[Backend] JVM - Primitive type과 Reference type

출처 : Medium - What's the Difference Between Primitive and Non-...

1. Primitive 와 Reference

JVM 환경

Primitive type (원시 타입)

• int, long, float, double, boolean, char, byte, short
• 스택 / 레지스터 위주, null 불가
• 객체가 아니라 값(value)으로만 다룸.

Reference type (참조 타입)

• Integer, Long, Float, String, List, Any 등 모든 객체 타입
• 힙(Heap)에 객체가 존재하고, 변수에는 그 객체를 가리키는 참조(주소)가 들어감
• null 가능

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Kotlin 입장

Kotlin 언어 자체는 "primitive"라는 말은 쓰지 않고, nullable 여부로만 type을 나눈다.

• Int, Long, Float, Boolean
  • Kotlin 레벨에선 그냥 값 처럼 보이는 것들
  • nullable 아님 → Int, Long (기본)
• Int?, Long?, Float? ...
  • nullable 타입 → null 허용

 

그리고 JVM으로 컴파일될 때 아래처럼 매핑된다.

• Int → 가능하면 int(primitive)로 컴파일
• Int? → java.lang.Integer (Reference 타입, 박싱된 객체)
• List<Int> → 제네릭 때문에 내부적으로는 List<Integer>처럼 박싱된 타입 사용
• IntArray → 진짜 int[] (Primitive 타입)

Kotlin 소스에서 보이는 Int / Int?는 같아 보이지만, JVM 바이트코드에서는 Int는 primitive, Int?는 reference로 변신한다.

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2. Int vs. Int? 활용 차이

2-1. non-null 값 타입 예시 (Int)

val count: Int = 10          // 절대 null 아님
val length: Int = "hello".length

• null 체크 없이 바로 연산 가능
• 컴파일 시 Kotlin이 non-null을 보장하기 때문에 JVM에서는 primitive int로 컴파일됨.
• 빠르고 메모리도 적게 씀

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2-2. nullable 값 타입 예시 (Int?)

val maybeCount: Int? = null
fun parseIntOrNull(s: String): Int? = s.toIntOrNull() // 실패하면 null

• "값이 있을 수도 있고 없을 수도 있다"는 도메인 의미를 표현함
• JVM에서는 Integer 객체(Reference type)로 다뤄짐
• 사용 시에는 항상 null 처리가 요구됨

val value: Int? = parseIntOrNull("123")

val safe: Int = value ?: 0            // elvis 연산자로 기본값
val plusOne: Int? = value?.plus(1)    // safe call

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출처 : Medium - Do You Know Autoboxing and Unboxing in Java? ❘  ...

3. Boxing과 Unboxing

3-1. Boxing (primitive → reference)

원시값을 객체로 wrapping해서 Reference 타입으로 바꾸는 것.

 

Kotlin에서 boxing이 발생하는 대표적인 상황들은 아래와 같다.

• Nullable로 바뀌는 순간

val a: Int = 10
val b: Int? = a   // 여기서 boxing 발생: int → Integer

 

• Any / Any?로 업캐스팅할 때

fun printAny(x: Any) {
    println(x)
}

val n: Int = 42
printAny(n)       // Int → int → boxing → Integer → Any

 

• 일반 컬렉션 (List / Set / Map)에 넣을 때

val list: List<Int> = listOf(1, 2, 3)
// 제네릭 때문에 JVM에선 List<Integer> 형태 → 전부 boxing

 

• Java 메서드가 Integer를 요구하는 경우

// Java
void printInteger(Integer x) { ... }

val v: Int = 10
printInteger(v)   // Kotlin → boxing 해서 Integer로 전달

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3-2. Unboxing (reference → primitive)

객체(Integer)에서 실시 원시값(int)을 꺼내는 것.

 

Kotlin에서 unboxing이 일어나는 상황은 아래와 같다.

• nullable 값을 연산에 사용하는 순간

val a: Int? = 10
val b: Int = a!! + 5
// a!! : Int?를 Int로 강제 변환(실제로는 unboxing + NPE 체크)

 

• nullable을 non-null 타입 variable에 대입할 때

val a: Int? = 10
val b: Int = a!!        // unboxing + NPE 가능성

 

• Java 함수가 primitive를 요구할 때

// Java
void process(int value) { ... }

val x: Int? = 10
process(x!!)           // x를 int로 unboxing 후 전달

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4. Boxing, Unboxing의 중요성

4-1. 성능 측면

Heap 할당 및 GC 비용

• primitive(int)는 스택/레지스터 영역으로 할당 비용이 거의 없다.
• boxed 타입(Integer)는 힙에 객체를 생성하기 때문에 할당 및 garbage collection 비용이 발생한다.

fun sumList(list: List<Int>): Int {
    var sum = 0
    for (x in list) {
        sum += x     // 매 반복마다 boxing/unboxing 가능
    }
    return sum
}

fun sumArray(arr: IntArray): Int {
    var sum = 0
    for (x in arr) {
        sum += x     // 순수 primitive 연산, 훨씬 저렴
    }
    return sum
}

• List<Int>는 내부적으로 Integer 객체들의 리스트라서 박싱된 값을 반복적으로 unboxing하면서 연산한다.
• IntArray는 진짜 int[]라서 primitive 연산만 수행하기 때문에 성능 우위가 존재한다.

핫 루프, 대량 연산에서는 IntArray / LongArray 처럼 primitive 배열을 사용하는 것이 훨씬 유리하다.

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4-2. Null-safety / NPE 측면

Unboxing은 null일 때 NPE의 직접적인 원인이 된다.

val a: Int? = null
val b: Int = a!!      // 여기서 NPE

 

이는 Java interop에서도 주의해야 한다.

// Java
Integer getValueOrNull() { return null; }

val v: Int = getValueOrNull()  // 플랫폼 타입 Int! 로 인식, 런타임에 NPE 가능

 

Kotlin은 null-safe한 언어지만, unboxing 시점에 null이면 결국 NPE가 발생한다.

때문에 가능하면 non-null 타입(Int) 위주로 사용하고, 진짜 필요할 때만 Int?를 쓰고 ?: / ?. / ㅣlet 등으로 안전히 처리해야 한다.

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4-3. API 설계 관점

박싱 / 언박싱을 이해하면 Kotlin API를 어떻게 설계할지가 달라진다.

• "이 값은 반드시 있어야 한다." → Int, Long 처럼 non-null 타입으로 설계
• "없을 수도 있다. (Optional, 실패 가능)" → Int?, Long?으로 설계

// bad: 애매하게 nullable로 설계
fun findUserAgeBad(id: String): Int? {
    // null이면? 실패인지, 나이가 0인지, 정보가 없는 건지 애매
}

// better: 도메인 의미가 분명하게 드러나게 설계
fun findUserAge(id: String): Int?          // 사용자 없으면 null
fun getUserAgeOrThrow(id: String): Int     // 없으면 예외
fun getUserAgeOrDefault(id: String, default: Int = 0): Int

 

여기서 Int?를 쓰는 순간 JVM은 박싱 타입(Integer)이 되고, Int를 쓰면 가능하면 primitive int로 최적화된다는 걸 함께 의도한 선택이라 볼 수 있다.

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5. 정리

5-1. Kotlin 코드 → JVM 내부 타입 대응

Kotlin 타입	null 허용	JVM 타입 예시	특징
Int	X	int	primitive, 빠름, NPE X
Int?	O	java.lang.Integer	Reference, boxing, NPE 위험
List<Int>	상황에 따라	List<Integer>	내부 요소 boxing
IntArray	X	int[]	primitive 배열

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5-2. Boxing, Unboxing

• Boxing : Int → Int? / Any / List<Int> 등 힙 객체를 생성하는 것.
• Unboxing : Int? / Integer를 Int 연산에 쓸 때 → NPE 위험 + 연산 오버헤드 발생 가능함.

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6. 심화 주제

1. 성능 : Kotlin 내 List<Int>와 IntArray의 성능 차이를 boxing / unboxing 관점에서 벤치마크 코딩 예제
2. 설계 : 도메인 설계 시, Kotlin 함수의 반환 타입을 Int, Int? 중 무엇으로 할지 결정 기준.
3. Java interop 위주 : Interop 환경에서 Int / Int? 사이의 boxing / unboxing 발생 시기 및 NPE 실제 케이스 예제

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참고 자료

 - What’s the Difference Between Primitive and Non-Primitive Data Types In Java?

 - Do You Know Autoboxing and Unboxing in Java?

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