[Java] static 과 instance의 차이

서론

static과 instance의 차이에 대해서 한번 정리하여 짚고 넘어 갈려고 합니다.

목차

1. 클래스(static) 변수와 인스턴스 변수의 차이
2. 클래스(static) 메서드와 인스턴스 메서드 차이
3. 클래스(static) 멤버와 인스턴스 멤버 간의 참조와 호출

 

1. 클래스(static) 변수와 인스턴스 변수의 차이

멤버 변수 중 static이 붙은 것은 클래스 변수, 붙지 않은 것은 인스턴스 변수입니다. 아래 코드를 보며 정리해보겠습니다.

public class Test {

    int instanceValue;   // 인스턴스 변수  
    static int classValue;   // 클래스 변수

    void method() {
        int stackValue = 0; // 지역 변수
    }
    
}

위 코드에는 3개의 int형 변수가 선언되어 있는데, instanceValue와 classValue는 클래스 영역 안에 선언되어있으므로 멤버 변수입니다. 그중 classValue는 앞에 static 붙어서 선언되어 있으므로 클래스 변수이며, instanceValue는 인스턴스 변수입니다. 그리고 stackValue는 메서드인 method()의 내부, 즉 '메서드 영역'에 선언되어 있으므로 지역변수입니다.

변수의 종류	선언 위치	생성 시기
클래스 변수(class variable)	클래스 영역	클래스가 메모리에 올라갈 때
인스턴스 변수(instance variable)		인스턴스가 생성되었을 때
지역 변수(local variable)	클래스 영역 이외의 영역(메서드, 생성자, 초기화 블럭 내부)	변수 선언문이 수행되었을 때

세 가지 변수의 종류를 자세하게 살펴보겠습니다.

1) 인스턴스 변수(instance variable)

클래스 영역에 선언되며, 클래스의 인스턴스를 생성할 때 만들어집니다. 그렇기 때문에 인스턴스 변수의 값을 읽어 오거나 저장하기 위해 서는 먼저 인스턴스를 생성해야 합니다.

예): Test test = new Test();

인스턴스는 독립적인 저장공간을 가지므로 서로 다른 값을 가질 수 있습니다. 인스턴스마다 고유한 상태를 유지해야 하는 속성의 경우, 인스턴스 변수로 선언합니다.

2) 클래스 변수(calss variable)

클래스 변수를 선언하는 방법은 인스턴스 변수 앞에 static을 붙이기만 하면 됩니다. 인스턴스마다 독립적인 저장공간을 갖는 인스턴스 변수와는 달리, 클래스 변수는 모든 인스턴스가 공통된 저장 공간(변수)을 공유하게 됩니다. 한 클래스의 모든 인스턴스들이 공통적인 값을 유지해야 하는 속성의 경우, 클래스 변수로 선언해야 합니다.

 클래스 변수는 인스턴스 변수와 달리 인스턴스를 생성하지 않고도 언제라도 아래와 같이 바로 사용할 수 있다는 특징이 있습니다.

예:) Test.변수명

클래스가 메모리에 로딩(loading)될 때 생성되어 프로그램이 종료될 때까지 유지되며, public을 앞에 붙이면 같은 프로그램 내에서 어디서나 접근할 수 있는 '전역 변수(global variable)'의 성격을 갖습니다.

3) 지역 변수(local variable)

메서드 내에 선언되어 메서드 내에서만 사용 가능하며, 메서드가 종료되면 소멸되어 사용할 수 없게 됩니다. for문 또는 while문과 같이 블럭 내에 선언된 지역변수는, 지역변수가 선언된 블럭{} 안에서만 사용 가능하며, 블럭{}을 벗어나면 소멸되어 사용할 수 없게 됩니다. 

 

2. 클래스(static) 메서드와 인스턴스 메서드 차이

변수에서 그랬던 것과 같이, 메서드 앞에 static이 붙어 있으면 클래스 메서드이고, 붙어있지 않으면 인스턴스 메서드입니다. 클래스 메서드도 클래스 변수처럼, 객체를 생성하지 않고도 호출이 가능하지만 반면에 인스턴스 메서드는 반드시 객체를 생성해야만 호출할 수 있습니다.

1) 클래스를 설계할 때, 멤버 변수 중 모든 인스턴스에 공통으로 사용하는 것에 static을 붙인다.

• 생성된 각 인스턴스는 서로 독립적이기 때문에 각 인스턴스 변수는 서로 다른 값을 유지합니다. 그러나 모든 인스턴스에서 같은 값이 유지되어야 하는 변수는 static을 붙여서 클래스 변수로 정의해야 합니다.

2) 클래스 변수(static변수)는 인스턴스를 생성하지 않아도 사용할 수 있다.

• static이 붙은 변수(클래스 변수)는 클래스가 메모리에 올라갈 때 이미 자동적으로 생성되기 때문입니다.

3) 클래스 메서드(static메서드)는 인스턴스 변수를 사용할 수 없다.

• 인스턴스 변수는 인스턴스가 반드시 존재해야만 사용할 수 있는데, 클래스 메서드(static)는 인스턴스 생성 없이 호출 가능하므로 클래스 메서드가 호출되었을 때 인스턴스가 존재하지 않을 수도 있습니다. 그래서 클래스 메서드에서 인스턴스 변수의 사용을 금지합니다.
• 반면에 인스턴스 변수나 인스턴스 메서드에서는 static이 붙은 멤버들을 사용하는 것이 언제나 가능합니다. 인스턴스 변수가 존재한다는 것은 static변수가 이미 메모리에 존재한다는 것을 의미하기 때문입니다.

4) 메서드 내에서 인스턴스 변수를 사용하지 않는다면, static을 붙이는 것을 고려한다.

• 메서드의 작업내용 중에서 인스턴스를 필요로 한다면, static을 붙일 수 없습니다. 
• 반대로 인스턴스 변수를 필요로 하지 않는다면 static을 붙이는 게  메서드 호출시간이 짧아지므로 성능 향상에 좋습니다.
• 이유는 static을 안 붙인 메서드(인스턴스 메서드)는 실행 시 호출되어야 할 메서드를 찾는 과정이 추가적으로 필요하기 때문에 시간이 더 오래 걸리기 때문입니다.

아래 예시 코드를 보시면 이해가 더 잘 되실 것 같습니다.

class MyMath2 {
    long a, b;

    // 인스턴스변수 a, b만을 이용해서 작업하므로 매개변수가 필요없다.
    long add() 	    { return a + b; }  // a, b는 인스턴스변수
    long subtract() { return a - b; }
    long multiply() { return a * b; }
    double divide() { return a / b; }

    // 인스턴스변수와 관계없이 매개변수만으로 작업이 가능하다.
    static long   add(long a, long b) 	   	 { return a + b; } // a, b는 지역변수
    static long   subtract(long a, long b)   { return a - b; }
    static long   multiply(long a, long b)	 { return a * b; }
    static double divide(double a, double b) { return a / b; }
}

class MyMathTest2 {
    public static void main(String args[]) {
        // 클래스메서드 호출. 인스턴스 생성없이 호출가능
        System.out.println(MyMath2.add(200L, 100L));
        System.out.println(MyMath2.subtract(200L, 100L));
        System.out.println(MyMath2.multiply(200L, 100L));
        System.out.println(MyMath2.divide(200.0, 100.0));

        MyMath2 mm = new MyMath2(); // 인스턴스를 생성
        mm.a = 200L;
        mm.b = 100L;
        // 인스턴스메서드는 객체생성 후에만 호출이 가능함.
        System.out.println(mm.add());
        System.out.println(mm.subtract());
        System.out.println(mm.multiply());
        System.out.println(mm.divide());
    }
}

 

3. 클래스(static) 멤버와 인스턴스 멤버 간의 참조와 호출

같은 클래스에 속한 멤버들 간에는 별도의 인스턴스를 생성하지 않고도 서로 참조 또는 호출이 가능합니다. 단, 클래스 멤버가 인스턴스 멤버를 참조 또는 호출하고자 하는 경우에는 인스턴스를 생성해야 합니다.

 그 이유는 인스턴스 멤버가 존재하는 시점에 클래스 멤버는 항상 존재하지만, 클래스 멤버가 존재하는 시점에는 인스턴스 멤버가 존재하지 않을 수도 있기 때문입니다.

class Test{
    
    void instanceMethod(){}         // 인스턴스 메서드 
    static void staticMethod(){}    // static 메서드
    
    void instanceMethod2(){         // 인스턴스 메서드
        instanceMethod();           // 다른 인스턴스메서드를 호출한다.
        staticMethod();             // static 메서드를 호출한다.
    }
    
    static void staticMethod2(){    // static 메서드
        instanceMethod();           // 에러!(불가능) 인스턴스 메서드 호출 불가능
        staticMethod();             // static 메서드는 호출 할 수 있다.
    }
    
}

위의 코드는 같은 클래스 내의 인스턴스 메서드와 static메서드 간의 호출에 대해서 정리했습니다. 같은 클래스 내의 메서드는 서로 객체의 생성이나 참조 변수 없이 직접 호출이 가능하지만 static메서드는 인스턴스 메서드를 호출할 수 없습니다.

이번엔 변수와 메서드 간의 호출에 대해서 알아보겠습니다. 메서드 간의 호출과 마찬가지로 인스턴스 메서드는 인스턴스 변수를 사용할 수 있지만, static 메서드는 인스턴스 변수를 사용할 수 없습니다.

class MemberCall {
	int iv = 10;
	static int cv = 20;

	int iv2 = cv;
//	static int cv2 = iv;		// 에러. 클래스변수는 인스턴스 변수를 사용할 수 없음.
	static int cv2 = new MemberCall().iv;	 // 이처럼 객체를 생성해야 사용가능.

	static void staticMethod1() {
		System.out.println(cv);
//		System.out.println(iv); // 에러. 클래스메서드에서 인스턴스변수를 사용불가.
		MemberCall c = new MemberCall();	
		System.out.println(c.iv);   // 객체를 생성한 후에야 인스턴스변수의 참조가능.
}

	void instanceMethod1() {
		System.out.println(cv);		
		System.out.println(iv); // 인스턴스메서드에서는 인스턴스변수를 바로 사용가능.
}

	static void staticMethod2() {
		staticMethod1();
//		instanceMethod1(); // 에러. 클래스메서드에서는 인스턴스메서드를 호출할 수 없음.
		MemberCall c = new MemberCall();
		c.instanceMethod1(); // 인스턴스를 생성한 후에야 호출할 수 있음.
 	}
	
	void instanceMethod2() {	// 인스턴스메서드에서는 인스턴스메서드와 클래스메서드
		staticMethod1();		//  모두 인스턴스 생성없이 바로 호출이 가능하다.
		instanceMethod1();
	}
}

클래스 멤버(클래스 변수와 클래스 메서드)는 언제나 참조 또는 호출이 가능하기 때문에 인스턴스 멤버가 클래스 멤버를 사용하는 것은 아무런 문제가 되지 않습니다. 클래스 멤버 간의 참조 또는 호출 역시 아무런 문제가 없습니다.

 그러나, 인스턴스  멤버(인스턴스 변수와 인스턴스 메서드)는 반드시 객체를 생성한 후에만 참조 또는 호출이 가능하기 때문에 클래스 멤버가 인스턴스 멤버를 참조, 호출하기 위해서는 객체를 생성하여야 합니다.

 하지만, 인스턴스 멤버 간의 호출에는 아무런 문제가 없습니다. 하나의 인스턴스 멤버가 존재한다는 것은 인스턴스가 이미 생성되었다는 것을 의미하며, 즉 다른 인스턴스 멤버들도 모두 존재하기 때문입니다.