(c)도경구 version 0.93 (2022/09/06)

1. 첫 자바 애플리케이션 만들기

1-1. 컴퓨터와 프로그램의 실행

1-1-1. 컴퓨터(computer)

  • 컴퓨터는 지시/명령(프로그램)에 따라 계산을 수행하는 기계(하드웨어)이다.
  • 컴퓨터의 구성 요소
    • 프로세서(processor): 프로그램에 기술한대로 계산 수행
      • 메모리에서 프로그램 또는 데이터 읽어오기
      • 더하기, 빼기 등의 연산을 수행하기
      • 계산한 결과를 메모리에 저장하기
      • 외부에서 데이터를 받아오거나, 외부로 데이터를 내보내기
    • 메모리(Random Access Memory, RAM): 계산 수행하는데 필요한 프로그램과 데이터를 계산하는 동안 보관해 두는 곳
      • 계산에 필요한 프로그램과 데이터를 모두 기록
      • 읽고 쓰는 속도가 빠름, 고비용
      • 계산 작업 종료와 함께 모두 버림
      • 전원이 공급되는 동안만 기억을 유지 (영구 기록 불가)
  • 외부저장장치
    • 프로그램과 데이터를 영구히 보관해 두는 곳
    • 전원이 공급되지 않더라도 기억을 유지, 메모리에 비해 상대적으로 저비용
    • 하드디스크, USB, 클라우드, …
    • 파일 단위로 보관하고, 폴더 단위로 정리 보관 가능
  • 입출력장치
    • 사람과 컴퓨터 사이의 소통 창구
    • 입력(input): 사람이 컴퓨터로 정보를 전달
      • 키보드, 마우스, 트랙패드, 디스프레이 패드, 마이크, 카메라, …
    • 출력(output): 컴퓨터가 사람에게 정보를 전달
      • 모니터, 스피커, 프린터, …

1-1-2. 프로그램의 실행

  • 컴퓨터로 계산을 수행하기 위해서 작성한 지시 또는 명령이 프로그램(소프트웨어)이다.
  • 프로그래밍은 프로그램을 작성하는 행위이다. 코딩(coding)이라고 하기도 한다.
  • 컴퓨터의 프로그램 실행 절차
    • 작성한 프로그램은 외부저장장치에 파일로 저장
    • 파일에 저장된 프로그램을 메모리에 카피 = 로딩(loading)
    • 프로세서가 로딩된 프로그램을 실행
  • 기계수준 언어 (machine language, low-level language)
    • 컴퓨터 프로세서가 이해하고 실행할 수 있는 0과 1의 이진수의 조합으로 표현된 언어
    • 기계수준 언어 프로그램은 이진수로 되어 있어 사람이 이해하고 작성하기 난해
    • 따라서 사람이 기계수준 언어로 프로그램을 작성하기는 비경제적
  • 사람수준 언어 (high-level language)
    • 사람이 계산 논리를 기술하기 용이한 언어
    • 컴퓨터 프로세서는 사람수준 언어를 이해하지 못함
    • 사람수준 언어를 컴퓨터로 실행하는 2가지 상이한 방식
      • 인터프리터(interpreter) 실행 방식
      • 컴파일러(compiler) 실행 방식

인터프리터 실행 방식

  • 사람수준 언어를 이해하고 실행하는 프로세서를 갖춘 가상머신(virtual machine)을 소프트웨어로 구현하여 설치
  • 사람수준 언어 프로그램을 가상머신 프로세서가 직접 실행 (언어 : Python 등)

컴파일러 실행 방식

  • 사람수준 언어로 작성한 프로그램을 프로세서가 이해하는 기계수준 언어로 번역함
  • 번역하는 과정을 컴파일(compile)이라고 함
  • C 언어 등과 같이 컴퓨터 하드웨어 프로세서가 이해하는 기계수준 언어로 컴파일하여 실행하기도 하고, Java 언어 등과 같이 가상컴퓨터(VM, virtual machine)를 소프트웨어로 만들어 해당 VM의 프로세서가 이해하는 기계수준 언어로 컴파일하여 싫행하기도 함

1-1-3. 자바 프로그램의 실행

  • Java 프로그램은 가상컴퓨터인 Java Virtual Machine(JVM)이 이해하는 기계수준 언어 Java Bytecode로 컴파일하여 실행한다.
  • 따라서 Java 프로그램을 실행하려면 JVM 소프트웨어를 컴퓨터에 설치해야 한다.
  • Java 프로그램 실행 절차
    • 프로그램을 Java로 작성
    • Java 프로그램을 Java Bytecode 프로그램으로 컴파일하여 로딩
    • 로딩된 Java Bytecode 프로그램을 JVM이 실행
  • 왜, JVM 가상컴퓨터를 사용하는가?
    • 컴퓨터 하드웨어 기종에 따라 프로세서가 다르고, 프로세서마다 이해하는 기계수준 언어가 다르다.
    • 따라서 컴퓨터 기종별로 전용 컴파일러를 따로 준비해야 해서 불편하다.
    • 그런데 컴퓨터 하드웨어 기종별로 JVM 소프트웨어를 준비해두면, Java Bytecode로 컴파일하는 컴파일러 하나만 준비해두면 된다.
    • 우수한 이식성(portability): 하드웨어 또는 운영체제와 상관없이 어디에서나 실행가능하고 항상 일정한 실행 결과 보장

1-1-4. Java 프로그램의 작동 개념

  • Java는 객체지향 패러다임으로 프로그래밍이 가능한 언어이다.
  • 클래스(class)
    • Java 프로그램은 클래스(class)의 집합이다.
    • 파일 하나에 클래스 하나씩 담는다.
    • 클래스는 객체를 만들어내는(찍어내는) 형판(template) 이다.
  • 객체(object)
    • 객체는 프로그램 실행 중에 생성되어 메모리에 거주하는 실체(instance)이다.
    • 각 객체는 고유한 상태(field)과 수행가능한 기능(method)을 보유하고 있다.
    • 예를 들어 Java에서 문자열 String은 객체로 취급한다.
    • 다음 그림은 String 객체 "ERICA"를 형상화 한 것이다.

  • 이 String 객체는 "ERICA" 문자열을 갖고 있고, 다양한 기능을 할 수 있도록 준비되어 있다. 그 기능 중 하나가 length() 라는 메소드이다.

  • 즉, 이 객체가 갖고 있는 문자열의 길이을 알고 싶으면 length() 메소드 호출 메시지를 이 객체에 보낸다. 그러면 이 객체는 해당 기능을 수행하여 결과인 5를 내준다.

  • 자바 세상에서 계산이란 프로그램에 짜놓은 각본대로 객체들이 만들어져 메모리에 거주하면서 객체들끼리 서로 메시지를 주고받는 일련의 소통 과정으로 볼 수 있다.
  • 프로그램이 이와 같은 방식으로 작동하는 패러다임을 객체지향 프로그래밍, 영어로 Object-Oriented Programming, 또는 줄여서 OOP, 패러다임이라고 한다.

1-1-5. Java 프로그래밍 준비

  • 프로그램을 작성하고 실행하는 작업을 한 군데에서 모두 할 수 있게 해주는 소프트웨어를 통합개발환경, 영어로는 IDE(Integrated Development Environment)라고 한다.
  • 다양한 상용 IDE가 시판되고 있으니 어떤 것이든지 취향에 맞는 걸 골라서 사용하면 된다.
  • 많이 사용하는 IDE를 몇 개만 나열해보면, Eclipse, intelliJ IDEA 등이 있다.
  • 이 수업에서는 Eclipse를 사용한다.
  • 실습 또는 숙제를 하면서 이미 친숙한 다른 IDE가 있다면 굳이 Eclipse를 사용하지 않아도 상관없지만, 소통의 원활함을 원한다면 Eclipse 사용을 권한다.
  • 대부분의 상용 IDE는 회사에서 업무용으로 쓰는 경우 유료이지만, 학교에서 교육용으로 쓰는 경우 Community Edition 이라고 하며 무료이다.

1-2. Hello, World! 애플리케이션

  • 애플리케이션(Application)은 컴퓨터 운영체제로 실행가능한 모든 소프트웨어를 말한다. 우리말로는 응용프로그램이라고도 한다.
  • 일부 시스템소프트웨어를 제외한 거의 대부분 소프트웨어를 자바로 작성할 수 있으므로 자바로 작성한 프로그램을 보통 자바 애플리케이션 (Java Application) 이라고 많이 부른다.
  • 이제 자바 애플리케이션을 작성하고 실행하는 과정을 간단한 Hello, World! 애플리케이션 사례를 가지고 경험해보자.

1-2-1. 표준 출력 버전

요구사항

  • Eclipse에서 Hello, World!를 콘솔창에 프린트하는 애플리케이션을 만들어 실행해보자.

Eclipse로 프로그래밍 준비

  • Eclipse를 연다.
  • 먼저 프로그램을 만들어 저장할 장소를 마련해야 한다.
  • 메뉴에서 Java Project 클릭하여 프로젝트 만들기
    • 프로젝트 이름은 Project name 칸에 hello(모두 소문자)로 적고 Finish 클릭
    • 다음 창에서 모듈은 (당분간) 만들지 않을 것이므로 Don't Create 클릭
    • hello 이름의 폴더가 만들어짐. 앞으로 작성하는 프로그램은 이 폴더에 저장됨
    • hello 폴더 안에 bin과 src 폴더가 생성됨
    • src 폴더에는 작성하는 소스 코드가 보관되고, bin 폴더에는 컴파일된 바이트 코드가 보관됨
  • 메뉴에서 Class 클릭하여 클래스 만들기
    • Package 이름은 (당분간) 빈칸으로 둠
    • 클래스 이름은 Name 칸에 HelloWorld(각 단어의 첫 문자만 대문자)로 정함
    • public static void main(String[] args) 체크박스 클릭하여 선택
    • Finish 클릭
    • HelloWorld.java 파일이 src 폴더 안에 생김
    • 자바 프로그램이라는 표시를 해주기 위해 확장자 .java가 붙음
    • 확장자를 제외하면 파일 이름과 클래스 이름이 동일함을 주목
    • 자바 프로그램 파일마다 클래스가 하나씩 있음
  • 자동 생성된 HelloWorld.java 파일 살펴보기

  • 라인 2에서 public는 누구나 쓸 수 있도록 공개된 클래스임을 나타내는 키워드이고,
  • 이어서 나오는 HelloWorld는 클래스의 이름을 나타낸다.
  • 라인 4-7은 main 메소드(method)라고 하며, 애플리케이션 실행과 동시에 저절로 바로 실행되므로 시동을 거는 역할을 한다고 볼 수 있다.
  • main 메소드 앞에 static 이라는 키워드는 이 메소드가 클래스소속임을 나타낸다. 클래스소속은 객체로 만들지 않아도 호출(사용)이 가능하다.
  • 메인 메소드의 몸체를 이루는 중괄호 사이에 코드를 작성한다.

구현

  • 콘솔창에 Hello, World!를 프린트하는 코드는 다음과 같다.
public class HelloWorld {
    public static void main(String[] args) {
        System.out.println("Hello, World!");
    }
}
  • 작성한 코드 한 줄의 의미를 파악해보자.
    • System은 java.lang 패키지(package) 소속의 클래스이다.
    • java.lang 패키지는 프로그램에서 따로 언급하지 않아도 쓸 수 있도록 준비되어 있다.
    • System 클래스가 보유하고 있는 클래스소속 필드 out에 콘솔창에 프린트하는 기능을 가진 PrintStream 객체가 연결되어 있다.
    • PrintStream 객체가 보유하고 있는 println("...")를 호출하면 콘솔창에 ...을 프린트한다.

컴파일

  • 프로그램을 실행하려면 먼저 컴파일을 해야한다.
  • IDE에서는 프로그램을 완성하고 저장하면 저절로 컴파일이 되어 바이트코드가 생성된다.
  • 생성된 바이트코드는 bin 폴더에서 확인할 수 있다.
  • 바이트코드는 소스코드와 파일 이름이 같으며, 확장자만 .class로 다르다.

실행

  • 메뉴에서 다음과 같은 모양의 Run 버튼을 찾아서 클릭한다. Run
  • 콘솔창에서 실행 결과 Hello, World! 확인한다.

실행 추적을 통한 실행 의미의 이해

  1. Run 버튼을 누름과 동시에 HelloWorld 클래스의 main 메소드가 저절로 호출되어 실행된다.
  2. System 클래스의 out 필드에 연결되어 있는 PrintStream 객체에 println("Hello, World!") 메시지를 보낸다.
  3. PrintStream 객체는 "Hello, World!"를 콘솔창에 프린트 한다.

1-2-2. Swing 패키지 활용 버전

요구사항

  • Hello, World!를 Swing 패키지에서 제공하는 Messsage 출력창에 프린트하는 애플리케이션을 만들어보자.

구현

  • Messsage 출력창에 Hello, World!를 프린트하는 코드는 다음과 같다.
import javax.swing.*;

public class HelloWorld {
    public static void main(String[] args) {
        JOptionPane.showMessageDialog(null, "Hello, World!");
    }
}
  • javax.swing은 Java Standard API Library에서 제공하는 Graphic User Interface(GUI) 라이브러리 패키지 이다. (Java API Documentation 사이트 방문하여 확인)
  • 이 패키지를 사용하려면 import 키워드를 붙여 위와 같이 프로그램 앞부분에 선언해야 한다.
  • 작성한 코드 한 줄의 의미를 파악해보자.
    • JOptionPane은 javax.swing 패키지가 제공하는 클래스이다.
    • JOptionPane은 showMessageDialog 클래스소속 메소드를 보유하고 있다.
    • showMessageDialog(null,"...") 메소드를 호출하면 메시지 출력창을 띄워 ...을 프린트하여 보여준다.

실행

  • 메뉴에서 Run 버튼을 찾아서 클릭하여 실행하여, 다음과 같은 출력창이 생기는지 확인

실행 추적을 통한 실행 의미의 이해

  1. Run 버튼을 누름과 동시에 HelloWorld 클래스의 main 메소드가 저절로 호출되어 실행된다.
  2. JOptionPane 클래스에 showMessageDialog(null, "Hello, World!") 메시지를 보낸다.
  3. JOptionPane 클래스는 "Hello, World!"를 새긴 메시지 출력창을 띄운다.

1-3. 실습 : IDE 준비

  • IDE를 개인 컴퓨터에 설치한다.
  • 강의 시간에 시연한 Hello, World! 애플리케이션을 강의 노트에 기술한대로 똑같이 따라서 작성하고 실행하여 문제없는지 확인한다.

1-4. 실습 : 현재 시각 출력 애플리케이션

  • 실행하는 시점의 시각을 출력하는 애플리케이션을 공부하자.

1-4-1. 표준 출력 버전

요구사항

  • 현재 시각을 콘솔창에 프린트하는 다음 애플리케이션을 실행하여 콘솔창에서 현재 시각을 확인하고, 실행 추적해보자.
import java.time.*;

public class Clock {
    public static void main(String[] args) {
        System.out.println(LocalTime.now());
    }
}

실행 추적을 통한 실행 의미의 이해

  1. Run 버튼을 누름과 동시에 Clock 클래스의 main 메소드가 저절로 호출되어 실행된다.
  2. java.time 패키지에 준비되어 있는 LocalTime 클래스의 클래스소속 메소드인 now()를 호출하여 현재 시각을 받아온다.
  3. 전달받은 현재 시각을 콘솔창에 출력해달라는 println 메시지를 PrintStream 객체에 보낸다.
  4. PrintStream 객체는 전달받은 현재 시각을 콘솔창에 프린트 한다.

1-4-2. Swing 패키지 활용 버전

요구사항

  • 현재 시각을 Swing 패키지에서 제공하는 Messsage 출력창에 프린트하는 다음 애플리케이션을 실행하여 결과를 확인하고, 실행 추적해보자.
import java.time.*;
import javax.swing.*;

public class Clock {
    public static void main(String[] args) {
        JOptionPane.showMessageDialog(null, LocalTime.now());
    }
}

실행 추적을 통한 실행 의미의 이해

  1. Run 버튼을 누름과 동시에 Clock 클래스의 main 메소드가 저절로 호출되어 실행된다.
  2. java.time 패키지에 준비되어 있는 LocalTime 클래스의 클래스소속 메소드인 now()를 호출하여 현재 시각을 받아온다.
  3. 전달받은 현재 시각을 Messsage 출력창에 프린트해달라는 showMessageDialog 메시지를 JOptionPane 클래스에 보낸다.
  4. JOptionPane 클래스는 전달받은 현재 시각을 새긴 메시지 출력창을 띄운다.