[Java] 자바가 Call by Value 방식인 이유

Intro

프로그래밍을 하다 보면 함수 호출 방식인 'Call by Value'와 'Call by Reference' 키워드를 접하게 된다.

이 두 개념의 차이를 이해하고 특히 Java는 어떻게 'Call by Value' 방식을 사용하는지 알아보자 

 

Call by Value / Call by Reference

• Call by Value(값에 의한 호출)
  • 값을 복사하여 처리한다.
  • 변수의 복사본이 전달되며, 원래 값이 수정되지 않는다.
  • 실제 인수는 다른 메모리 위치에 생성된다.
• Call by Reference(참조에 의한 호출)
  • 값의 주소를 참조하여 직접 값에 영향을 준다.
  • 변수 자체가 전달되며, 원래 값이 수정된다.
  • 실제 인수는 같은 메모리 위치에 생성된다.

 

자바의 Call by Value 동작 방식

자바의 데이터 타입은 다음과 같이 크게 두 가지로 나누어진다.

• 원시 타입(primitive type) - Numeric Type(byte, short, int, float, long, double, char), Boolean Type(boolean)
• 참조 타입(reference type) - Class Type, Interface Type, Array Type, Enum Type, 기타 참조 타입(String 등)

그래서 메소드 파라미터로 원시 타입을 전달하는 것과 참조 타입을 전달하는 것에는 동작 방식에 차이가 있다.

 

원시 타입(primitive type) 전달 방식

public class CallByExampleTest {

    @Test
    void primitiveTest() {
        int v = 10;
        
        add(v);
        
        assertThat(v).isEqualTo(10);
    }

    void add(int num) {
        num++;
    }
}

위 코드는 int 타입의 변수 v를 add 함수를 통해 1을 더해주고 있다.

하지만 결과 값은 여전히 10이다.

primitiveTest()의 v 변수와 add()의 num은 아예 연관 없는 변수이기 때문이다.

아래 그림으로 보면 한눈에 이해하기 쉬울 것이다.

자바에서 변수를 선언하면 기본적으로 Stack 메모리 영역에 할당된다.

Stack 영역 내부에 primitiveTest()와 add()의 영역이 각각 나뉘어 있고, 서로 다른 변수가 존재한다.

그래서 num 값에 1을 더해도 v 변수는 아무런 영향이 없다.

따라서 원시 타입의 전달은 값을 복사해서 전달하는 Call by Value 방식으로 동작한다는 것을 알 수 있다.

 

참조 타입(reference type) 전달 방식

참조 타입은 원시 타입과 조금 다르다.

변수는 Stack 영역에 생성되지만, 객체는 Heap 영역에 위치하며, Stack 영역에 있는 변수가 Heap 영역에 있는 객체를 바라보고 있는 형태다.

public class CallByExampleTest {

    @Test
    void referenceTest() {
        int[] arr = { 10 }; // 주소 : 0x001
        
        add(arr);

        assertThat(arr[0]).isEqualTo(11);
    }

    void add(int[] arrArg) {
        arrArg[0]++; // 주소 : 0x001
    }
}

변수의 참조(주소) 값을 복사해서 전달해 referenceTest() 영역과 add() 영역의 변수들은 모두 동일한 객체의 주소(0x001)를 바라보고 있다. 

아래 단계별 그림을 보자.

add()에서 생긴 변수가 같은 주소 값을 참조하고 있기 때문에 값이 변경되었다.

 

결국 주소 값을 넘기고 원본 값이 변경되니까 Call by Reference 아닌가?🤔 싶을 수 있지만,

자바의 참조와 Call by Reference의 참조는 약간 다른 의미를 가지고 있다.

자바에서 참조의 의미는 객체가 힙에 저장된 위치를 가리키는 메모리 주소이다.

실제 객체에 대한 참조가 아니라 객체에 접근하고 조작하는 방법이라고 볼 수 있다.

Call by Reference는 참조 자체를 넘기기 때문에 새로운 객체를 할당하면 원본 변수도 영향을 받는다.

다음 예시 코드를 보자.

public class CallByExampleTest {

    @Test
    void referenceTest() {
        int[] arr = { 10 }; // 0x001
        
        newArr(arr);

        assertThat(arr).isEqualTo("0x001");
    }

    void newArr(int[] arrArg) {
        arrArg = new int[]{ 20 }; // 0x002
    }
}

전달받은 값을 새로운 객체로 변경해도 원본 변수는 변하지 않는다.

따라서 참조 타입 역시 Call by Value 방식으로 동작함을 보여준다.

newArr()가 종료되고 사용되지 않는 객체(0x002)는 Garbage Collector에 의해 수거될 것이다.

결국 자바는 항상 Call by Value 방식으로 데이터를 전달하고, 핵심은 호출자 변수와 수신자 파라미터는 Stack 영역 내에서 각각 독립적으로 존재하는 다른 변수라는 것이다.

 

 

참고 자료

• https://stackoverflow.com/questions/40480/is-java-pass-by-reference-or-pass-by-value
• https://bcp0109.tistory.com/360       
• https://mangkyu.tistory.com/322