String 최적화.

자바의 String 최적화

자바 컴파일러는 다음과 같이 문자열 리터럴을 더하는 부분을 자동으로 합쳐줍니다.

문자열 리터럴 최적화

컴파일 전

String helloWorld = "Hello, " + "World!";

컴파일 후

String helloWorld = "Hello, World!";

따라서 런타임에 별도의 문자열 결합 연산을 수행하지 않기 때문에 성능이 향상됩니다.

String 변수 최적화

문자열 변수의 경우 그 안에 어떤 값이 들어있는지 컴파일 시점에는 알 수 없기 때문에 단순하게 합칠 수 없습니다.

String result = str1 + str2;

이런 경우 예를 들면 다음과 같이 최적화를 수행합니다.(최적화 방식은 자바 버전에 따라 달라집니다.)

String result = new StringBuilder().append(str1).append(str2).toString();

참고: 자바 9부터는 StringConcatFactory를 사용해서 최적화를 수행합니다.

이렇듯 자바가 최적화를 처리해주기 때문에 지금처럼 간단한 경우에는 StringBuilder를 사용하지 않아도 됩니다.

대신에 문자열을 더하기 연산(+)을 사용하면 충분합니다.

String 최적화가 어려운 경우

다음과 같이 문자열을 루프안에서 문자열을 더하는 경우에는 최적화가 이루어지지 않습니다.

package lang.string.builder;

public class LoopStringMain {

  public static void main(String[] args) {
    long startTime = System.currentTimeMillis();
    String result = "";

    for (int i = 0; i < 100000; i++) {
      result += "Hello Java ";
    }

    long endTime = System.currentTimeMillis();
    System.out.println("result = " + result);
    System.out.println("time = " + (endTime - startTime) + "ms");
  }
}

왜냐하면 대락 다음과 같이 최적화가 되기 때문입니다.(최적화 방식은 자바 버전에 따라 다릅니다.)

String result = "";
for (int i = 0; i < 100000; i++) {
    result = new StringBuilder().append(result).append("Hello Java ").toString();
}

반복문의 루프 내부에서는 최적화가 되는 것 처럼 보이지만, 반복 횟수만큼 객체를 생성해야 합니다.
- 반복문 내에서의 문자열 연결은, 런타임에 연결할 문자열의 개수와 내용이 결정됩니다.
  - 이런 경우, 컴파일러는 얼마나 많은 반복이 일어날지, 각 반복에서 문자열이 어떻게 변할지 예측할 수 없습니다.
    - 따라서, 이런 상황에서는 최적화가 어렵습니다.

StringBuilder는 물론이고, 아마도 대략 반복 횟수인 100,000번의 String 객체를 생성했을 것입니다.

실행 결과

result = Hello Java Hello Java ...
time = 2528ms

1000ms = 1초
M1 맥북을 기준으로 100000회 더했을 때 약 2.5초가 걸렸습니다.

이럴 때는 직접 StringBuilder를 사용하면 됩니다.

package lang.string.builder;

public class LoopStringBuilderMain {

  public static void main(String[] args) {
    long startTime = System.currentTimeMillis();

    StringBuilder sb = new StringBuilder();

    for (int i = 0; i < 100000; i++) {
      sb.append("Hello Java ");
    }

    long endTime = System.currentTimeMillis();

    String result = sb.toString();
    System.out.println("result = " + result);
    System.out.println("time = " + (endTime - startTime) + "ms");
  }
}

실행 결과

result = Hello Java Hello Java ...
time = 4ms

1000ms = 1초
M1 맥북을 기준으로 100000회 더했을 때 약 0.004초가 걸렸습니다.

정리

문자열을 합칠 때 대부분의 경우 최적화가 되므로 + 연산을 사용하면 됩니다.

StringBuilder를 직접 사용하는 것이 더 좋은 경우

반복문에서 반복해서 문자를 연결할 때
조건문을 통해 동적으로 문자열을 조합할 때
복잡한 문자열의 특정 부분을 변경해야 할 때
매우 긴 대용량 문자열을 다룰 때

참고: StringBuilder vs StringBuffer
StringBuilder와 똑같은 기능을 수행하는 StringBuffer 클래스도 있습니다.
StringBuffer는 내부에 동기화가 되어 있어서, 멀티 스레드 상황에 안전하지만 동기화 오버헤드로 인해 성능이 느립니다.
StringBuilder는 멀티 쓰레드에 상황에 안전하지 않지만 동기화 오버헤드가 없으므로 속도가 빠릅니다.

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