[Java] String의 intern() 사용 시의 성능 문제와 최적화

출처

ChatGPT

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String의 intern() 메서드는 자바 프로그래밍에서 문자열의 메모리 사용을 최적화하고 문자열 비교를 더 효율적으로 하기 위해 사용된다. 하지만 잘못 사용하면 성능 문제를 유발할 수 있다.

 

intern() 메서드의 동작 방식

intern() 메서드는 문자열을 String Constant Pool에 저장하고, 동일한 내용의 문자열이 intern() 메서드를 호출할 때마다 동일한 인스턴스를 반환다.

 

• String Constant Pool은 힙 메모리 내의 특정 영역으로, 중복된 문자열 객체를 줄여 메모리를 절약하는 데 사용된다.
• intern() 메서드는 주어진 문자열이 상수 풀에 이미 존재하는 경우 그 풀에 있는 문자열의 참조를 반환하고, 존재하지 않으면 새로 생성하여 풀에 추가한 후 그 참조를 반환한다.

사용 예

String str1 = new String("hello");
String str2 = new String("hello");

String internedStr1 = str1.intern();
String internedStr2 = str2.intern();

System.out.println(internedStr1 == internedStr2); // true

 

 

성능 문제

 

메모리 오버헤드

• 문제: 자주 사용하지 않는 문자열을 intern() 메서드로 상수 풀에 저장하면 메모리 사용량이 증가한다. 특히, 대량의 문자열을 intern() 처리하는 경우에는 메모리 사용이 급격히 증가할 수 있다.
• 설명: 상수 풀의 크기가 제한되어 있으며, JVM 구현에 따라 크기가 다를 수 있다. 사용 가능한 메모리보다 많은 문자열을 풀에 추가하려고 하면 OutOfMemoryError가 발생할 수 있다.

비용이 큰 상수 풀 관리

• 문제: intern() 메서드는 상수 풀을 관리하는 데 비용이 많이 들며, 특히 intern() 메서드 호출이 빈번한 경우 성능 저하를 초래할 수 있다.
• 설명: 상수 풀에 새로운 문자열을 추가하는 과정에서 해시맵의 조회와 삽입 비용이 발생한다. 이로 인해 성능이 느려질 수 있다.

쓰레드 동기화 문제

• 문제: String.intern()은 synchronized로 구현되어 있어, 멀티쓰레드 환경에서 성능 저하와 병목 현상을 초래할 수 있다.
• 설명: 여러 쓰레드가 동시에 intern()을 호출하면 동기화 문제가 발생할 수 있으며, 이는 성능 저하를 야기할 수 있다.

 

최적화 방법

1. intern() 사용 제한

• 설명: 무조건적인 intern() 메서드 호출을 피하고, 정말로 필요한 경우에만 사용한다. 특히, 자주 사용하는 문자열이 아닌 경우에는 사용을 피해야 한다.
• 예시 코드:

String frequentlyUsed = "hello".intern();  // 자주 사용되는 문자열만 intern
String rarelyUsed = new String("world");   // 드물게 사용되는 문자열은 intern하지 않음

 

2. 자주 사용하는 문자열 캐싱

• 설명: 특정 문자열이 자주 사용된다면 캐시를 사용하여 참조를 저장하고 재사용하도록 설계한다. 이를 통해 상수 풀을 효율적으로 관리할 수 있다.
• 예시 코드:

import java.util.Map;
import java.util.HashMap;

public class StringCaching {
    private static Map<String, String> cache = new HashMap<>();

    public static String getCachedString(String input) {
        return cache.computeIfAbsent(input, String::intern);
    }

    public static void main(String[] args) {
        String str1 = getCachedString("example");
        String str2 = getCachedString("example");
        System.out.println(str1 == str2); // true
    }
}

 

3. 클래스 로딩 시의 Intern 사용 주의

• 설명: 클래스 로딩 시 대량의 문자열을 intern() 메서드로 처리하면 JVM의 성능이 저하될 수 있다. 따라서 클래스 로딩 시 불필요한 intern() 메서드 호출을 피해야 한다.

4. 애플리케이션 초기화 시점에 조절

• 설명: 애플리케이션 초기화 시점에서 자주 사용하는 문자열을 intern() 메서드로 처리하여 메모리 사용을 조절한다.

5. 대체 데이터 구조 사용

• 설명: 문자열 중복을 줄이기 위해 HashSet 또는 Map과 같은 데이터 구조를 활용하여 중복된 문자열을 관리한다.
• 예시 코드:

import java.util.Set;
import java.util.HashSet;

public class StringSetExample {
    private static Set<String> stringSet = new HashSet<>();

    public static String getUniqueString(String input) {
        if (!stringSet.contains(input)) {
            stringSet.add(input);
        }
        return input;
    }

    public static void main(String[] args) {
        String str1 = getUniqueString("data");
        String str2 = getUniqueString("data");
        System.out.println(str1 == str2); // true
    }
}

 

6. GC 튜닝 및 프로파일링

• 설명: 메모리 사용을 최적화하기 위해 JVM의 가비지 컬렉션(GC) 설정을 조정하고, 애플리케이션 프로파일링을 통해 메모리 사용 패턴을 분석하여 성능을 향상시킨다.

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출처

1. 공식 Java 문서
   • Java String Documentation
     • 내용: String 클래스의 intern() 메서드와 관련 메서드에 대한 설명이 포함되어 있습니다.
2. 권위 있는 서적
   • "Effective Java" by Joshua Bloch
     • 내용: String 객체의 사용과 생성 방법에 관한 최적화된 사용 패턴과 이유를 설명합니다.
     • 링크: Effective Java
   • "Java Performance: The Definitive Guide" by Scott Oaks
     • 내용: 자바의 메모리 관리와 최적화 기법에 대해 깊이 있는 설명을 제공합니다.
     • 링크: Java Performance: The Definitive Guide
3. 기술 블로그 및 온라인 자료
   • Baeldung: String Interning in Java
     • 내용: intern() 메서드의 사용법과 성능 최적화에 대한 설명이 포함되어 있습니다.
   • GeeksforGeeks: Java String intern() Method
     • 내용: 자바에서 intern() 메서드 사용에 대한 다양한 사례와 설명을 제공합니다.