Java를 만든 사람들은 객체지향 언어를 설계할 때 모든 것을 객체로 만들지 않고 원시형 - Primitive Type를 보유하여 성능을 개선했다.

원시형은 스택 영역에 저장되고, 객체는 힙 영역에 저장되므로 힙 영역은 메모리 관리가 복잡하고 공간을 스택 영역 보다 더 차지한다.

자바의 String은 원시형과 클래스 사이의 형태로 설계되었다.

String의 특별한 기능

1. +연산자 오버로딩

Java는 SW공학 관점에서 오버로딩을 지원하지 않는다.
하지만, Java에서는 오직 문자열 더하기 연산을 위해 +만 오버로딩 되어 있다. 참고자료

내부 동작을 간단하게 설명하자면 String형의 + 연산은 내부적으로 StringBuilder.append()를 사용해서 문자열을 연결한다.

C, C++은 연산자 오버로딩을 지원한다. +연산자를 -가 동작하도록 만들 수 있다!

2. 기본형처럼 문자열 리터럴로 초기화 할 수 있다.

String의 초기화는 직접 문자열 리터럴로 초기화 하거나, new 연산자로 초기화할 수 있다.

하지만 new 연산자로 초기화 하는 방법은 권장하지 않는다. 그 이유는 String리터럴로 생성된 String 값은 Heap 영역 내 String Constant Pool에 저장이 된다.

String Constant Pool

앞으로 String Pool이라고 부를 것이다.

String s1 = "hello";
String s2 = "hello";
System.out.println(s1 == s2); // true 출력

String s3 = new String("hello");
System.out.println(s2 == s3)// false 출력

s1과 s2는 String Constant Pool에 저장된 값을 공유하므로 동일비교(==)를 하면 true가 출력되지만,
new 연산자를 사용한 s3같은 경우 s2와 ==비교를 하면 false가 출력된다.

위의 코드를 그림으로 나타내면 아래와 같다.

String Constant Pool의 변천사

Java6 이전에는 String Constant Pool은 Heap메모리에 존재하지 않고 Permenent Generation 메모리에 있었다.

Java 7 버전에서는 PermGen이 아닌 Heap 메모리 영역으로 옮겼다.
그렇기 때문에 메모리가 한정적인 PemGen에서 Strirng Pool 메모리 사이즈 때문에 걱정하는 일이 사라졌다.

String Table Size

Java String Pool은 기본적으로 HashTable 구조를 가지고 있다. 그래서 String Pool은 좋은 성능을 자랑한다.

String class의 내부

본 글은 OpenJDK11 기준으로 작성되었습니다.

String class의 일부분을 가져왔다. String class는 final로 선언되어 상속해서 사용할 수 없다.

그리고 String class는

  • 직렬화를 위한 Serializable
  • 비교를 위한 Comparable
  • read-only를 위한 CharSequence

    length(), charAt()과 같은 문자열 조회 기능을 추상화한 인터페이스이다.

위에 3가지 인터페이스를 구현한 클래스이고,

String은 불변이다.

위 사진에서 private final byte[] value;로 선언된 배열이 있다. 이 상수배열은 String class에서 실질적인 값을 가지고 있는 상수이다.

String s = "hello";
s = "hello world";

위에 코드는 String 클래스의 내부적인 값이 바뀐 것처럼 오해할 수 있지만 사실은 새로운 String객체가 대입된 것이라고 할 수 있다. toUpperCase(), trim()과 같은 메서드도 사실은 새로운 String 객체를 반환한다.

Java Oracle String 공식문서에 String이 불변이라는 것에 대한 글이 기술되어 있다.

비 효율적인 코드

String이 불변이므로 비 효율적인 코드가 발생하는데

String str = "Hello";
for (int i = 1; i < 1000; ++i) {
    str = str + i;
}

위 코드는 같은 경우 str변수에 문자가 이어 붙여지는 것이 아닌 새로운 String 객체가 1000번 생성되는 코드이다.

이러한 문제를 해결하기 위해 StringBuilder와 StringBuffer를 사용해야 한다.

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