[Java] static 키워드 이해하기

Intro

자바를 사용해 코드를 작성하다보면 static 키워드를 자주 마주하게 된다.

하지만 이 키워드가 적절하지 않게 사용되는 경우가 종종 있는데, 이번 글에서는 static 키워드의 개념과, 언제 어떻게 사용해야 하는지 예제 코드를 통해 자세히 알아보겠다.

static

자바에서 static 키워드는 클래스의 멤버(변수나 메서드)를 클래스 레벨로 정의할 때 사용된다. 일반적인 클래스의 변수나 메서드는 인스턴스를 생성한 뒤에 접근할 수 있지만, static 키워드를 사용하면 클래스 인스턴스 없이도 해당 멤버에 접근할 수 있다.

간단히 말해, static 멤버는 클래스 자체에 속해 있으므로 여러 인스턴스가 공유하는 특징을 갖는다. 인스턴스가 여러 개여도 static 변수는 딱 하나만 존재하고, 이를 모든 인스턴스가 공통으로 참조하게 된다.

예를 들어보자.

public class StringUtils {

    public static boolean isNullOrEmpty(String str) {
        return str == null || str.isEmpty();
    }

    public static String toUpperCase(String str) {
        if (str == null) {
            return null;
        }
        return str.toUpperCase();
    }
}

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        String input = "hello";

        boolean isEmpty = StringUtils.isNullOrEmpty(input);
        System.out.println("Is input null or empty? " + isEmpty);

        String upper = StringUtils.toUpperCase(input);
        System.out.println("Uppercase: " + upper);
    }
}

위 코드에서 isNullOrEmpty와 toUpperCase 메서드는 static 메서드이기 때문에 StringUtils 클래스의 인스턴스 생성 없이 바로 호출할 수 있다. 이렇게 static 메서드를 사용하면 특정 객체와 관계없이 공통적인 유틸리티 기능을 제공할 수 있다.

static 변수는 메서드 영역(Method Area)에 저장되며, 클래스가 처음 로딩될 때 메모리에 할당된다. 이는 힙 영역(Heap area)에 저장되는 인스턴스 변수와 달리 클래스 로딩 시점에 메모리에 올라가고, 프로그램 종료 시까지 유지된다.

static 블록

static 블록은 클래스가 로딩될 때 한 번 실행되는 초기화 블록으로, static 변수의 복잡한 초기화가 필요한 경우에 사용된다. 이 블록은 클래스가 메모리에 로딩되면서 자동으로 실행되며, 여러 개의 static 블록이 있을 경우 위에서 아래로 순차적으로 실행된다.

예를 들어보자.

import java.util.Properties;
import java.io.InputStream;
import java.io.IOException;

public class DatabaseConfig {
    public static final String DB_URL;
    public static final String DB_USER;
    public static final String DB_PASSWORD;

    static {
        Properties properties = new Properties();
        try (InputStream input = DatabaseConfig.class.getResourceAsStream("/db_config.properties")) {
            if (input == null) {
                System.out.println("Sorry, unable to find db_config.properties");
                throw new IOException("Configuration file not found");
            }
            properties.load(input);

            DB_URL = properties.getProperty("db.url");
            DB_USER = properties.getProperty("db.user");
            DB_PASSWORD = properties.getProperty("db.password");

            System.out.println("Database configuration loaded.");
        } catch (IOException e) {
            throw new ExceptionInInitializerError("Failed to load database configuration");
        }
    }
}

위 코드에서 DatabaseConfig 클래스는 static 블록을 사용하여 데이터베이스 설정을 한 번만 초기화한다. 이 static 블록은 클래스가 처음 로딩될 때 실행되며, 이후 모든 인스턴스가 이 설정 값을 공유하게 된다.

필요한 때

1. 공통 데이터나 기능이 필요할 때

static은 공통된 데이터를 유지하거나 유틸리티 기능을 제공할 때 유용하다. 예를 들어, 전역에서 접근 가능한 상수를 정의할 때 static final 키워드를 사용하여 클래스 전체에서 변하지 않는 값을 설정할 수 있다.

public class Constants {
    public static final double PI = 3.14159;
}

PI는 변하지 않는 값이므로 static final로 선언하여 클래스 인스턴스 생성 없이 바로 접근할 수 있다.

2. 유틸리티 클래스나 메서드 작성 시

Java의 Math 클래스처럼 인스턴스를 생성하지 않아도 사용할 수 있는 유틸리티 메서드를 작성할 때에도 static을 사용한다. 예를 들어, 특정 숫자의 최대값을 구하거나 문자열을 변환하는 작업을 수행하는 메서드를 static으로 정의하면, 편리하게 사용할 수 있다.

public class MathUtils {
    public static int add(int a, int b) {
        return a + b;
    }
}

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        int sum = MathUtils.add(5, 10);
        System.out.println("Sum: " + sum);
    }
}

위의 예시처럼 add 메서드는 특정 객체와 관계없이 사용할 수 있는 일반적인 기능을 제공하므로 static으로 정의한다. 이렇게 하면 굳이 인스턴스를 만들지 않고도 MathUtils.add() 형태로 호출할 수 있다.

실무에서의 사용

다음은 실무에서 static 키워드가 자주 사용되는 몇 가지 경우다.

1. 싱글톤 패턴 구현

싱글톤 패턴에서는 클래스의 유일한 인스턴스를 static으로 선언하여 관리할 수 있다.

public class Singleton {
    private static Singleton instance;

    private Singleton() {}

    public static Singleton getInstance() {
        if (instance == null) {
            instance = new Singleton();
        }
        return instance;
    }
}

위 코드에서 getInstance() 메서드를 통해 하나의 인스턴스를 반환하며, 인스턴스를 저장하는 instance 변수는 static으로 선언하여 클래스 레벨에서 관리한다.

2. 로그 관리

로그를 관리하는 클래스에서 로깅 관련 메서드를 static으로 선언하면, 모든 클래스에서 동일한 로깅 메서드를 사용할 수 있어 효율적이다.

public class Logger {
    public static void log(String message) {
        System.out.println("LOG: " + message);
    }
}

모든 클래스에서 `Logger.log("Some message") 형태로 호출하여 로그를 기록할 수 있다. 이를 통해 로그 시스템을 전역적으로 사용할 수 있다.

static 사용 시 주의할 점

• 메모리 사용: static으로 선언된 멤버는 프로그램이 종료될 때까지 메모리에 상주하므로, 과도한 데이터를 static으로 선언할 경우 메모리 사용량이 불필요하게 증가할 수 있으니 필요한 경우에만 신중히 사용하자
• 동기화 문제: 멀티 스레드에서 static 변수에 접근해 값을 변경할 경우 동기화 문제가 발생할 수 있으므로, 멀티스레드 환경에서는 신중히 사용하거나 적절한 동기화 처리를 해야 한다.

결론

자바에서 static 키워드는 클래스 레벨에서 멤버를 공유하거나, 인스턴스 생성 없이 사용할 수 있는 유틸리티 기능을 제공하는 데 유용하다. 그러나 무분별하게 사용하면 과도한 메모리 사용을 초래할 수 있으므로, 반드시 필요한 경우에만 사용하는 것이 좋다.

끝