[Java] String, StringBuffer, StringBuilder

String

String클래스는 immutable(불변)하다는 특성이 있습니다. String클래스의 문자열을 저장하는 char[]을 보면 final로 선언되어 있다는 것을 확인할 수 있습니다.

public final class String
    implements java.io.Serializable, Comparable<String>, CharSequence {
    /** The value is used for character storage. */
    private final char value[];
    ...
}

그 때문에, 한번 할당한 문자열을 변경하는 것은 불가능하며, 더하기 연산을 하여 붙일 시 새로운 객체가 생성되어 재할당 됩니다.

String s = "hello";
System.out.println(s.hashCode()); // 99162322
s += " delf!";
System.out.println(s.hashCode()); // 1776255224

새로운 메모리영역을 가리키게 변경되고 처음 선언했던 "hello"로 값이 할당되어 있던 메모리 영역은 Garbage로 남아있다가 GC(garbage collection)에 의해 사라지게 되는 것입니다.

 

반복적으로 문자열을 이어 붙이면 Heap 영역에 참조를 잃은 문자열 객체가 계속해서 쌓이게 됩니다. 물론 나중에 GC에 의해 수거가 되지만, 메모리 관리 측면에서 이러한 코드는 결코 좋다고 할 수 없습니다. 또한 계속해서 객체를 생성하기 때문에 연산 속도적인 측면에서도 뒤떨어집니다.

 

StringBuilder

반면 StringBuilder클래스는 mutable(가변) 합니다. (final이 아닙니다.) 상속 받고있는 AbstractStringBuilder 클래스의 내부를 보면 변경 가능하도록 선언되어 있습니다.

abstract class AbstractStringBuilder implements Appendable, CharSequence {
    /**
     * The value is used for character storage.
     */
    char[] value;
    ...
}

append() 메소드를 호출하면, char[] 배열의 길이를 늘리고 같은 객체에 문자열을 더합니다. 아래의 코드를 보면 append() 호출 이후에도 StringBuilder 객체에 변함이 없음을 확인할 수 있습니다.

 

StringBuffer

StringBuffer는 synchronized가 적용되어 멀티스레드 환경에서 Thread-safe하게 동작할 수 있습니다. 한마디로 동기화를 지원하는 StringBuilder라고 이해하시면 편합니다.

synchronized : multi-thread로 동시접근되는것을 막는다

// StringBuffer 클래스의 append 메소드
@Override
public synchronized StringBuffer append(CharSequence s) {
    toStringCache = null;
    super.append(s);
    return this;
}

String vs StringBuilder

String의 성능 이슈를 개선하기 위해 JDK 1.5 이상에서는 컴파일 단계에서 내부적으로 StringBuilder로 변경되어 동작됩니다.

 

예를들어 String을 이용하여 아래와 같이 + 연산자를 이용한 코드는

String outside = str1 + str2 ... + strN;

아래와 같이 내부적으로 동작하게 됩니다.

String inside = new StringBuilder(String.valueOf(str1)).append(str2).[...].apend(strN).toString();

+연산과 append()메소드의 실질적인 성능 차이는 거의 없습니다만, 아래와 같은 코드는 매 루프마다 StringBuilder객체가 생성되므로 기존(JDK 1.5 이하)의 String의 +연산과 같이 마찬가지로 불필요한 객체가 쌓이게 되고 성능에 악영향을 미칩니다.

for (int i = 0; i < 100000; i++) {
    string += value;
}

위와 같은 반복문에서 String의 +연산은 피하는 것이 좋습니다.

반복문에서의 String과 StringBuilder의 속도차이 실험 결과 약 만배의 속도 차이를 확인할 수 있다.

StringBuilder vs StringBuffer

가장 큰 차이점은 동기화의 유무로써 StringBuffer는 동기화 키워드를 지원하여 멀티쓰레드 환경에서 안전하다는 점(thread-safe) 입니다.  참고로 String도 불변성을 가지기때문에 마찬가지로  멀티쓰레드 환경에서의 안정성(thread-safe)을 가지고 있습니다. 

 

반대로 StringBuilder는 동기화를 지원하지 않기때문에 멀티쓰레드 환경에서 사용하는 것은 적합하지 않지만 동기화를 고려하지 않는 만큼 단일쓰레드에서의 성능은 StringBuffer 보다 뛰어납니다.

 

Thread-safe하지 않은 StringBuilder에 여러 스레드가 동시에 append()할 경우에, 기존 문자열 뒤 인덱스 값이 동기화되지 않아 중복된 장소에 여러 번 값을 덮어 쓰는 경우가 발생하고, 목표 횟수만큼 문자열이 추가되지 않게됩니다.

심지어 char[]의 버퍼를 늘리기 전에 문자 할당을 시도해서 ArrayIndexOutOfBoundsException이 발생하기도 합니다. 반면, synchronized 키워드를 지원하는 StringBuffer는 깔끔하게 목표 횟수만큼 문자열이 추가되었습니다.

정리

String

• 단순히 문자열을 참조하거나 탐색 및 검색이 잦을 때 좋습니다.

StringBuilder

• 런타임 때, 반복적인 문자열 추가 연산이 많을 때 좋습니다.
• 단일 스레드 환경이라면 StringBuffer보다 성능이 좋을 수 있습니다.

StringBuffer

• 멀티 스레드 환경에서 반복적인 추가 문자 추가 연산이 많을 때 좋습니다.

References

• https://delf-lee.github.io/post/string-stringbuilder-stringbuffer/
• https://ifuwanna.tistory.com/221\