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String과 StringBuffer, StringBuilder

written by sohyeon, hyemin 💡

1. String 클래스

자바에서 제공하는 문자열을 위한 클래스이다. 문자열을 저장하고 이를 다루는데 필요한 메서드를 제공한다.

가장 큰 특징은 변경 불가능(immutable)한 속성을 가졌다는 것이다.
한번 생성된 String인스턴스가 갖고 있는 문자열은 읽어 올 수만 있고, 변경할 수는 없다.

ex) 문자열 결합 예시

String a = "a";
String b = "b";
String a = a+b;

위와 같이 문자열을 결합하는 경우, 인스턴스 내의 문자열이 바뀌는 것이 아니라
새로운 문자열 ("ab")가 담긴 String인스턴스가 생성되는 것이다.
따라서 문자를 결합할 때 연산 마다 새로운 인스턴스가 생성되어 메모리 공간을 차지하게 되므로 가능한 연산횟수를 줄이는 것이 좋다.

이처럼 문자열을 다루는 작업이 많이 필요한 경우 StringBuffer클래스를 사용하는 것이 좋다.

2. StringBuffer

String 클래스는 인스턴스를 생성할 때 지정된 문자열을 변경할 수 없지만 StringBuffer 클래스는 변경이 가능하다.
내부적으로 문자열 편집을 위한 버퍼를 가지고 있으며, StringBuffer 인스턴스를 생성할 때 크기를 지정할 수 있다.

인스턴스를 생성할 때, 적절한 길이의 char형 배열이 생성되고,
이 배열은 문자열을 저장하고 편집하기 위한 공간으로 사용된다.

ex)StringBuffer 생성자

public StringBuffer(int length){
    value = new char[length];
    shared = false;
}
public StringBuffer(){
    this(16);
}
public StringBuffer(String str){
    this(str.length()+16);
    append(str)
}

StringBuffer 인스턴스에 저장될 문자열의 길이를 고려하여 충분히 여유있는 크기로 지정하는 것이 좋다.
버퍼의 크기를 지정하지 않고 인스턴스를 생성하면 16개의 문자를 저장할 수 있는 크기의 버퍼를 생성한다.

String 클래스와 유사한 메서드를 갖고 있으며 추가적으로 문자 추가, 변경, 삭제와 같이 저장된 내용을 변경할 수 있는 메서드도 갖는다.

3. StringBuilder

StringBuffer는 멀티쓰레드에 안전하도록 동기화 되어 있고 동기화가 성능을 저하 시킨다.
멀티쓰레드로 작성된 프로그램이 아닌 경우, 불필요한 동기화는 성능 저하만 유발하게 된다.

이를 해결하기 위해 StringBuffer에서 쓰레드의 동기화만 뺀 StringBuilder가 고안된 것이다.
완전히 똑같은 기능으로 작성되어 있기 떄문에 생성자만 바꾸어 동일하게 사용할 수 있다.

ex) 사용예시

// StringBuffer
StringBuffer sb = new StringBuffer();
sb.append("abc");

// StringBuilder
StringBuilder sb = new StringBuilder();
sb.append("abc");

4. 세가지에 대한 비교

4-1. String과 StringBuffer

String은 불변성 <-> StringBuffer은 가변성
주요한 포인트는 생성 이후 변할 수 있냐 없냐이다.

String은 new 연산을 통해 생성되면 인스턴스의 메모리 공간이 절대 변하지 않는다.
그래서 + 연산이나 concat을 이용해서 문자열에 변화를 줘도 새로운 메모리 공간을 만들게 된다.
이렇게 새로운 문자열이 만들어지면 기존의 문자열은 가비지 콜렉터에 의해 제거되야 하는 단점(언제 제거될지 모름)이 있다.
따라서 문자열 연산이 많아질 때 계속해서 객체를 만드는 오버헤드가 발생하므로 성능이 떨어질 수 밖에 없는 단점이 있다.

대신 String 클래스의 객체는 불변하기 때문에 단순하게 읽어가는 조회연산에서는 타 클래스보다 빠르게 읽을 수 있고  
불변하기 때문에 멀티쓰레드환경에서 동기화를 신경쓸 필요가 없기도 하다.  

결론적으로 String 클래스는 문자열 연산이 적고 조회가 많을 때 멀티쓰레드 환경에서 사용하면 효율적일 수 있겠지만, 문자열 연산이 많은 경우에는 StringBuffer사용이 더 효율적일 수 있다.

4-2. StringBuffer와 StringBuilder

주요한 포인트는 동기화 여부이다.

StringBuffer는 각 메서드별로 Synchronized Keyword가 존재하여, 멀티스레드 환경에서도 동기화를 지원하지만
StringBuilder는 동기화를 보장하지 않는다.

따라서 멀티스레드 환경이라면 값 동기화 보장을 위해 StringBuffer를 사용하고,
단일스레드 환경이라면 StringBuilder를 사용하는 것이 좋다.

단일 스레드환경에서 StringBuffer를 사용한다고 문제가 되는 것은 아니지만, 동기화 관련 처리로 인해 StringBuilder에 비해 성능이 좋지 않다.

Reference & Additional Resources

• Java의 정석 - 도우출판
• https://12bme.tistory.com/42
• https://jeong-pro.tistory.com/85