String, StringBuffer, StringBuilder

String, StringBuffer, StringBuilder 차이를 알아보자

 

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String

• String 인스턴스는  String Constant Pool  영역에 저장됩니다. 
  • Java 8 이전 : Permgen 영역에 할당되어 Method area(상수형 데이터 저장되는 곳)에 위치합니다.
  • Java 8 이후 : Permgen 영역이 제거되고 Metaspace 영역으로 변경되면서 Heap 영역으로 이동하여 GC가 관리될 수 있도록 개선되었습니다.

 

new String()과 리터러("")의 차이

• new String()은 Heap 메모리 영역에 저장된다.
• ""는 Heap안에 있는 String Constant Pool 영역에 저장된다.

 

 

String 클래스의 구현 코드를 살펴보자

String 인스턴스는 immutable 합니다

String은 final 클래스로 선언되어 있으며 클래스내의 문자열도 final로 선언되어 있기 때문이다.

 

/**
 * Strings are objects which represent immutable arrays of characters.
 *
 * @author OTI
 * @version initial
 *
 * @see StringBuffer
 */
public final class String implements Serializable, Comparable<String>, CharSequence
{
	...
	private final char[] value;
	private final int count;
	private int hashCode;

	...

  /**
	 * Creates a string that is a copy of another string
	 *
	 * @param string
	 *          the String to copy
	 */
	public String(String string) {
		value = string.value;
		count = string.count;
		hashCode = string.hashCode;
	}
}

문제점 : 문자열을 자주 조합할 경우

 

문자열을 조합할 경우, 새로운 인스턴스가 생성됩니다.

value가 final이니 인스턴스의 value를 수정할 수 없기 때문입니다. 

새로운 인스턴스는 힙 메모리에 할당되므로 빈번한 문자열 조합은 가비지 컬렉터의 부하가 발생할 수 있습니다.

 

/*
 * Creates a string that is s1 + s2.
 */
private String(String s1, String s2) {
	...
	value = new char[concatlen];
	count = concatlen;

	System.arraycopy(s1.value, 0, value, 0, s1len);
	System.arraycopy(s2.value, 0, value, s1len, s2len);
}

String Optimization

Java 1.5 이상부터는 String 인스턴스에 문자열을 '+' 할 경우에 컴파일러가 StringBuilder로 변환해주는 것을 확인할 수 있습니다.

그렇다면 아래와 같이 코드를 컴파일 할 경우에 어떻게 최적화 될지 확인해 봅시다.

public static void main(String[] args) {
		// case 1. 두 인스턴스 문자열 조합
    String str1 = "test";
    String str2 = "test";
    String str3 = str1 + str2;

		// case 2. 문자열 인스턴스에 int 추가
    String str4 = "";
    str4 += 0;
    str4 += 1;
    str4 += 2;

		// case 3. 문자열 인스턴스에 for loop를 돌면서 문자열 추가
    String str5 = "123";
    for(int i = 0; i < 100; ++i) {
        str5 = str5 + "456";
    }
}

 

 

다음은 JAD로 컴파일한 파일을 디컴파일한 결과입니다.

 

 

String 인스턴스들을 조합할 경우 StringBuilder로 변환하여 append()를 호출하는 것을 확인할 수 있습니다.

그러나 루프문에서는 루프 수 만큼 StringBuilder 인스턴스가 생성되었기 때문에 주의해야합니다.

 

public static void main(String args[])
{
		// case 1. 두 인스턴스 문자열 조합
    String str1 = "test";
    String str2 = "test";
    String str3 = (new StringBuilder()).append(str1).append(str2).toString();
    
		// case 2. 문자열 인스턴스에 int 추가
		String str4 = "";
    str4 = (new StringBuilder()).append(str4).append(0).toString();
    str4 = (new StringBuilder()).append(str4).append(1).toString();
    str4 = (new StringBuilder()).append(str4).append(2).toString();
    
		// case 3. 문자열 인스턴스에 for loop를 돌면서 문자열 추가
		String str5 = "123";
    for(int i = 0; i < 100; i++)
        str5 = (new StringBuilder()).append(str5).append("456").toString();

}

정리

 

String은 immutable한 특징 때문에 문자열을 자주 조합할 시 힙 메모리에 자주 할당되어 가비지 컬렉터의 부하가 발생할 수 있습니다. 

Java 5 이상부터는 String 인스턴스에 새로운 문자열을 조합할 경우 컴파일러가 최적화하여 StringBuilder로 변환해주지만 StringBuilder 또한 새로 생성되는 인스턴스이기 때문에 성능을 고려하며 코드를 작성해야 합니다.

 

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StringBuilder

• StringBuilder는 힙 메모리에 생성됩니다.
• 가변적이고, Thread Safe 하지 않습니다.
• Thread safe를 고려하지 않으므로 성능 상 가장 우수합니다.
• 싱글 쓰레드 로직이나 쓰레드간 String을 공유하지 않는다면 StringBuilder를 사용합시다.

public final class StringBuilder extends AbstractStringBuilder implements Serializable, CharSequence, Appendable {
	...
	private transient char[] value;
	...
}

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StringBuffer

• StringBuffer 또한 힙 메모리에 생성됩니다.
• 가변적이지만 Thread Safe 합니다.

Thread safe를 어떻게 구현하였을까?

StringBuffer의 경우에는 append 메소드에 synchronized 를 붙여주어 해당 로직에 lock을 걸어 동기화를 보장합니다. synchronized 키워드는 가장 안전하게 쓰레드 동기화를 보장해주지만 lock을 거는 만큼 성능상 이슈가 없는지 고려해야합니다.

/**
 * Adds the character array to the end of this StringBuffer.
 *
 * @param		chars	the character array
 * @return		this StringBuffer
 *
 * @exception	NullPointerException when chars is null
 */
public synchronized StringBuffer append (char[] chars) {
	int currentLength = lengthInternalUnsynchronized();
	int currentCapacity = capacityInternal();
	
	...
}

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총정리

String : 불변

StringBuilder : 가변, 문자열 조합 시 성능 가장 우수함, 동기화 지원 안함

StringBuffer : 가변, 문자열 조합 시 두번째로 우수함, 동기화 지원

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참고

• http://www.javadecompilers.com/
• https://gist.github.com/benelog/b81b4434fb8f2220cd0e900be1634753
• https://siyoon210.tistory.com/160
• https://coding-factory.tistory.com/546