019 | Java - I/O, Thread, JVM

💙 File I/O

🤍 InputStream / OutputStream

• File 입출력 스트림 ⇒ 바이트 기반
  • 바이트기반 ⇒ 입출력단위: 1byte
• 스트림은 단방향으로만 데이터를 전송 ⇒ 입출력 동시에 처리 ⇒ 각각의 스트림이 필요
• 자바에서 입출력을 다루기 ⇒ InputStream / OutputStream
  • 입출력 스트림은 어떤 대상을 다루느냐에 따라 종류가 나뉩니다.
  • File을 다룰 때: FileInputStream / FileOutputStream 사용
  • 프로세스를 다룰 때: PipedInputStream / PipedOutputStream 사용

FileInputStream

echo FileInputStream >> fis.txt

• 보조스트림인 BufferedInputStream 사용하면 성능 향상
  • 버퍼 == 바이트배열
    • 여러 바이트를 저장하여 한번에 많은 양의 데이터를 입출력할 수 있도록 도와주는 임시 저장 공간

import java.io.BufferedInputStream;
import java.io.FileInputStream;
import java.io.IOException;

public class FileInputStreamEx {
    public static void main(String[] args) {
        try {
            FileInputStream fis = new FileInputStream("/practice/fis.txt");
            BufferedInputStream bis = new BufferedInputStream(fis);

            int i = 0;
            while((i = fis.read()) != -1) {  // fis.read()의 리턴값을 i에 저장한 후 값이 -1인지 확인
                System.out.println((char)i);
            }

            fis.close();
        } catch (Exception e) {
            System.out.println("에러: " + e.getMessage());
        }
    }
}

/*출력 결과
practice 폴더 안에 FileInputStream이라는 텍스트가 들어있는 fis.txt라는 텍스트 파일이 생성됨
*/

FileOutputStream

import java.io.FileOutputStream;

public class FileOutputStreamEx {
    public static void main(String[] args) {
        try {
            FileOutputStream fos = new FileOutputStream("/practice/fos.txt");
            String word = "FileOutStream";

            byte b[] = word.getBytes();
            fos.write(b);
            fos.close();
        } catch(Exception e) {
            System.out.println(e);
        }
    }
}

/*출력 결과
practice 폴더 안에 FileOutStream이라는 텍스트가 들어있는 fos.txt라는 텍스트 파일이 생성됨
*/

🤍 FileReader / FileWriter

• 문자 기반 스트림: 문자 데이터 다룰 때 사용
  • 유니코드(UTF-16)간의 변환을 자동으로 처리
• 문자 기반 스트림에서는
  • InputStream → Reader / OutputStream → Writer
  • FileInputStream → FileReader
  • FileOutputStream→ FileWriter
• FileReader: 인코딩 → 유니코드
• FileWriter는: 유니코드 → 인코딩

FileReader

import java.io.FileInputStream;
import java.io.FileReader;
import java.io.IOException;

public class FileReaderEx {
    public static void main(String[] args) {

        try {
            String fileName = "/practice/fis.txt";
				 // FileReader file = new FileReader(fileName);
            FileInputStream file = new FileInputStream(fileName);

            int data = 0;

            while((data = file.read()) != -1) {
                System.out.println((char)data);
            }
            file.close();
        } catch (IOException e) {
            System.out.println(e.getMessage());
        }
    }
}

• 한글 입력 후 FileReader → FileInputStream 변경 ⇒ 한글 깨짐
• 성능 개선: BufferedReader

FileWriter

import java.io.FileWriter;
import java.io.IOException;

public class FileWriterEx {
    public static void main(String[] args) {
        try {
            String fileName = "/Users/keson/practice/practice.txt";
            FileWriter writer = new FileWriter(fileName);

            String str = "written";
            writer.write(str);
            writer.close();
        } catch (IOException e) {
            System.out.println(e.getMessage());
        }
    }
}

/* 출력 결과
practice.txt 파일에 written 단어 써짐
*/

🤍 File

• File 클래스로 파일과 디렉토리에 접근 가능

import java.io.File;
import java.io.IOException;

public class FileEx {
    public static void main(String[] args) throws IOException {
        File file = new File("../practice.txt");

        System.out.println(file.getPath());
        System.out.println(file.getParent());
        System.out.println(file.getCanonicalPath());
        System.out.println(file.canWrite());
    }
}

• 파일 인스턴스 생성 != 파일 생성
  파일을 생성: 파일 인스턴스를 생성 시→ 첫 번째 인자에 경로 → 두 번째 인자에 파일명 → createNewFile() 메서드 호출

예시

현재 디렉토리(.)에서 확장자가 .txt인 파일명 앞에 “code”라는 문자열 붙여주기

import java.io.File;

public class FileNameEx {
    public static void main(String[] args) {
        File parentDir = new File("./");
        File[] list = parentDir.listFiles();

        String prefix = "code";

        for(int i = 0; i < list.length; i++) {
            String fileName = list[i].getName();

            if(fileName.endsWith("txt") && !fileName.startsWith("code")) {
                list[i].renameTo(new File(parentDir, prefix + fileName));
            }
        }
    }
}

✅ Ref. 

• FileInputStream

InputStream (Java Platform SE 7 )

• FileOutputStream

OutputStream (Java Platform SE 7 )

• reader

Reader (Java Platform SE 7 )

• writer

Writer (Java SE 11 & JDK 11 )

• File 메서드 확인

File (Java Platform SE 7 )

💙 Thread

🤍 쓰레드

프로세스와 쓰레드

• 프로그램: 실행 가능한 파일
• 프로세스: 실행중인 프로그램
  • 구성요소: 데이터, 컴퓨터 자원, 스레드
• 쓰레드: 프로세스에서 실행되는 소스코드의 실행흐름
  • 싱글 쓰레드 프로세스: 하나의 쓰레드를 가지는 프로세스
  • 멀티 쓰레드 프로세스: 여러 개의 쓰레드를 가지는 프로세스

메인쓰레드

• 자바를 실행하면 가장 먼저 실행되는 메서드 ⇒ main 메서드 실행
  • 코드의 끝이나 return문에서 실행 종료

멀티쓰레드

• 여러 개의 쓰레드를 가질 수 있는 프로세스
• 멀티 쓰레딩: 여러 쓰레드가 동시에 작업을 수행할 수 있는 것

🤍 쓰레드의 생성과 실행

작업 쓰레드의 생성과 실행

• 별도의 작업 쓰레드를 활용한다는 것?
  ⇒ 작업 쓰레드가 수행할 코드를 작성하고, 작업 쓰레드를 생성하여 실행시키는 것

run() 메서드로 작업 쓰레드를 생성하고 실행하는 방법

• Runnable 인터페이스를 구현한 객체에서 run()을 구현하여 스레드를 생성하고 실행

public class ThreadEx1 {
    public static void main(String[] args) {
        // 4. 쓰레드 생성
        // 4-1. Runnable 인터페이스를 구현한 객체 활용
        Runnable task1 = new ThreadTask1();

        // 4-2.Runnable 구현 객체를 인자로 전달하면서 Thread 클래스를 인스턴스화해서 쓰레드 생성
        Thread thread1 = new Thread(task1);

        // 4-1, 4-2 한줄로
        // Thread thread1 = new Thread(new ThreadTask1());

        // 5. 작업 쓰레드 실행 -> run() 내부 코드 처리
        thread1.start();

        // 6. 반복문 추가
        for(int i = 0; i < 50; i++) {
            System.out.println("@");
        }
    }
}

// 1. Runnable 인터페이스를 구현하는 클래스 작성
class ThreadTask1 implements Runnable {

    // 2. run() 메서드 작성
    public void run() {
        // 3. 쓰레드가 수행할 작업 내용 작성
        for(int i = 0; i < 50; i++) {
            System.out.println("#");
        }
    }
}

• Thread 클래스를 상속 받은 하위 클래스에서 run()을 구현하여 스레드를 생성하고 실행

public class ThreadEx2 {
    public static void main(String[] args) {
        // 4. Thread 클래스를 상속받은 클래스를 인스턴스화하여 쓰레드 생성
        Thread thread2 = new ThreadTask2();

        // 5. 작업 쓰레드 실행 -> run() 내부 코드 처리
        thread2.start();

        // 6. 반복문 추가
        for(int i = 0; i < 100; i++) {
            System.out.println("@");
        }
    }
}

// 1. Thread 클래스 상속받는 클래스 작성
class ThreadTask2 extends Thread {

    // 2. run() 메서드 작성
    public void run() {
        // 3. 쓰레드가 수행할 작업 내용 작성
        for(int i = 0; i < 100; i++) {
            System.out.println("#");
        }
    }
}

⇒ 두 방법 다 작업 쓰레드를 만들고 동일한 내부 동작 수행(run() 메서드에 작성된 코드 처리)

익명 객체를 사용한 쓰레드의 생성과 실행

• Runnable 익명 구현 객체를 활용한 쓰레드 생성 및 실행

public class ThreadEx3 {
    public static void main(String[] args) {
        // 익명 Runnable 구현 객체를 활용한 쓰레드 생성
        Thread thread3 = new Thread(new Runnable() {
            public void run() {
                for(int i = 0; i < 100; i++) {
                    System.out.print("#");
                }
            }
        });

        thread3.start();

        for(int i = 0; i < 100; i++) {
            System.out.print("@");
        }
    }
}

• Thread 익명 하위 객체를 활용한 스레드 생성 및 실행

public class ThreadEx4 {
    public static void main(String[] args) {
        // 익명 Thread 하위 객체를 활용한 쓰레드 생성
        Thread thread4 = new Thread() {
            public void run() {
                for(int i = 0; i < 100; i++) {
                    System.out.print("#");
                }
            }
        };

        thread4.start();

        for(int i = 0; i < 100; i++) {
            System.out.print("@");
        }
    }
}

🤍 쓰레드 동기화

• 한 번에 하나의 쓰레드만 객체에 접근할 수 있도록 객체에 락(lock)을 걸어 데이터의 일관성을 유지하는 것

임계 영역(Critical section) / 락(Lock)

• 임계 영역: 단 하나의 쓰레드만 코드를 실행할 수 있는 코드 영역
• 락: 임계 영역을 포함하고 있는 객체에 접근할 수 있는 권한

메서드 전체를 임계영역으로 지정

• 메서드 반환타입 왼쪽에 synchronized 붙여주면, 메서드가 호출되었을 때 메서드를 실행할 스레드는 메서드가 포함된 객체의 락을 얻음

특정 영역을 임계영역으로 지정

1. synchronized 키워드와 함께 소괄호(()) 안에 해당 영역이 포함된 객체의 참조를 넣음
2. 중괄호({})로 블럭을 열어 블럭 내에 코드를 작성

✅ Ref. 

• Class Thread

Thread (Java Platform SE 7 )

💙 JVM(Java Virtual Machine)

JVM

• 자바로 작성한 소스 코드를 해석해 실행하는 별도의 프로그램

JVM 구조

JVM 메모리구조

Stack 영역

• Stack: 일종의 자료구조(프로그램이 데이터를 저장하는 방식)
• LIFO(Last In First Out): 마지막에 들어간 데이터가 가장 먼저 나옴

Heap 영역

• JVM이 작동되면 자동 생성되는 영역으로, 객체나 인스턴스 변수, 배열이 저장

Piano piano = new Piano();

• new Piano() 실행→ Heap 영역에 인스턴스가 생성 → 인스턴스가 생성된 위치의 주소값을 piano에 할당
  ⇒ piano는 Stack 영역에 선언된 변수
• 객체를 다룬다는 것?정리하자면, Heap 영역은 실제 객체의 값이 저장되는 공간
  ⇒ Stack 영역에 저장되어 있는 참조 변수를 통해 Heap 영역에 존재하는 객체를 다루는 것

Garbage Collection

• 프로그램에서 더 이상 사용하지 않는 객체를 찾아 삭제하거나 제거하여 메모리를 확보하는 메모리 자동 관리 프로세스

✅ Ref. 

 

Stack Memory and Heap Space in Java | Baeldung

 

JVM은 어떤 역할을 할까?

💜 오늘의 생각 조각모음

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