래스.getInstance();
다음은 싱글톤 예제들이다.
// Singleton.java
public class Singleton {
private static Singleton singleton = new Singleton();
private Singleton() {}
static Singleton get Instance() {
return singleton;
}
}
// SingletonExample.java
public class SingletonExample {
public static void main(String[] args) {
/*
Singleton obj1 = new Singleton(); // 컴파일 에러
Singleton obj2 = new Singleton(); // 컴파일 에러
*/
Singleton obj1 = Singleton.getInstance();
Singleton obj2 = Singleton.getInstance();
if(obj1 == obj2) {
System.out.println("같은 Singleton 객체 입니다.");
}
else {
System.out.println("다른 Singleton 객체 입니다.");
}
}
}