Java 배열 완전 정복 — 선언부터 Arrays 유틸리티까지

지난 글에서 패턴 매칭 switch로 타입 기반 분기를 선언적으로 처리하는 방법을 살펴봤다. 이번에는 Java에서 가장 기초적이면서도 뜻밖에 함정이 많은 배열(Array)을 처음부터 끝까지 다진다. 배열은 동일한 타입의 값을 연속된 메모리 공간에 나란히 저장하는 자료구조로, Java의 모든 컬렉션 프레임워크가 내부적으로 배열을 활용한다. 제대로 이해하면 ArrayList, HashMap 같은 고수준 컬렉션을 쓸 때도 성능 예측이 훨씬 쉬워진다.

배열이란 무엇인가

배열은 고정 크기의 동일 타입 데이터를 담는 객체다. 선언 시점에는 참조 변수만 만들어지고, new 키워드로 실제 메모리를 할당해야 한다. 생성된 배열은 힙(Heap)에 위치하며 스택의 참조 변수가 그 주소를 가리킨다.

배열의 핵심 특성 세 가지를 먼저 기억해 두자.

• 0-based 인덱스: 첫 요소는 arr[0], 마지막은 arr[arr.length - 1]
• 고정 크기: 한 번 생성하면 크기를 바꿀 수 없다. 크기 변경이 필요하면 ArrayList를 쓴다
• 기본값 자동 초기화: int[]는 0, boolean[]은 false, 객체 배열은 null로 초기화된다

선언, 생성, 초기화

배열을 만드는 방법은 세 가지다.

// 방법 1: 선언 후 new로 생성
int[] scores = new int[5];      // [0, 0, 0, 0, 0]

// 방법 2: 선언과 동시에 리터럴 초기화
int[] primes = {2, 3, 5, 7, 11};

// 방법 3: new와 리터럴 동시 사용 (메서드 인수 전달 시 유용)
printArray(new int[]{10, 20, 30});

// 객체 배열
String[] names = new String[3]; // [null, null, null]
names[0] = "Alice";

int arr[] 처럼 변수 뒤에 []를 붙이는 C 스타일 문법도 허용되지만, Java 컨벤션은 타입 뒤에 []를 붙인다.

배열 접근과 순회

int[] arr = {10, 20, 30, 40, 50};

// 인덱스 직접 접근 — O(1)
int first = arr[0];   // 10
int last  = arr[arr.length - 1]; // 50

// 인덱스가 필요할 때: 전통 for
for (int i = 0; i < arr.length; i++) {
    System.out.printf("[%d] = %d%n", i, arr[i]);
}

// 인덱스가 불필요할 때: enhanced for (for-each)
for (int v : arr) {
    System.out.println(v);
}

arr.length는 필드이므로 괄호가 없다. String.length()와 혼동하지 않도록 주의하자.

Arrays 유틸리티 클래스

java.util.Arrays는 배열 조작에 필요한 거의 모든 기능을 정적 메서드로 제공한다.

import java.util.Arrays;

int[] arr = {5, 3, 1, 4, 2};

// 정렬 (Dual-Pivot Quicksort, O(n log n))
Arrays.sort(arr);                    // [1, 2, 3, 4, 5]

// 이진 탐색 — 반드시 정렬 후 사용
int idx = Arrays.binarySearch(arr, 3); // 인덱스 2 반환, 없으면 음수

// 복사
int[] copy = Arrays.copyOf(arr, arr.length);         // 전체 복사
int[] slice = Arrays.copyOfRange(arr, 1, 4);         // [2, 3, 4]

// 내용 비교 (== 대신 사용)
System.out.println(Arrays.equals(arr, copy));        // true

// 전체 동일 값으로 채우기
Arrays.fill(arr, 0);                                 // [0, 0, 0, 0, 0]

// 디버깅용 문자열 변환
System.out.println(Arrays.toString(arr));            // [0, 0, 0, 0, 0]

역순 정렬이 필요하면 기본형 배열(int[])을 직접 쓸 수 없다. 래퍼 타입 배열로 변환해야 한다.

Integer[] boxed = {5, 3, 1, 4, 2};
Arrays.sort(boxed, Comparator.reverseOrder()); // [5, 4, 3, 2, 1]

배열 복사 주의: 얕은 복사 vs 깊은 복사

int[] a = {1, 2, 3};
int[] b = a;          // 얕은 복사 — 같은 힙 객체를 가리킴

b[0] = 99;
System.out.println(a[0]); // 99 ← a도 바뀐다!

// 진짜 복사(독립 배열)
int[] c = Arrays.copyOf(a, a.length);
c[0] = 0;
System.out.println(a[0]); // 99 ← a 불변

객체 배열의 경우 Arrays.copyOf는 여전히 내부 객체의 참조만 복사한다(얕은 복사). 객체 자체를 독립적으로 복사하려면 별도 로직이 필요하다.

흔한 런타임 예외

예외	원인
ArrayIndexOutOfBoundsException	인덱스가 0 미만이거나 length 이상
NullPointerException	선언만 하고 초기화하지 않은 배열에 접근
NegativeArraySizeException	new int[-1]처럼 음수 크기로 생성

배열 vs ArrayList

배열은 성능이 뛰어나지만 크기가 고정된다. 일반적으로 다음 기준으로 선택한다.

• 배열: 크기가 확정적이고 성능이 중요한 경우 (예: 알고리즘 문제, 내부 버퍼)
• ArrayList: 동적 추가·삭제가 필요한 경우

ArrayList도 내부는 배열이다. 용량 초과 시 1.5배 크기로 새 배열을 할당하고 복사한다는 사실을 알면 성능 예측이 쉬워진다.

정리

배열은 Java에서 가장 원시적인 자료구조지만, 힙 할당 방식과 참조 의미론을 정확히 이해하면 더 복잡한 컬렉션도 자신 있게 다룰 수 있다. 핵심은 세 가지다: 0-based 인덱스, 고정 크기, 그리고 = 대입은 참조 복사라는 사실.

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지난 글: Java 패턴 매칭 switch 완전 정리

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