자바의 기본형과 참조형은 무엇일까?

1. 들어가기 전

자바 코드를 작성하다 보면 다음과 같이 다양한 타입의 변수를 선언한다.

int age = 20; 
boolean active = true; 

String name = "kim"; 
Member member = new Member("kim");

모두 타입 변수명 = 값의 형태로 선언하지만, 변수에 저장되는 값의 성격은 서로 다르다. int와 boolean 같은 변수에는 실제 데이터 값이 저장되고, String과 Member 같은 변수에는 객체를 가리키는 참조값이 저장된다.

이 차이를 제대로 이해하지 못하면 다음과 같은 부분에서 혼란이 생긴다.

• ==와 equals()는 무엇이 다른가?
• 객체 변수를 다른 변수에 대입하면 객체도 복사되는가?
• 메서드에 객체를 전달하면 원본 객체가 변경되는 이유는 무엇인가?
• String은 기본형인가?
• Integer와 int는 무엇이 다른가?
• 참조형 변수에는 왜 null을 저장할 수 있는가?
• JPA Entity의 식별자는 왜 long보다 Long을 많이 사용하는가?

기본형과 참조형은 단순히 자료형을 분류하는 문법이 아니다. 자바에서 변수가 값을 저장하고, 객체를 다루며, 메서드에 데이터를 전달하는 방식을 이해하기 위한 출발점이다.

2. 자바의 타입은 어떻게 나뉠까?

자바의 타입은 크게 기본형(Primitive Type) 과 참조형(Reference Type) 으로 나뉜다.

int age = 20; 
Member member = new Member("kim");

age 변수에는 정수 값 20이 직접 저장된다.

반면 member 변수에는 Member 객체 자체가 저장되는 것이 아니다. 생성된 객체를 가리키는 참조값이 저장된다.

참조값은 JVM이 메모리에서 특정 객체를 찾아 접근할 수 있도록 사용하는 값이다. 개념을 쉽게 설명하기 위해 주소라고 표현하기도 하지만, 자바 개발자가 직접 메모리 주소를 읽거나 수정할 수 있는 포인터와는 다르다.
(JVM 나중에 설명)

기본형 변수 = 기본형 값 저장
참조형 변수 = 객체를 가리키는 참조값 저장 

public class Member {

   private int age;       // 기본형 인스턴스 필드
   private Address address; // 참조형 인스턴스 필드
}

3. 기본형은 실제 값을 저장한다

기본형 타입에는 크게 논리형 (boolean),  문자형 (char),  정수형 (byte, short, int, long),  실수형 (float, double) 으로 나뉜다.

기본형 특징은 다음과 같다.

• 자바에서 제공하는 기본형은 byte, short, int, long, float, double, char, boolean의 8가지다.
• 타입 이름은 모두 소문자로 작성한다.
• 기본형 변수에는 객체를 가리키는 참조값이 아니라 실제 데이터 값이 저장된다.
• 기본형은 객체가 아니므로 null을 저장할 수 없다.
• 필드와 배열 요소는 타입별 기본값으로 자동 초기화된다.
• 지역 변수는 자동으로 초기화되지 않으므로 사용하기 전에 값을 직접 할당해야 한다.

4. 참조형은 객체를 가리키는 참조값을 사용한다

참조형에는 클래스, 인터페이스, 배열, 타입 변수 등이 포함된다.

String name = "kim"; 
Member member = new Member("kim"); 
List<String> names = new ArrayList<>(); 
int[] numbers = new int[3];

위 예제에서 String, Member, List<String>, int[]는 모두 참조형이다. 배열의 요소가 기본형이더라도 배열 자체는 객체이므로 배열 변수는 참조값을 저장한다.

4.1 객체 생성과 참조값

Member member = new Member("kim");

member 변수 안에는 Member 객체의 필드 값이 직접 들어 있는 것이 아니다. 객체에 접근할 수 있는 참조값이 들어 있다.

member.changeName("lee");

member에 저장된 참조값을 따라가 실제 객체를 찾은 뒤, 해당 객체의 changeName() 메서드를 호출한다.

4.2 참조형 변수를 대입하면 객체가 복사될까?

참조형 변수를 다른 변수에 대입하면 객체가 복사되는 것이 아니라 참조값이 복사된다.

Member first = new Member("kim");
Member second = first;

두 변수의 상태를 그림으로 표현하면 다음과 같다.

first와 second에는 같은 참조값이 저장되어 있으므로 두 변수 모두 같은 객체를 가리킨다.

second.changeName("lee");

System.out.println(first.getName()); // lee 
System.out.println(second.getName()); // lee

second를 통해 객체의 이름을 변경했지만 first로 조회한 값도 변경된다. 두 변수가 같은 객체를 가리키고 있기 때문이다.

반면 second에 새로운 객체의 참조값을 대입하면 두 변수는 서로 다른 객체를 가리키게 된다.

Member first = new Member("kim"); 
Member second = first; 

second = new Member("lee");

4.3 참조형과 null

참조형 변수에는 객체를 가리키지 않는다는 의미로 null을 저장할 수 있다.
(위에서 말했지만 기본형에는 null을 저장할 수 없다.)

Member member = null;

null이 저장된 변수를 통해 객체의 필드나 메서드에 접근하면 NullPointerException이 발생한다.

기본형에서 값의 부재를 표현해야 한다면 기본형에 대응하는 래퍼 클래스를 사용할 수 있다.
(래퍼 클래스는 아래에서 자세히 설명한다.)

4.4 final 참조 변수의 객체는 변경될 수 있다

참조형 변수에 final을 붙이면 참조값을 다시 대입할 수 없다.

final Member member = new Member("kim"); 

// 컴파일 오류 
member = new Member("lee");

그러나 final은 변수가 가리키는 객체 자체를 불변으로 만드는 것이 아니다.

final Member member = new Member("kim");

member.changeName("lee");

System.out.println(member.getName()); // lee

member 변수가 다른 객체를 가리키도록 변경할 수 없을 뿐, 현재 가리키는 객체의 상태는 변경될 수 있다.

객체를 불변으로 만들려면 필드를 final로 선언하고 상태 변경 메서드를 제공하지 않는 등의 별도 설계가 필요하다.

4.5 ==와 equals()의 차이

기본형에서 ==는 두 값이 같은지 비교한다.

int first = 10;
int second = 10;

System.out.println(first == second); // true

참조형에서 ==는 두 변수가 같은 객체를 가리키는지 비교한다.

Member first = new Member("kim");
Member second = new Member("kim");

System.out.println(first == second); // false

두 객체의 필드 값이 같더라도 서로 별도로 생성된 객체이므로 참조값은 다르다.

객체가 가진 논리적인 값을 비교하려면 equals()를 사용해야 한다.

String first = new String("java"); 
String second = new String("java"); 

System.out.println(first == second); // false 
System.out.println(first.equals(second)); // true

String은 문자열의 내용이 같으면 true를 반환하도록 equals()가 구현되어 있다.

직접 만든 클래스는 비교 기준에 따라 equals()를 재정의해야 한다. equals()를 재정의하지 않으면 Object의 기본 구현을 사용하기 때문에 사실상 객체의 동일성을 비교한다.

null 가능성이 있는 값을 비교할 때는 Objects.equals()를 사용할 수 있다.

String first = null;
String second = "java";

System.out.println(Objects.equals(first, second)); // false

Objects.equals()는 비교 대상 중 하나 또는 둘 다 null이어도 NullPointerException을 발생시키지 않는다.
(Objects.equals()는 내부적으로 null 여부를 먼저 확인하기 때문이다.)

public static boolean equals(Object a, Object b) {
    return a == b || (a != null && a.equals(b));
}

5. 자바는 항상 값을 복사해서 전달한다

자바의 메서드 호출은 기본형과 참조형 모두 값에 의한 전달(Pass by Value) 방식이다. 메서드를 호출할 때 인자의 값이 매개변수에 복사된다.

즉, 자바에서 변수에 값을 대입하는 것은 항상 값을 복사해서 대입한다.

차이는 복사되는 값의 종류다.

기본형 변수 → 기본형 값이 복사된다.
참조형 변수 → 참조값이 복사된다.

5.1 기본형을 전달하는 경우

public class ParameterExample {

    public static void main(String[] args) {
        int number = 10;

        changeNumber(number);

        System.out.println(number); // 10
    }

    private static void changeNumber(int number) {
        number = 20;
    }
}

changeNumber(number)를 호출하면 main()의 number에 저장된 값 10이 매개변수에 복사된다.

메서드 내부에서 변경하는 것은 값을 복사받은 매개변수 자체다.

main()의 지역 변수와 changeNumber()의 매개변수는 서로 다른 변수이므로 호출한 쪽의 값은 변경되지 않는다.

5.2 참조형을 전달하는 경우

public class ParameterExample {

    public static void main(String[] args) {
        Member member = new Member("kim");

        changeName(member);

        System.out.println(member.getName()); // lee
    }

    private static void changeName(Member member) {
        member.changeName("lee");
    }
}

참조형 변수를 전달할 때는 객체가 복사되는 것이 아니라 변수에 저장된 참조값이 복사된다.

호출한 쪽의 변수와 메서드의 매개변수는 서로 다른 변수지만, 두 변수에 같은 참조값이 들어 있다. 따라서 메서드 내부에서 객체의 상태를 변경하면 호출한 쪽에서도 변경된 결과를 확인할 수 있다.

이것은 참조형이 참조 전달 방식이기 때문이 아니라, 복사된 두 참조값이 같은 객체를 가리키고 있기 때문이다.

5.3 매개변수의 참조값을 변경하는 경우

메서드 내부에서 매개변수가 다른 객체를 가리키도록 변경하면 어떻게 될까?

public class ParameterExample {

    public static void main(String[] args) {
        Member member = new Member("kim");

        replaceMember(member);

        System.out.println(member.getName()); // kim
    }

    private static void replaceMember(Member member) {
        member = new Member("lee");
    }
}

replaceMember()의 매개변수에는 호출한 쪽의 참조값이 복사되어 있다. 메서드 내부에서 새로운 객체의 참조값을 대입하면 복사된 매개변수만 변경된다.

호출한 쪽의 member 변수는 여전히 기존 객체를 가리킨다.

private static void changeName(Member member) {
    // 같은 객체의 상태를 변경하므로 호출한 쪽에서도 변경이 보인다.
    member.changeName("lee");
}

private static void replaceMember(Member member) {
    // 복사된 매개변수의 참조값만 변경하므로 호출한 쪽에는 영향이 없다.
    member = new Member("lee");
}

6. 래퍼 클래스와 실무에서의 타입 선택

자바는 각 기본형에 대응하는 래퍼 클래스를 제공한다.

래퍼 클래스는 기본형 값을 객체로 다룰 수 있도록 감싸는 클래스다.

int primitiveNumber = 10; 
Integer wrapperNumber = Integer.valueOf(10);

int는 기본형이고 Integer는 참조형이다.

6.1 오토박싱과 언박싱

기본형 값을 대응하는 래퍼 클래스 객체로 자동 변환하는 것을 **오토박싱(Autoboxing)**이라고 한다.

Integer number = 10;

컴파일러는 개념적으로 다음과 같이 변환한다.

Integer number = Integer.valueOf(10);

반대로 래퍼 클래스 객체에서 기본형 값을 꺼내는 것을 **언박싱(Unboxing)**이라고 한다.

Integer wrapperNumber = 10;
int primitiveNumber = wrapperNumber;

컴파일러는 개념적으로 다음과 같이 변환한다.

int primitiveNumber = wrapperNumber.intValue();

6.2 컬렉션에는 기본형을 직접 사용할 수 없다

제네릭의 타입 인자에는 기본형을 사용할 수 없다.
(나중에 제네릭 글을 작성할 것이다.)

// 컴파일 오류
List<int> numbers = new ArrayList<>();

기본형에 대응하는 래퍼 클래스를 사용해야 한다.

List<Integer> numbers = new ArrayList<>();

numbers.add(10);

numbers.add(10)에서 int 값 10은 오토박싱을 통해 Integer 객체로 변환된다.

6.3 언박싱과 NullPointerException

래퍼 클래스는 참조형이므로 null을 저장할 수 있다.

Integer number = null;

null인 래퍼 클래스를 기본형으로 언박싱하면 NullPointerException이 발생한다.

Integer wrapperNumber = null;

int primitiveNumber = wrapperNumber; // NullPointerException

위 코드는 개념적으로 다음과 같다.

int primitiveNumber = wrapperNumber.intValue();

wrapperNumber가 null인데 메서드를 호출하려 했으므로 예외가 발생한다.

스트림 연산이나 합계 계산에서도 같은 문제가 생길 수 있다.

List<Integer> numbers = Arrays.asList(10, null, 20);

int sum = numbers.stream()
        .mapToInt(Integer::intValue)
        .sum();

null 값이 언박싱되는 시점에 NullPointerException이 발생한다. 래퍼 타입을 사용할 때는 null 가능성을 확인해야 한다.

6.4 래퍼 객체는 ==로 값을 비교하지 않는다

래퍼 클래스도 참조형이므로 ==는 숫자 값이 아니라 참조값을 비교한다.

Integer first = 1000;
Integer second = 1000;

System.out.println(first == second);      // false
System.out.println(first.equals(second)); // true

래퍼 클래스는 내부 캐시와 오토박싱 때문에 일부 값에서 == 결과가 우연히 true로 나올 수 있다. 따라서 래퍼 객체의 숫자 값을 비교할 때 == 결과에 의존해서는 안 된다.

6.5 기본형과 래퍼 클래스의 선택 기준

일반적인 숫자 계산과 반복문처럼 null이 필요하지 않은 경우에는 기본형을 우선 사용할 수 있다.

int count = 0;
boolean active = false;

기본형은 값이 반드시 존재하며 오토박싱과 언박싱이 필요하지 않다.

반면 다음 상황에서는 래퍼 클래스가 필요할 수 있다.

• 값이 없는 상태를 null로 표현해야 하는 경우
• 컬렉션이나 제네릭에서 타입 인자로 사용하는 경우
• JPA Entity의 생성 전 식별자를 표현하는 경우
• 요청 DTO에서 값이 전달되지 않은 상태와 0을 구분해야 하는 경우

JPA Entity의 자동 생성 식별자는 일반적으로 Long을 사용한다.

@Entity
public class Member {

    @Id
    @GeneratedValue
    private Long id;
}

아직 데이터베이스에 저장되지 않은 엔티티는 식별자가 null일 수 있다.

저장 전: id = null
저장 후: id = 1

long을 사용하면 기본값이 0이기 때문에 값이 없는 상태와 실제 숫자 0을 타입만으로 구분하기 어렵다.

7. 참고 자료

• https://docs.oracle.com/javase/specs/jls/se25/html/jls-4.html

• https://dev.java/learn/language-basics/primitive-types/

• https://dev.java/learn/classes-objects/calling-methods-constructors/

• https://dev.java/learn/numbers-strings/autoboxing/

• https://docs.oracle.com/en/java/javase/25/docs/api/java.base/java/util/Objects.html

• https://docs.oracle.com/javase/tutorial/java/nutsandbolts/datatypes.html

• https://www.baeldung.com/java-pass-by-value-or-pass-by-reference

• https://www.baeldung.com/java-wrapper-classes

• https://programming.guide/java/pass-by-value-or-pass-by-reference.html

• https://dev.java/learn/language-basics/arrays/

• https://dev.java/learn/introducing-generics/

• https://mangkyu.tistory.com/322

• https://medium.com/@s23051/%EB%9E%98%ED%8D%BC-%ED%81%B4%EB%9E%98%EC%8A%A4%EB%9E%80-wrapper-class-cc5aa6f7cdd1