자바 성능 튜닝 - String

By starseat
2024-04-18 18:26:57
java/spring

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[자바 성능 튜닝 이야기](https://product.kyobobook.co.kr/detail/S000001032977) 책을 읽고 정리한 내용 입니다.

# String

String 클래스는 잘 사용하면 상관 없지만 잘못 사용하면 메모리에 많은 영향을 준다.
String 이 GC 에 영향을 주는 것은 확실하다.

## String 클래스를 잘못 사용한 사례

SQL 을 작성하는 String 사용 예제를 보면

```java
String sql = "";

sql += "select * ";
sql += "from ( ";
sql += "select A_column, ";
sql += "B_column, ";

// 이하 생략. 약 400 라인
```

이런식으로 사용할 수 있는데 이 경우 개발 시에는 편할지 몰라도 **메모리를 많이 사용하게 된다는 문제가 있다.**
위와 같은 패턴을 100회 수행 (400 라인 정도 수행) 한다는 가정하에 메모리 사용량 이다.

| 구분 | 결과 |
| ------ | ------ |
| 메모리 사용량 | 10회 평균 약 5mb |
| 응답 시간 | 10회 평균 약 5ms |

위 코드를 `StringBuilder` 로 변경 한 경우 이다.

```java
StringBuilder sql = new StringBuilder();

sql.append("select * ");
sql.append("from ( ");
sql.append("select A_column, ");
sql.append("B_column, ");

// 이하 생략. 약 400 라인
```

| 구분 | 결과 |
| ------ | ------ |
| 메모리 사용량 | 10회 평균 약 371kb |
| 응답 시간 | 10회 평균 약 0.3ms |

# StringBuffer 와 StringBuilder

StringBuffer 클래스와 StringBuilder 클래스에서 제공하는 메서드는 동일하다.
그렇담 무슨 차이가 있을까?

- 차이점

| 구분 | ThreadSafe | 비고 |
| ------ | ------ | -- |
| StringBuiler | X | 단일 스레드의 안정성만 보장. 스레드 안전 여부가 필요 없을 경우 사용 |
| StringBuffer | O | 스레드에 안전한 프로그램이나 스레드에 안전한지 모를 경우 사용 |

# String vs StringBuffer vs StringBuilder

성능 체크를 위해 아래 소스를 사용하였다.

```java
int OUT_LOOP = 10;
int IN_LOOP = 10000;

String test = "abcde";

void stringTest() {
  String result = "";
  System.currentTimeMillis();

for(int i=0; i<OUT_LOOP; i++) {
 String str = new String();
 
 for(int j=0; j<IN_LOOP; j++) {
 str += test;
 }
 
 result = str;
 }
}

void stringBufferTest() {
 String result = "";
 System.currentTimeMillis();
 
 for(int i=0; i<OUT_LOOP; i++) {
 StringBuffer sb = new StringBuffer();
 
 for(int j=0; j<IN_LOOP; j++) {
 sb.append(test);
 }

result = sb.toString();
  }
}

void stringBuilderTest() {
 String result = "";
 System.currentTimeMillis();
 
 for(int i=0; i<OUT_LOOP; i++) {
 StringBuilder sb= new StringBuilder();
 
 for(int j=0; j<IN_LOOP; j++) {
 sb.append(test);
 }

result = sb.toString();
  }
}

stringTest();
System.currentTimeMillis();

stringBufferTest();
System.currentTimeMillis();

stringBuilderTest();
System.currentTimeMillis();
```

총 반복 횟수는 10,000회 반복하여 문자열을 더하고, 이러한 작업을 10회 반복, 이를 또 10회 반복 했다는 가정이고
총 100만번씩 수행 된다.

책에서 언급한 테스트 환경은 jdk 5.0, 1.83GHz 듀얼 코어, 메모리 2GB 라고 한다.

> 자바 기반의 애플리케이션의 응답 측정할 경우 '무조건' 처음 수행한 결과값은 무시해야 한다.
> 클래스를 메모리로 로딩하는 시간이 있어 이 때의 측정 결과 값은 의미가 없다.

- 응답 시간

| 구분 | 주요 소스 부분 | 응답 시간 (ms) | 비고 |
| -- | -- | -- | -- |
| String | str += test; | 95,801.41 ms | 95 초 |
| StringBuffer | sb.append(test); result = sb.toString(); | 247.48 ms 14.21 ms | 0.24 초 |
| StringBuilder | sb.append(test); result = sb.toString(); | 174.17 ms 13.38 ms | 0.17 초 |

- 메모리 사용량

| 구분 | 주요 소스 부분 | 메모리 사용량 (byte) | 생성된 임시 객체 수 | 비고 |
| -- | -- | -- | -- | -- |
| String | str += test; | 100,102,000,000 | 4,000,000 | 약 95 gb |
| StringBuffer | sb.append(test); result = sb.toString(); | 29,493,600 10,004,000 | 1,200 200 | 약 28 mb 약 9.5 mb |
| StringBuilder | sb.append(test); result = sb.toString(); | 29,493,600 10,004,000 | 1,200 200 | 약 28 mb 약 9.5 mb |

위 결과로 보면 String 보다 StringBuffer 가 약 367배 빠르며, StringBuilder 가 약 512배 빠르다.
메모리는 StringBuffer 와 StringBuilder 보다 String 에서 약 3,390배 더 사용한다.

왜 이럴까?

## String 처리 방식

`String` 의 `str += test;` 이 부분을 수행할 때 새로운 `String` 객체가 생성되고, 이전 객체는 필요 없는 쓰레기 값이 되어 GC 대상이 되어 버린다.

```text
String 첫번째 수행 (str += test;) : abcde
String 두번째 수행 (str += test;) : abcdeabcde // 첫번째 수행 했던 String 은 쓰레기 값이 됨.
String 세번째 수행 (str += test;) : abcdeabcdeabcde // 두번째 수행 했던 String 은 쓰레기 값이 됨.
```

이렇게 이전 `String` 객체는 사라지고, 새로운 주소로 `String` 객체가 생성 되는 과정을 거치면서 메모리를 많이 사용하게 되고, 응답 속도에도 많은 영향을 미치게 된다.
GC 를 수행할 수록 시스템의 CPU를 사용하게 되고 시간도 많이 소요된다.

## StringBuffer 와 StringBuilder 의 처리 방식

StringBuffer 와 StringBuilder 는 String 과는 다르게 새로운 객체를 생성하지 않고, 기존에 있는 객체의 크기를 증가시키면서 값을 더한다.

# 추가

jdk 5.0 이상인 버전은 String 을 사용하면 컴파일 시 자동으로 StringBuilder 로 변환해준다.

```java
// 샘플 소스
String str = "This " + "is " + "\"String\" " + "sample.";

// 컴파일러 자동 변환
String str = (new StringBuilder("This ").append("is ").append(""\"String\" ").append("sample.");
```

# 정리

- **String**: 짧은 문자열을 더할 경우 사용
- **StringBuffer**
  - 스레드에 안전한 프로그램이 필요할 때나, 개발 중인 시스템의 부분이 스레드에 안전한지 모를 경우 사용
  - 클래스에 static 으로 선언한 문자열을 변경하거나, singleton 으로 선언된 클래스에 선언된 문자열일 경우 이 클래스 사용
- **StringBuilder**
  -  스레드에 안전한지의 여부와 전혀 관계 없는 프로그램을 개발할 때 사용
  - 메서드 내에 변수를 선언했다면, 해당 변수는 그 메서드 내에서만 존재하므로 StringBuilder 사용

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