Java Object Class

ordilov / 2022. 4. 30

Java의 Object Class를 구현 부분을 간단하게 살펴보겠습니다.

Object 구현 코드를 살펴보면 내부 구현 없이 @IntrinsicCandidate 어노테이션이 명시된 부분이 많습니다. 이 어노테이션은 자바에서 구현이 JVM 상에서 해주는 부분을 명시합니다. Intrinsic 뜻 자체가 '고유' 라는 뜻을 가지다 보니 기본적으로 제공되는 기능으로 생각해도 됩니다. 이렇게 명시된 코드들의 특징은 구현 부분이 컴파일러나 인터프리터에 의해 변경될 수 있습니다. 이렇게 제공되었을 때 장점은 2가지입니다.

• 하드웨어와 가까운 더 낮은 레벨의 코드로 구현될 수 있다.
• 그대로 사용하지만 버전에 따라 구현을 변경할 수 있다.

더 낮은 레벨의 코드를 사용하는 경우, 성능이 더 뛰어나거나, 자바 코드 상에서는 불가능한 구현들을 가능하게 합니다.

@IntrinsicCandidate
public Object() {}

생성자도 마찬가지로 JVM 내부에서 구현되어 있습니다.

@IntrinsicCandidate
public final native Class<?> getClass();

말 그대로 클래스 정보를 가져오는데 주의할 점은 선언한 변수 클래스가 아니라 생성한 클래스 정보를 가져옵니다.

Animal animal = new Dog();
Class animalClass = animal.getClass();

예를 들어 Animal을 상속받은 Dog 클래스가 있다고 할 때, Animal 클래스로 선언한 변수에서 getClass()를 하더라도 Dog 클래스 정보를 불러옵니다. 그 결과 실제 구현 클래스 정보를 불러오고 싶을 때 따로 캐스팅이 필요 없습니다.

native 키워드는 JNI(Java Native Interface)로 구현된 것을 나타내는 키워드로 운영체제와 더 가까운 c나 c++ 같은 언어로 구현된 코드와 매칭됩니다.

@IntrinsicCandidate
public native int hashCode();

기본 해시코드도 @IntrinsicCandiate로 구현되어 있습니다. 따라서 JVM 종류에 따라 구현이 달라지게 되고 native 키워드도 있기 때문에 자바 언어로 구현되어 있지 않다는 걸 알 수 있습니다. OpenJDK 8 기준으로 어떤 식으로 구현되는지 간단하게 살펴보겠습니다.

1. OS 랜덤 값
2. 오브젝트 메모리 주소 변환 값
3. 1
4. 증가하는 연속된 값
5. 오브젝트 메모리 주소를 int 로 캐스팅
6. xorshift 랜덤 값

각 방법마다 장단점이 있지만 기본적으로 사용하는 방법은 5번입니다. 이는 다음에 나올 equals() 의 구현과도 연관이 있는데 Object의 equals()는 참조값을 기준으로 같은 객체인지 비교합니다. 따라서 hashCode() 도 기본 구현은 참조값을 기준으로 생성합니다.

hashCode()는 2가지 규칙을 지켜야 합니다.

• 내부 값을 변경하지 않는한 실행 중에 항상 일관된 값을 반환합니다.
• equals()가 참인 경우 같은 값을 반환합니다.

hashCode()가 같더라도 equals()가 참이 아닐 수는 있지만 해시 테이블 성능을 생각했을 때 최대한 다른 객체면 다른 해시코드를 반환하는 것이 좋습니다.

public boolean equals(Object obj) {
    return (this == obj);
}

hashCode()를 설명하면서 간단하게 나왔지만 기본은 참조값을 비교합니다. equals() 는 null이 아닐 때 5가지 규칙을 지켜야 합니다.

• 자기 자신을 비교할 때 참을 반환합니다.
• 대칭적으로 a.equals(b) 라면 b.equals(a)도 참이여야 합니다.
• 전파적으로 (a,b), (b,c) 가 같다면 (a, c)도 같아야 합니다.
• 여러번 반복해도 일관된 결과를 반환해야 합니다.
• null과 비교할 때 거짓을 반환해야 합니다.

Override하는 경우 앞서 설명한 hashCode와 함께 override를 해야합니다.

@IntrinsicCandidate
protected native Object clone() throws CloneNotSupportedException;

clone 은 객체에 대한 얕은 복사를 하는 함수입니다. 깊은 복사가 필요하고 내부에 참조하는 다른 객체가 있다면 override해서 참조하는 객체도 새로 생성해줄 필요가 있습니다.

clone의 반환값은 3가지 규칙을 만족해야 합니다.

• 원본 참조값 == clone 참조값
• 원본.getClass() == clone.getClass()
• 원본.equals() == clone.equals()

public String toString() {
    return getClass().getName() + "@" + Integer.toHexString(hashCode());
}

문자열로 출력할 때 사용되며 기본은 클래스 이름과 참조값이 출력됩니다.

@Deprecated(since="9")
protected void finalize() throws Throwable { }

finalize는 객체가 더 이상 사용되지 않는 것을 직접 명시해서 가비지컬렉터를 부르게 되는데 deprecated 되었듯이 성능상의 이슈가 있을 수 있어 더 이상 사용되지 않습니다.

@IntrinsicCandidate
public final native void notify();

객체가 모니터 중이고 대기 중인 임의의 쓰레드 하나를 사용가능하게 합니다. 다만 notify()를 한다고 바로 다른 쓰레드가 실행되는게 아니라 notify()를 호출한 메소드가 완료되거나 wait()처럼 lock을 포기할 때 사용가능합니다. 객체가 소유중인지 모니터 중이려면 세 가지 방법중 하나를 택해야 합니다.

• synchronized 메소드를 실행할 때
• synchronzied static 메소드를 실행할 때
• synchronized body 선언 부분일 때

@IntrinsicCandidate
public final native void notifyAll();

notifyAll()도 notify()와 마찬가지로 대기중인 다른 쓰레드를 사용 가능하게 하는데 차이점은 임의의 쓰레드 하나가 아닌 전부 사용 가능하게 됩니다.

public final native void wait(long timeoutMillis) throws InterruptedException;

쓰레드를 대기중인 상태로 변경하는 메소드입니다. 대기중에서 사용가능한 상태로 바뀌려면 notify 되거나, interrupt 되거나 지정한 timeout 시간이 지나야 합니다.

다른 부분들은 모든 객체에서 사용하는 부분이지만 notify와 wait은 멀티 쓰레드 작업을 할 때만 사용됩니다. Object 클래스가 아닌 Thread 클래스에 있어도 될 것 같지만 Object 클래스에 위치한 이유가 있습니다.

자바에서 쓰레드가 어떤 객체에 접근해서 작업하려고 할 때 사용중인지 모니터링 하는 역할을 객체가 담당합니다. 객체에 접근 중인 쓰레드가 더 이상 없어 사용 가능한 상태인 걸 판단하는 것도 객체에서 하게 됩니다. 따라서 쓰레드를 대기하거나 사용 가능하게 하는 메소드가 Object 클래스에 위치하게 됩니다.