StringBuilder - 가변 String.

불변인 String 클래스의 단점.

불변인 String 클래스에도 단점이 있습니다.

다음 예를 봅시다.

• 참고로 실제로 작동하는 코드는 아닙니다.

두 문자를 더하는 경우 다음과 같이 작동합니다.

"A" + "B";
String("A") + String("B"); // 문자는 String 타입.
String("A").concat(String("B")); // 문자의 더하기는 concat을 사용.
new String("AB") // String은 불변입니다. 따라서 새로운 객체가 생성됩니다.

불변인 String의 내부 값은 변경할 수 없습니다.

따라서 변경된 값을 기반으로 새로운 String 객체를 생성합니다.

더 많은 문자를 더하는 경우를 살펴봅시다.

String str = "A" + "B" + "C" + "D";
String str = String("A") + String("B") + String("C") + String("D");
String str = new String("AB") + String("C") + String("D");
String str = new String("ABC") + String("D");
String str = new String("ABCD");

• 이 경우 총 3개의 String 클래스가 추가로 생성됩니다.
  • 그런데 문제는 중간에 만들어진 new String("AB"), new String("ABC")는 사용되지 않습니다. 최종적으로 만들어진 new String("ABCD")만 사용됩니다.
    • 결과적으로 중간에 만들어진 new String("AB)", new String("ABC")는 제대로 사용되지도 않고, 이후 GC의 대상이 됩니다.

불변인 String 클래스의 단점은 문자를 더하거나 변경할 때 마다 계속해서 새로운 객체를 생성해야 한다는 점입니다.
문자를 자주 더하거나 변경해야 하는 상황이라면 더 많은 String 객체를 만들고, GC해야 합니다.
결과적으로 컴퓨터의 CPU, 메모리 자원을 더 많이 사용하게 됩니다.
그리고 문자열의 크기가 클수록, 문자열을 더 자주 변경할수록 시스템의 자원을 더 많이 소모합니다.

참고 : 실제로는 문자열을 다룰 때 자바가 내부에서 최적화를 적용합니다.

StringBuilder

이 문제를 해결하는 방법은 단순합니다.

• 바로 불변이 아닌 가변 String이 존재하면 됩니다.
  • 가변은 내부의 값을 바로 변경하면 되기 때문에 새로운 객체를 생성할 필요가 없습니다.
    • 따라서 성능과 메모리 사용면에서 불변보다 더 효율적입니다.

이런 문제를 해결하기 위해 자바는 StringBuilder라는 가변 String을 제공합니다.

• 물론 가변의 경우 사이드 이펙트에 주의해서 사용해야 합니다.

StringBuilder는 내부에 final이 아닌 변경할 수 있는 byte[]을 가지고 있습니다.

public final class StringBuilder {
    char[] value; // 자바 9 이전
    char[] value; // 자바 9 이후
    
    // 여러 메서드
    public StringBuilder append(String str) {...}
    public int length() {...}
    ...
}

(실제로는 상속 관계에 있고 부모 클래스인 AbstractStringBuilder에 value 속성과 length() 메서드가 있습니다.)

StringBuilder 사용 예

실제 StringBuilder를 어떻게 사용하는지 확인해 봅시다.

package lang.string.builder;

public class StringBuilderMain1_1 {

  public static void main(String[] args) {
    StringBuilder sb = new StringBuilder();
    sb.append("A");
    sb.append("B");
    sb.append("C");
    sb.append("D");
    System.out.println("sb = " + sb);

    sb.insert(4, "Java");
    System.out.println("sb = " + sb);

    sb.delete(4,8);
    System.out.println("delete = " + sb);

    sb.reverse();
    System.out.println("reverse = " + sb);

    // StringBuilder(가변) -> String(불변)으로 바꿀 수 있음.
    String string = sb.toString();
    System.out.println("string = " + string);
  }
}

• StringBuilder 객체를 생성합니다.
• append() 메서드를 사용해 여러 문자열을 추가합니다.
• insert() 메서드로 특정 위치에 문자열을 삽입합니다.
• delete() 메서드로 특정 범위의 문자열을 삭제합니다.
• reverse() 메서드로 문자열을 뒤집습니다.
• 마지막으로 toString() 메소드를 사용해 StringBuilder의 결과를 기반으로 String을 생성해서 반환합니다.

실행 결과

sb = ABCD
sb = ABCDJava
delete = ABCD
reverse = DCBA
string = DCBA

가변(Mutable) vs 불변(Immutable)

• String은 불변합니다. 즉, 한 번 생성되면 그 내용을 변경할 수 없습니다.
  • 따라서 문자열에 변화를 주려고 할 때마다 새로운 String 객체가 생성되고, 기존 객체는 버려집니다.
    • 이 과정에서 메모리와 처리 시간을 더 많이 소모합니다.
• 반면에, StringBuilder는 가변적입니다.
  • 하나의 StringBuilder 객체 안에서 문자열을 추가, 삭제, 수정할 수 있으며, 이때마다 새로운 객체를 생성하지 않습니다.
    • 이로 인해 메모리 사용을 줄이고 성늘을 향상시킬 수 있습니다. 단 사이드 이펙트를 주의해야 합니다.

StringBuilder는 보통 문자열을 변경하는 동안만 사용하다가 문자열 변경이 끝나면 안전한(불변) String으로 변환하는 것이 좋습니다.