[Java] wrapper 클래스의 정의, 메모리, 캐싱

서론

자바를 공부하다 보면 int, Integer 그리고 double, Double와 같이 첫 이름이 대문자로 선언된 것을 볼 수 있습니다. 이번 게시글에서는 이러한 것들이 무엇인지에 대해서 정리해 보겠습니다.

 

래퍼(Wrapper) 클래스

객체지향 개념에서 모든 것은 객체로 다루어져야 합니다. 그러나 자바에서는 8개의 기본형(privitive type)을 객체로 다루지 않고 있는데 높은 성능을 얻기 위해서 기본형으로 다루고 있었습니다. 하지만 매개변수로 객체를 요구하거나, 기본형이 아닌 객체로 값을 저장해야 할 때, 객체 간의 비교가 필요할 때 등등의 경우에서 기본형 값들을 객체로 반환하여 작업을 수행할 때가 있습니다.

이때 사용되는 것이 래퍼(wrapper) 클래스입니다. 8개의 기본형을 대표하는 8개의 wrapper 클래스가 있는데, 이 클래스들을 이용하면 기본형 값을 객체로 다룰 수 있습니다.

기본형	래퍼클래스	생성자	예
boolean	Boolean	Boolean (boolean value) Boolean (String s)	Boolean b = new Boolean(true); Boolean b2 = new Boolean("true");
char	Character	Character (char value)	Character c = new Character('a');
byte	Byte	Byte (byte value) Byte (String s)	Byte b = new Byte(10); Byte b2 = new Byte("10");
short	Short	Short (short value) Short (short s)	Short s = new Short(10); Short s2 = new Short("10");
int	Integer	Integer (int value) Integer (String s)	Integer i = new Integer(100); Integer 2 = new Integer("100");
long	Long	Long (long value) Long (String s)	Long l = new Long(100); Long l = new Long("100");
float	Float	Float (double value) Float (float value) Float (String s)	Float f = new Float(1.0); Float f2 = new Float(1.0f); Float f3 = new Float("1.0f");
double	Double	Double (double value) Double (String s)	Double d = new Double(1.0); Double d = new Double("1.0");

wrapper 클래스들은 모두 equals()가 오버라이딩 되어있기 때문에 주소 값이 아닌 객체가 가지고 있는 값을 비교하게 됩니다. 또한 wrapper 클래스들은 MAX_VALUE, MIN_VALUE, SIZE, TYPE 등의 static 멤버를 공통적으로 가지고 있습니다.

 

Wrapper 클래스의 메모리 할당

Wrapper 클래스들은 우리가 기존에 알던 기본형과는 다른 크기의 메모리를 할당합니다. 

int a = 4;
Integer b = 16;

위 코드를 예시로 들어보면 a는 int의 크기인 4byte가 할당되지만, b 같은 경우 16byte가 할당됩니다. 그 이유는 wrapper는 클래스 포인터, 플래그, 락(Lock), int 값 까지 총 4개의 value를 저장해야 하기 때문입니다.

 

Wrapper 클래스의 캐싱

Wrapper 클래스는 일정 구간의 기본 값을 미리 생성해 놓고 있습니다. 아래 코드는 실제 Integer 클래스의 코드입니다.

    /**
     * Cache to support the object identity semantics of autoboxing for values between
     * -128 and 127 (inclusive) as required by JLS.
     *
     * The cache is initialized on first usage.  The size of the cache
     * may be controlled by the {@code -XX:AutoBoxCacheMax=<size>} option.
     * During VM initialization, java.lang.Integer.IntegerCache.high property
     * may be set and saved in the private system properties in the
     * jdk.internal.misc.VM class.
     */

    private static class IntegerCache {
        static final int low = -128;
        static final int high;
        static final Integer cache[];

        static {
            // high value may be configured by property
            int h = 127;
            String integerCacheHighPropValue =
                VM.getSavedProperty("java.lang.Integer.IntegerCache.high");
            if (integerCacheHighPropValue != null) {
                try {
                    int i = parseInt(integerCacheHighPropValue);
                    i = Math.max(i, 127);
                    // Maximum array size is Integer.MAX_VALUE
                    h = Math.min(i, Integer.MAX_VALUE - (-low) -1);
                } catch( NumberFormatException nfe) {
                    // If the property cannot be parsed into an int, ignore it.
                }
            }
            high = h;

            cache = new Integer[(high - low) + 1];
            int j = low;
            for(int k = 0; k < cache.length; k++)
                cache[k] = new Integer(j++);

            // range [-128, 127] must be interned (JLS7 5.1.7)
            assert IntegerCache.high >= 127;
        }

        private IntegerCache() {}
    }

현재 -128 ~ 127까지의 값을 가지는 Integer 인스턴스를 미리 생성하고  있는 것을 알 수 있습니다.

    /**
     * Returns an {@code Integer} instance representing the specified
     * {@code int} value.  If a new {@code Integer} instance is not
     * required, this method should generally be used in preference to
     * the constructor {@link #Integer(int)}, as this method is likely
     * to yield significantly better space and time performance by
     * caching frequently requested values.
     *
     * This method will always cache values in the range -128 to 127,
     * inclusive, and may cache other values outside of this range.
     *
     * @param  i an {@code int} value.
     * @return an {@code Integer} instance representing {@code i}.
     * @since  1.5
     */
    @HotSpotIntrinsicCandidate
    public static Integer valueOf(int i) {
        if (i >= IntegerCache.low && i <= IntegerCache.high)
            return IntegerCache.cache[i + (-IntegerCache.low)];
        return new Integer(i);
    }

따라서 valueOf 메소드를 사용했을 때 -127 ~ 128 범위의 값이 들어온다면 캐싱된 값을 내보내고 범위 밖이라면 새로운 인스턴스를 할당합니다.

Integer 클래스 뿐만 아니라, Byte, Short, Long, Character 역시 자체적으로 캐싱을 사용하고 있지만 Float와 Double는 실수이기 때문에 범위 예측이 힘들어 자체적으로 캐싱을 하지 않습니다.