Java 문자열 연결: String vs StringBuilder의 메모리 효율성 분석

Android 앱 개발중 문자열을 지속적으로 연결해야 하는 메서드를 구현하였고, 단순히 String을 사용했지만 이것이 생각보다 큰 성능 저하를 일으킬 수 있다는 것을 알게 되었다.

String과 StringBuilder의 차이점을 살펴보고, 왜 반복적인 문자열 연결 작업에서 StringBuilder를 사용해야 하는지 알아보려고 한다.

 

String의 특성 => Immutable(불변)

Java에서 String은 불변 객체이다. 즉, 한번 생성된 String 객체의 내용은 절대 변경될 수 없다는 것을 의미한다. String에서 일반적으로 사용하는 문자열 연결이 어떻게 동작하는지 살펴보자.

String str = "hello";
str = str + "world";

위의 간단한 코드에서 실제로 발생하는 일은 아래와 같다.

1. "hello"라는 String 객체가 생성됨
2. "world"라는 String 객체가 생성됨
3. "hello"와 "world"를 연결한 새로운 String 객체 "helloworld"가 생성됨
4. str 변수가 새로운 "helloworld" 객체를 참조하도록 변경됨
5. 원래의 "hello" 객체는 가비지 컬렉션의 대상이 됨

여기서 주목할 점은 문자열을 수정할 때마다 새로운 객체가 생성된다는 것이다.

 

static 변수를 사용해도 달라지지 않는 불변성

혹시 static 변수를 사용하면 다를까?

public class StringTest {
    private static String str;

    public static void main(String[] args) {
        System.out.println(String.format("%-20s : %d", "Before ()", System.identityHashCode(str)));
        str = "apple";
        System.out.println(String.format("%-20s : %d", "After (apple)", System.identityHashCode(str)));
        str +="";
        System.out.println(String.format("%-20s : %d", "After2 (apple)", System.identityHashCode(str)));
        str +="";
        System.out.println(String.format("%-20s : %d", "After3 (apple)", System.identityHashCode(str)));
        str +="pizza";
        System.out.println(String.format("%-20s : %d", "After4 (applepizza)", System.identityHashCode(str)));
    }
}

string : 실행 결과

실행 결과를 보면 해시코드가 달라지는 것을 확인할 수 있다. static 키워드는 변수의 수명과 접근 범위만 변경할 뿐, String의 불변 특성은 변경되지 않는다.

 

 

StringBuilder를 통한 가변적인 문자열 처리

StringBuilder는 이러한 String의 한계를 극복하기 위한 해결책이다. StringBuilder의 주요 특징은 다음과 같다.

1. 가변(mutable) 객체
2. 내부 버퍼를 사용한 문자열 수정
3. 문자열 추가 시 새로운 객체 생성이 불필요
4. 효율적인 메모리 사용

아래의 같이 StringBuilder를 통해 문자열을 연결할 수 있다.

StringBuilder sb = new StringBuilder("hello");
sb.append("world");

이 경우 새로운 객체 생성없이 기존 버퍼에 문자를 추가하기 때문에 실제로 해시코드 또한 동일하게 유지되는 것을 확인할 수 있다.

StringBuilder sb = new StringBuilder("apple");
System.out.println(String.format("%-20s : %d", "Before (apple)", System.identityHashCode(sb)));
sb.append("");
System.out.println(String.format("%-20s : %d", "After1 (apple)", System.identityHashCode(sb)));
sb.append("");
System.out.println(String.format("%-20s : %d", "After1 (apple)", System.identityHashCode(sb)));
sb.append("pizza");
System.out.println(String.format("%-20s : %d", "After2 (applepizza)", System.identityHashCode(sb)));

stringbuilder : 실행 결과

성능 차이

String과 StringBuilder의 성능 차이는 반복 횟수가 늘어날수록 더욱 극명하게 늘어날 것이라는 것은 짐작할 수 있다.

만약 1000번의 문자열 연결 작업을 수행할 경우

• String: 1000개의 새로운 객체 생성
• StringBuilder: 1개의 객체만 사용

반복횟수가 늘어날수록 메모리 사용량과 실행 시간에는 큰 차이가 생긴다.

 

언제 StringBuilder를 사용해야 될까?

StringBuilder는 다음과 같은 상황에서 유용히 쓰일 수 있다.

1. 반복적인 문자열 연결 작업이 필요할 때
2. 긴 문자열을 동적으로 생성할 때
3. 문자열 조작이 빈번한 경우
4. 대용량의 문자 처리가 필요할 때

반면, 단순히 한 번 문자열 연결을 한다거나 짧은 문자열 처리의 경우는 일반 String을 사용해도 충분할 것이다.

 

String의 불변성은 꼭 필요한 특성이지만, 이것이 때로는 성능 저하의 원인이 될 수 있다. 특히 문자열을 빈번하게 수정하거나 연결해야 하는 경우, StringBuilder를 사용하면 메모리 사용량을 줄이고 성능을 향상시킬 수 있다.

 

앞으로는 String과 StringBuilder의 특성을 숙지하고 상황에 맞게 적절히 사용하기 위해 더 신경써야겠다.