from Dictionary - 힙 오염

Heap Pollution

힙 오염은 JVM의 Heap 메모리 영역에 저장되어 있는 특정 변수가 불량 데이터를 참조함으로써, 만일 힙에서 데이터를 가져오려고 할 때 얘기치 못한 런타임 에러가 발생할 수 있는 오염 상태를 의미한다.

힙 오염의 대표 이유는 Generic이다. Generic collection은 이전 버전과의 호환성을 위해서 Compile 때 Generic을 Object으로 변환하거나 제거함으로써 하위 호환을 했다.

제네릭 타입 소거(Erasure)

제네릭은 type-safe하며 실행 시간 오버헤드를 줄이기 위해서 도입된 문법으로, 이전 자바에서 제네릭 타입 파라미터가 없던 탓에 호환성을 위해서 제네릭은 컴파일되면 제네릭 타입은 사라졌다. 즉, .class에는 제네릭 정보가 존재하지 않았다.

컴파일 타임에만 타입 제약 조건을 정의하고, 런타임에는 타입을 제거하기 때문에 잠재적 힙 오염 문제에 빠질 수 있게 됐다.

Reifiable, Non-Reifiable

실체화 타입(Reifiable Type)이란 컴파일 단계에서 타입 소거에 의해 지워지지 않는 타입 정보를 말한다.

  1. int, double, float, byte 등 원시 타입
  2. Number, Integer 등 일반 클래스와 인터페이스 타입
  3. List, ArrayList, Map 등 자체(Raw Type)
  4. List<?>, ArrayList<?> 등 비한정 와일드 카드가 포함된 매개변수화 타입 (와일드 카드 <?> 는 애초에 타입 정보가 명시되지 않았으므로 타입 소거를 해도 별 문제가 없다. 컴파일 타임에 Object로 변환 됨)

비실체화 타입(Non-Reifiable Type) 컴파일 단계에서 타입 소거에 의해서 타입 정보가 제거된 타입을 의미한다. 제네릭 타입 파라미터는 모두 제거된다.

  1. List, List
  2. List, ArrayList
  3. List<? extends Number>, List<? super String>

제네릭 소거 과정

컴파일러는 제네릭 타입을 이용해서 소스 파일을 체크하고 개발자가 지정한 코드에 따라 필요한 곳에 형 변환을 넣고 최종적으로 컴파일 코드에 Type Erasure로 제네릭 타입을 제거하게 된다.

  1. 제네릭 타입의 경계(bound)를 제거
    • 제네릭 -> T는 Number로 치환
    • 는 Object로 치환 ```java // T extends Type -> Type /* 치환 전 */ class Box { List list = new ArrayList<>();

    void add(T item) { list.add(item); }

    T getValue(int i) { return list.get(i); } }

/* 치환 후 */ class Box { List list = new ArrayList(); // Object

void add(Number item) {
    list.add(item);
} } ```

  1. 제네릭 타입을 제거한 후 타입이 일치하지 않는 곳은 형 변환을 추가한다. ```java /* 치환 전 */ class Box { List list = new ArrayList(); // Object

    void add(Number item) { list.add(item); } }

/* 치환 후 */ class Box { List list = new ArrayList(); // Object

void add(Number item) {
    list.add(item);
}

Number getValue(int i) {
    return (Number) list.get(i); // 캐스팅 연산자 추가
} } ``` 3. 소거는 똑같이 진행 ```java // T -> Object /* 치환 전 */ public static <T> int count(T[] anArray, T elem) {
int cnt = 0;
for (T e : anArray)
    if (e.equals(elem))
        ++cnt;
    return cnt; }

/* 치환 후 */ public static int count(Object[] anArray, Object elem) { int cnt = 0; for (Object e : anArray) if (e.equals(elem)) ++cnt; return cnt; } ```

Bridge 메소드

컴파일러는 확장된 제네릭 타입에 대해서 타입 소거를 해도 다형성 보존을 위해서 별도의 bridge method를 생성한다.

제네릭 힙 오염

  1. 원시 타입과 매개변수 타입을 동시에 사용하는 경우
  2. 확인되지 않은 형 변환을 수행하는 경우
//ClassCastException 발생 예정
ArrayList<String> list1 = new ArrayList<>();
list1.add("A");
list1.add("B");

Object obj = list1; //상위 타입 Object로 변경

ArrayList<Double> list2 = (ArrayList<Double>) obj; //DownCast
list2.add(1.0);
list2.add(2.0);

System.out.println(list2); // [홍길동, 임꺾정, 1.0, 2.0]

for(double n : list2) {
    System.out.println(n);
}

컴파일러는 위의 코드에 대해서 컴파일 에러를 내지 않는다. 이는 제네릭 타입 소거에 의해서 나타나는 문제다.

1. 컴파일러는 타입 캐스팅을 검사하지 않는다.

-> 컴파일러는 형변환 대상 객체에 대해서 검사하지 않는다. 정확히 말하면 캐스팅 했을 때 대입되는 변수에 저장할 수 있느냐만 검사한다.

2. 제네릭 타입이 소거되면 결국 Object

-> 컴파일되면서 결국 제네릭은 Object가 된다. 결국 위 예시는 RawType이 되면서 어떤 정보든 저장할 수 있게 되면서 컴파일 에러가 나지 않는다.

제네릭 힙 오염 방지책

자바에서 Collections 클래스의 checkList() 메소드를 지원한다 해당 객체에 대해서 의도치 않은 타입의 데이터가 들어갔을 때 이를 감지하여 예외를 발생시킨다.

https://inpa.tistory.com/entry/JAVA-☕-제네릭-타입-소거-컴파일-과정-알아보기