[Java] String / StringBuffer / StringBuilder 차이점

오랜만에 자바 포스팅으로 돌아왔다.  

 

오늘은 문자열을 처리하는데 사용되는 String, StringBuffer, StringBuilder의 동작 방식, 성능, 사용 목적을 비교하며 각각의 클래스가 어떻게 동작하고 언제 사용하며 성능이 어떻게 다른지 설명하겠다.

 

 

 

 

 

 

String

 

불변 객체

• String 객체는 한 번 생성되면 더 이상 변경할 수 없다.
• 예를 들어 String 객체에서 문자열을 변경하는 작업이 발생하면 실제로는 새로운 String 객체가 생성되는 것이고 기존 객체는 가비지 컬렉터가 처리할 때까지 메모리 상에 남아 있다.

 

 

불변성의 장점

• String 객체는 불변성 덕분에 안전하게 여러 쓰레드에서 공유될 수 있다.
• String은 Java의 String Pool(메모리 사용 최적화하는 공간)에 의해 관리되며 동일한 리터럴 문자열은 재사용된다.
• 즉 "Hello"라는 문자열을 여러 번 사용하더라도 동일한 메모리 공간을 참조하게 되는 것이다. -> 메모리 효율성 높음

 

불변성의 단점

• 문자열을 자주 수정해야 하는 경우, 문자열이 변경될 때마다 새로운 객체가 생성되므로 성능과 메모리 측면에서 비효율적일 수 있다.
• 예를 들어, String 객체에 여러 번 + 연산을 하여 문자열을 연결하면 매번 새로운 String 객체가 생성되어 메모리 사용량이 증가하고 성능이 떨어진다.

 

코드 예시

String str = "Hello";
str += " World";  // 새로운 String 객체 생성

 

위의 코드는 "Hello" 라는 String 객체를 만들고, 그 다음에 "World"를 붙여서 새로운 String 객체를 생성한다.

 

원래 있던 str 객체는 가비지 컬렉션 대상이 된다.

 

 

 

 

 

 

StringBuffer

 

 

가변 객체

• StringBuffer는 내부적으로 버퍼를 사용하여 문자열을 관리한다.
• 문자열을 변경할 때마다 새로운 객체를 생성하는 대신, 같은 메모리 공간에서 내용을 변경한다.
• 따라서, 문자열을 빈번하게 변경해야 하는 경우 StringBuffer는 String보다 훨씬 더 효율적이다.

 

 

동기화

• StringBuffer는 동기화가 되어 있다. 즉 여러 쓰레드가 동시에 하나의 StringBuffer 객체에 접근하여 수정할 때도 안전하게 동작한다.
• 동기화는 성능을 약간 저하시킬 수 있다. 하지만 다중 쓰레드 환경에서는 데이터의 일관성을 유지하기 위해 필수적인 기능입니다.

 

 

사용 상황

• StringBuffer는 다중 쓰레드 환경에서 문자열을 빈번하게 변경해야 할 때 적합하다.
• 예를 들어, 서버에서 요청을 처리하는 과정에서 여러 쓰레드가 하나의 문자열을 수정할 필요가 있을 때 StringBuffer를 사용하면 안전하게 처리할 수 있다.

 

 

예시 코드

StringBuffer sb = new StringBuffer("Hello");
sb.append(" World");  // 동일한 객체에서 문자열을 수정 (쓰레드 안전)
System.out.println(sb.toString());

 

쓰레드 안전 : StringBuffer는 동기화되어 있어 다중 스레드에서 안전하게 사용 가능

 

 

 

 

 

StringBuilder

 

 

가변 객체

• StringBuilder는 StringBuffer와 거의 동일한 방식으로 동작한다.
• 문자열을 수정할 때 같은 메모리 공간을 사용하므로 성능 면에서 효율적이다.

 

 

비동기화

• StringBuilder는 동기화되지 않는다는 점(Not Synchronized)에서  StringBuffer과 차이가 있다.
• 여러 쓰레드가 동시에 StringBuilder 객체를 수정할 경우 안전하지 않을 수 있다는 뜻
• 하지만 단일 쓰레드 환경에서 사용할 경우 동기화 괒어이 없기 때문에 StringBuffer보다 더 빠르게 동작한다.

 

 

사용 상황

• StringBuilder는 다중 쓰레드 환경이 아닌 단일 쓰레드 환경에서 문자열을 자주 변경할 필요가 있을 때 사용한다.
• GUI 프로그램이나 간단한 스크립트 등, 쓰레드 간 동기화가 필요 없는 상황에서 적합하다.

 

 

예시 코드

StringBuilder sb = new StringBuilder("Hello");
sb.append(" World");  // 동일한 객체에서 문자열을 수정 (쓰레드 안전 X)
System.out.println(sb.toString());

 

비동기화: StringBuilder는 동기화되지 않으므로 다중 쓰레드 환경에선 안전하지 않지만 성능이 빠름.

 

 

 

 

 

세 클래스의 성능 비교

 

 

 

String:

 

• 불변성이기 때문에 문자열을 수정할 때마다 새로운 객체가 생성된다. 이는 힙 메모리를 더 많이 사용하게 하고, 빈번한 수정 작업이 성능을 크게 저하시킬 수 있다.
• 예시: 문자열 연결을 자주 해야 할 경우에 각 연결 작업에서 새로운 객체가 만들어지므로 성능이 매우 느려질 수 있다.

 

StringBuffer:

 

• 가변 객체이며 동기화 기능이 있어서 다중 쓰레드 환경에서도 안전하다.
• 그러나 동기화 과정이 성능을 약간 저하시킬 수 있다.
• 예시: 서버에서 여러 요청을 처리하면서 문자열을 수정하는 작업이 자주 발생하는 경우

 

 

StringBuilder:

• StringBuffer와 동일한 가변 객체이지만  동기화가 적용되지 않아 단일 쓰레드 환경에서 가장 빠르다.
• 동기화 오버헤드가 없기 때문에 StringBuffer보다 성능이 뛰어나다.
• 예시: 단일 쓰레드 환경에서 문자열을 빈번하게 수정할 때 가장 좋은 선택이다.

 

 

 

성능 비교 코드 예시

public class StringPerformanceTest {
    public static void main(String[] args) {
        long startTime, endTime;

        // String 성능 테스트
        startTime = System.nanoTime();
        String str = "Hello";
        for (int i = 0; i < 10000; i++) {
            str += " World";  // 매번 새로운 객체 생성
        }
        endTime = System.nanoTime();
        System.out.println("String Time: " + (endTime - startTime) + " ns");

        // StringBuffer 성능 테스트
        startTime = System.nanoTime();
        StringBuffer sb = new StringBuffer("Hello");
        for (int i = 0; i < 10000; i++) {
            sb.append(" World");  // 동일 객체에서 수정
        }
        endTime = System.nanoTime();
        System.out.println("StringBuffer Time: " + (endTime - startTime) + " ns");

        // StringBuilder 성능 테스트
        startTime = System.nanoTime();
        StringBuilder sb2 = new StringBuilder("Hello");
        for (int i = 0; i < 10000; i++) {
            sb2.append(" World");  // 동일 객체에서 수정
        }
        endTime = System.nanoTime();
        System.out.println("StringBuilder Time: " + (endTime - startTime) + " ns");
    }
}

 

내가 예상한 순서로 결과가 나올까?

 

String Time: 105575300 ns
StringBuffer Time: 1372800 ns
StringBuilder Time: 825400 ns

 

 

 

 

 

 

	String	StringBuffer	StringBuilder
가변 여부	불변	가변	가변
스레드 세이프	O	O	X
연산 속도	느림	빠름	아주 빠름
사용 시점	문자열 추가 연산이 적고, 스레드 세이프 환경에서	문자열 추가 연산이 많고, 스레드 세이프 환경에서	문자열 추가 연산이 많고, 빠른 연산이 필요한 경우 단일 스레드 환경일경우