[Java DeepDive] - String (1) 문자열 생성

📎 String (1) - 문자열 생성

자바에서 가장 많이 사용되는 타입 중 하나인 문자열(String)에 대해 살펴보겠습니다.

(예제 코드는 깃허브에서 확인하실 수 있으며, 버전은 Java 11을 사용했습니다.)

 

String 문자열 생성 - new, literal

보통 자바에서 객체를 생성할 때는 new 키워드를 사용하여 인스턴스를 생성하지만, String의 경우 리터럴(literal)을 통해 값을 바로 할당할 수 있습니다.

    public static void main(String[] args) {
        final String str1 = "JuHyun"; // [1]
        final String str2 = "JuHyun"; // [2]
        final String str3 = new String("JuHyun"); // [3]
        final String str4 = new String("JuHyun"); // [4]
    }

하지만 보통 String은 첫 번째 방식으로 생성을 하는데요, 실제로도 위 코드는 메모리에 할당되는 영역에도 차이가 존재합니다.

[1] String Constant Pool 이라는 영역에 할당이 됩니다.

[2] String Constant Pool 영역에 이미 "JuHyun"이라는 값이 존재하므로, 해당 레퍼런스를 참조합니다.

[3] 일반 객체처럼 Heap 영역에 할당이 됩니다.

[4] 일반 객체처럼 Heap 영역에 할당이 됩니다. [3]와는 별개로 새로운 레퍼런스를 참조합니다.

 

String Constant Pool(SCP)

String Constant Pool(SCP)은 문자열을 리터럴(literal)로 생성할 시 저장되는 영역입니다.

위 코드에 대해 할당되는 메모리 영역을 살펴보면 다음과 같습니다.

Memory

문자열 리터럴로 생성한 str1, str2의 경우 String Constant Pool 영역 내에 동일한 "JuHyun" 문자열을 가리키고 있는 반면에, new 키워드로 생성한 str3, str4의 경우 동일한 "JuHyun"이지만, 다른 레퍼런스를 참조하고 있습니다.

위 그림을 통해 알 수 있는 내용은 다음과 같습니다.

• String literal로 생성한 문자열은 String Constant Pool 영역에 할당이 됩니다.
• String literal로 생성한 문자열의 값("JuHyun")이 String Constant Pool 영역에 이미 존재한다면, 새로운 문자열을 생성하는 게 아닌 레퍼런스를 참조합니다.(Cache)
• new 키워드로 생성한 String의 경우, Heap 영역에 할당되기 때문에 String Constant Pool에 동일한 값이 존재하더라도 별도의 레퍼런스를 참조합니다.

Java 7 이전 버전에서는 String Constant Pool 영역은 PermGen 영역에 존재했었는데, 이 공간은 런타임에 확장할 수 없고, GC 대상에서는 제외되는 영역이었기에 Java 7부터는 String Constant Pool 영역이 Heap 영역으로 옮겨지게 되었습니다. 

이로 인해 JVM에 의해 GC 대상이 되는 영역이고, 결론적으로 OOM이 발생할 수 있는 위험요소 또한 줄어드는 이점이 있습니다.

 

문자열 비교: equals() 비교와 == 비교

보통 문자열을 비교할 때 == 대신 equals() 메서드를 사용하는데요, 이와 관련해서 살펴보겠습니다.

    @Test
    void compareString() {
        final String str1 = "JuHyun";
        final String str2 = "JuHyun";
        final String str3 = new String("JuHyun");

        SoftAssertions.assertSoftly(softly -> {
            softly.assertThat(str1 == str2).isTrue();
            softly.assertThat(str1 == str3).isFalse();
            softly.assertThat(str2 == str3).isFalse();
            softly.assertThat(str1.equals(str2)).isTrue();
            softly.assertThat(str1.equals(str3)).isTrue();
            softly.assertThat(str2.equals(str3)).isTrue();
        });
    }

String - equals()

String 클래스 내에서 equals() 메서드 코드는 위와 같은데요, 실제 동일한 주솟값을 가지거나 혹은 값(문자열)이 동일할 경우 true를 리턴합니다.

그렇기 때문에 String을 비교할 때 주솟값을 비교하는 == 연산 대신 값을 비교하는 equals를 사용해야 하는 이유입니다.

(여담이지만 Integer의 경우 캐싱 된 정수 범위 내에서는 equals 대신 ==연산을 사용하여도 문제가 없는데요, 관련해서는 해당 포스팅을 참고해 주세요.)

 

String 불변 클래스(final, Immutable)

String은 다음과 같이 불변 클래스로 설계가 되어있습니다.(Integer, Long, Double 등의 클래스도 모두 final입니다.)

왜 String 클래스가 final(불변)인가에 대한 대답은 앞서 말씀드렸던 문자열 리터럴로 생성 시 저장되는 영역인 String Constant Pool 영역과, 보안, 최적화 등의 이유가 존재하는데요 이와 관련해서는 아래 포스팅에 자세히 설명이 되어있습니다.:

• https://www.mimul.com/blog/why-string-class-has-made-immutable-or-final-java/

 

intern()

문자열을 리터럴 방식으로 생성할 때 String 내부의 intern() 메서드를 사용합니다.

intern() 메서드는 문자열 생성 시 String Constant Pool 영역에 이미 존재할 경우 string을 반환하고, 그렇지 않을 경우 Pool 영역에 새로 추가한 후 String Object에 대한 레퍼런스를 리턴합니다.

 

    @Test
    void testStringInternMethod() {
        final String expected = "JuHyun";
        final String str2 = new String("JuHyun");

        final String actual = str2.intern();

        SoftAssertions.assertSoftly(softly -> {
            softly.assertThat(actual.equals(expected)).isTrue();
            softly.assertThat(actual == expected).isTrue();
        });
    }

위 코드의 동작 과정은 다음과 같습니다.

[1] 리터럴 방식을 통해 최초 String Constant Pool 영역에 "JuHyun"이라는 문자열을 저장합니다.

[2] new 연산자를 통해 Heap 영역에 할당되는 새로운 레퍼런스를 참조하는 객체를 생성합니다.

[3] intern() 메서드를 통해 String Constant Pool 영역에서 [1]에서 생성한 "JuHyun" 문자열을 가져옵니다.

 

그렇기 때문에 expected 문자열과 actual 문자열은 동일한 String Constant Pool 영역의 레퍼런스를 참조하고, 주소와 값 모두 동일한 걸 확인할 수 있습니다.

 

 

정리

이상으로 String 문자열을 생성하는 방법과 주의점에 대해 정리해 보았습니다.

평소에 == 비교와 equals() 비교는 어떤 것이 값 비교인지, 어떤 것이 주소 비교인지 항상 헷갈렸는데요, 원리를 생각하며 접근하다 보면 외우지 않더라도 이해할 수 있을 듯합니다.

 

다음 시간에는 String에서 평소에 자주 사용하는 함수들에 대해 정리해보겠습니다. 😃

 

 

참고 문서

• https://www.baeldung.com/java-string-pool
• https://tecoble.techcourse.co.kr/post/2020-09-07-dive-into-java-string/
• https://medium.com/geekculture/a-deep-dive-into-java-string-e5f67ccbdba8
• https://www.mimul.com/blog/why-string-class-has-made-immutable-or-final-java/