String, StringBuilder/StringBuffer
String, StringBuilder/StringBuffer 클래스의 가장 큰 차이는 immutable, muttable의 차이입니다.
String Object 는 변경이 불가능한 객체입니다.
일반적으로 사용방식에 2가지 방법이 있습니다.
String str = "" 또는 String str = new String() 입니다.
""을 이용해 할당하는 방식은 내부적으로 heap 메모리의 String constant pool에 hashmap 형태의 자료구조에 저장합니다. 그외 new 를 이용한 방식의 문자열은 heap 메모리에 객체 형태로 저장 합니다.
이러한 동작방식으로 인해 다음과 같은 코드의 결과가 발생하게 됩니다.
String str = "hello";
String str2 = "hello";
String str3 = new String("hello");
System.out.println(str == str2);
System.out.println(str == str3);
이러한 String 의 내부동작의 차이로 같은 문자열이지만 비교시 다른 결과를 반환합니다.
true
false
String 의 intern(), equals, equalsIgnoreCase 를 이용해 비교하여야 원하는 결과 값을 얻을 수 있습니다.
System.out.println(str === str3.intern()); // true
System.out.println(str.equals(str3)); // true
String 객체는 변하지 못하는 immutable 객체라고 하였습니다. 그런데 일반적으로 concat(), substring(), replace() method 나 + 연산을 통해 문자열을 마음대로 변화 시킬수 있습니다.
String class 를 살펴보겠습니다.
/** The value is used for character storage. */
private final char value[];
String class 의 value 는 char array 형태이고 final이 붙어 있는걸 보니 변화할수 없는 형태가 맞습니다.
concat() method 구현 코드를 살펴보겠습니다.
Arrays.copyOf method 로 늘어날 길이만큼의 char array 를 할당하고, 배열에 문자열을 넣습니다.
그리고 new String(buf, true) 새로운 String 객체를 생성하고 return 합니다.
public String concat(String str) {
int otherLen = str.length();
if (otherLen == 0) {
return this;
}
int len = value.length;
char buf[] = Arrays.copyOf(value, len + otherLen);
str.getChars(buf, len);
return new String(buf, true);
}
String class 에서 문자열에 대한 연산은 new String() 동작이 일어납니다.
+ 연산이 어떻게 일어나는지도 알아보겠습니다.
java bytecode 를 통해 내부동작을 한번 확인해 보겠습니다.
다음과 같은 코드를 javap 로 분석해 보았습니다.
String s = "";
s+= "concat";
내부적으로 StringBuilder 객체를 생성하고 apeend 함수를 호출하고 있습니다.
7: new #3 // class java/lang/StringBuilder
10: dup
11: invokespecial #4 // Method java/lang/StringBuilder."<init>":()V
14: aload_1
15: invokevirtual #5 // Method java/lang/StringBuilder.append:(Ljava/lang/String;)Ljava/lang/StringBuilder;
18: ldc #6 // String concat
20: invokevirtual #5 // Method java/lang/StringBuilder.append:(Ljava/lang/String;)Ljava/lang/StringBuilder;
23: invokevirtual #7 // Method java/lang/StringBuilder.toString:()Ljava/lang/String;
정리해보면 아래와 같이 동작합니다.
StringBuilder builder = new StringBuilder();
builder.append("");
builder.append("concat");
String s = builder.toString();
Jdk 1.5부터는 String을 사용하여도 내부적으로 StringBuilder를 사용하도록 최적화가 되어있다고 알고 있었는데 제대로 동작하고 있음을 확인했습니다.
잘못 알고 있던 부분도 있었습니다. 위와 같은 방식으로 동작하고 있다보니 반복문에서 String + 연산을 할경우 확연한 성능차이를 확인 할수 있습니다.
String 객체에 10만번의 + 연산의 예입니다. 실행시간이 얼마나 걸리는지 확인 해보겠습니다.
@Test
public void stringTest(){
String result = "";
long start = System.currentTimeMillis();
for(int i = 0 ; i < 100000; i++){
result += "test";
}
long end = System.currentTimeMillis();
System.out.println("String exec time : " + (end - start));
}
약 15초의 시간이 걸립니다.
String exec time : 15041
이번엔 String builder 객체에 똑같은 방법으로 test 해보겠습니다.
@Test
public void stringBuilderTest(){
StringBuilder result = new StringBuilder();
long start = System.currentTimeMillis();
for(int i = 0 ; i < 100000; i++){
result.append("test");
result.substring(0, 1);
}
long end = System.currentTimeMillis();
System.out.println(" String builder exec time : " + (end - start));
}
3밀리 세컨드의 시간이 걸렸습니다. 차이가 눈에 띄게 많이 납니다. 즉 이러한 반복적인 문자열 연산에서는 String 보다는 StringBuilder 또는 StringBuffer를 사용해야 합니다. String 객체를 계속 생성할경우 heap 메모리에 GC의 대상이 되는 객체가 늘어나게 되고 성능에 영향을 끼칠수 밖에 없어집니다.
String builder exec time : 3
StringBuffer 나 StringBuilder 는 mutable한 객체로 내부를 살펴 보면 String 과 달리 char array 가 final 키워드 없이 선언된것을 확인 할 수 있습니다.
char[] value;
StringBuffer 의 StringBuilder 차이는 동기화에 대한 차이로 Thread-safe 유무의 차이인데 이번 포스팅에서는 다루지는 않겠습니다.
왜 String class 는 immutable 하게 설계되었는지를 알아보겠습니다
- Security : network, db, user 정보등의 문자열을 사용함에 있어 mutable 하다면 보안상의 이슈가 발생할것 입니다.
- Synchronization and concurrency: ‘immutable`하게 설계함으로 자동으로 동기화에 대한 이슈를 해결할 수 있습니다.
- Caching: String constatns pool 을 사용해 캐시 함으로 heap memory 자원에 대한 낭비를 막을 수 있습니다.
마지막으로, 이제 아래와 같은 코드에 대한 내부 동작을 명확하게 설명할 수 있습니다.
immutable, mutable에 대한 차이 입니다.
StringBuilder b1 = new StringBuilder("test");
StringBuilder b2 = b1;
b2.append(" b2");
b1.append(" b1");
System.out.println(b1); // test b2 b1
System.out.println(b2); // test b2 b1
String s1 = "s1";
String s2 = s1;
s2 += "a";
System.out.println(s1); // s1
System.out.println(s2); // s1a
정리
문자열을 많이 다루어 보았으나 실제 내부 동작 원리에 대해서는 이해하지 못하고 있었습니다.
간단히 나마 java에서 문자열을 다루는 방식에대해서 알수 있었고 시간이 된다면 StringBuilder, StringBuffer 에 대해서도 심도있게 다루어 보고 싶습니다.