[Kotlin][Java] Kotlin 문자열 연결이 자바로 컴파일 시의 동작

출처

https://medium.com/%EC%8A%AC%EA%B8%B0%EB%A1%9C%EC%9A%B4-%EA%B0%9C%EB%B0%9C%EC%83%9D%ED%99%9C/java-string-%EC%97%B0%EC%82%B0-string-concat-d76a6eea75

java — String + 연산 (String Concat)

https://jerry92k.tistory.com/50

[Java] String + 연산 최적화

https://kotlinlang.org/docs/whatsnew1520.html#string-concatenation-via-invokedynamic

What's new in Kotlin 1.5.20 | Kotlin

https://docs.oracle.com/javase/9/docs/api/java/lang/invoke/StringConcatFactory.html

StringConcatFactory (Java SE 9 & JDK 9 )

https://www.baeldung.com/java-invoke-dynamic

An Introduction to Invoke Dynamic in the JVM | Baeldung

 

 

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문자열 연결 (String + 연산)시 자바로 어떻게 컴파일될까

라는 질문은 결국엔 이 질문이 된다.

->  JVM에서 문자열 연결 처리를 어떻게 할까

➡️ JDK 5 이전

자바는 String + String 연산 시 새로운 String 객체가 생성된다.

 

😮문제 : 매번 새로운 객체가 생성되어 비효율적이다.

 

➡️ JDK 5 부터 JDK 8까지

💡문제 해결 → String + String 연산 시 StringBuilder를 내부적으로 사용한다. 이전보다 객체 생성 비용과 메모리 사용을 줄일 수 있다.

 

코틀린 코드의 자바로의 컴파일

1. 코틀린 코드에서 문자열 템플릿 사용

 

2. 코틀린 바이트 코드, 자바 1.8 버전(JVM 8)

 

😮문제 : 반복문을 돌 때마다 새로운 StringBuilder가 생성된다. 

 

😮 그 외 StringBuilder의 또 다른 문제

StringBuilder는 가변 객체라서 객체 하나를 반복해서 재사용하는 것이 효율적인데, StringBuilder를 새 객체로 재할당하는 경우에는 메모리 낭비가 문제가 생긴다.

 

예시

StringBuilder sb = new StringBuilder();
sb.append("Hello, ");
sb.append("world!");
sb = new StringBuilder();  // 이전의 sb에 대한 참조는 사라지고 새로 할당됨
sb.append("Goodbye, ");
sb.append("world!");

 

 

➡️ JDK 9 이후

💡문제 해결 → StringConcatFactory.makeConcatWithConstants를 도입해 String + String 연산 시 사용한다.

 

🤔 StringConcatFactory.makeConcatWithConstants는 무엇인가

https://docs.oracle.com/javase/9/docs/api/java/lang/invoke/StringConcatFactory.html

StringConcatFactory (Java SE 9 & JDK 9 )

 

StringConcatFactory.makeConcatWithConstants

공식 문서의 설명

Facilitates the creation of optimized String concatenation methods, that can be used to efficiently concatenate a known number of arguments of known types, possibly after type adaptation and partial evaluation of arguments. Typically used as a bootstrap method for invokedynamic call sites, to support the string concatenation feature of the Java Programming Language.

최적화된 문자열 연결 메서드의 생성을 용이하게 하는 기능으로, 알려진 유형의 알려진 개수의 인수를 효율적으로 연결하는 데 사용할 수 있고, 아마도 타입 변환 및 인수의 부분적 평가 후에 이뤄질 것이다. 일반적으로 invokedynamic 호출 ​​시점들의 부트스트랩 메서드로 사용되어 Java 프로그래밍 언어의 문자열 연결 기능을 지원한다.

 

• type adaption 타입 변환 : 자바에서 문자열을 결합할 때 숫자나 다른 타입이 문자열로 자동 변환되는 것
• partial evalution 부분 평가 : 코드가 실행되기 전에 컴파일러가 미리 계산할 수 있는 값을 게산해 두는 최적화 과정
• invokedynamic : Java 7에 도입된 바이트코드 명령어. 런타임에 메서드 호출 방식을 결정하도록 한다(=동적으로 결정하도록 한다). (일반적인 자바 메서드 호출은 컴파일 시점에 바인딩된다.) 
  • 관련 글 -> [JVM] invokedynamic 이해하기
  • invokedynamic 간략 설명 : 동적 메소드 호출 방식으로, 처음 호출 시에 bootstrap method를 호출하고 받은 CallSite를 생성한다. 이후에 메소드가 다시 실행되면 이 CallSite를 이용해 메소드를 실행한다.
• bootstrap method : bootstrap은 시스템이나 프로그램이 스스로 초기화해 동작할 수 있는 준비 상태로 만드는 과정으로, bootstrap method는 런타임에서 호출할 메서드를 동적으로 결정하는 초기화 역할을 한다.

public static CallSite makeConcatWithConstants​(MethodHandles.Lookup lookup,
                                               String name,
                                               MethodType concatType,
                                               String recipe,
                                               Object... constants)
                                        throws StringConcatException

• MethodHandlers.Loopup lookup: 호출 사이트의 룩업 컨텍스트. 자바 런타임이 호출할 메서드 참조를 동적으로 검색하는 데 사용된다.
  • MethodHandles : 메서드를 찾고, 조정하고, 호출하기 위한 저수준 매커니즘
  • 룩업 컨텍스트 : 특정 클래스나 스코프 내에서 메서드, 필드, 생성자에 대한 참조를 안전하게 검색하고 접근할 수 있게 돕는다. 
• String name: 호출할 메서드의 이름
• Methodype concatType : 호출할 메서드의 파라미터 타입과 반환 타입
• String receipe : 결합할 문자열의 템플릿(레시피). 상수와 자리 표시자가 포함된 구조
  • 레시피 : 연결된 문자열의 기본 구조로, 부트스트랩 메서드에 전달되는 인수의 수를 줄여준다. 모든 동적 인수와 하나의 리시피만 전달하면 되기 때문이다.
• Object[] constants : 템플릿에 삽입할 값 목록
• CallSite : 런타임에 결합된 문자열을 호출할 수 있는 참조

즉, 메소드 호출시 CallSite에 연산을 모아뒀다가 마지막에 한 번에 메모리를 할당받아서 String을 한 번에 만든다.

 

코틀린 코드의 자바로의 컴파일

1. 코틀린 코드에서 문자열 템플릿 사용

 

2. 코틀린 바이트 코드, 자바 9 버전(JVM 9)

 

makeConcatWithContstants가 StringBuilder보다 효율적인 이유

문자열 연결을 위해 컴파일러가 사용하는 동적 최적화 방식 때문. invokedynamic과 함께 작동해 상수와 변수가 섞인 문자열 결합은 더 효율적으로 처리하며, 상수 문자열을 미리 결합해 두는 방식으로 성능을 최적하해서 메모리 효율성과 속도가 향상된다.

 

 

 

😀 코틀린 1.5.20 버전에서 JVM이 9 버전 이상이면, 컴파일 StringconcatFactory.makeConcatWithConstants()를 문자열 연결을 위해 사용한다. 

https://kotlinlang.org/docs/whatsnew1520.html#string-concatenation-via-invokedynamic

What's new in Kotlin 1.5.20 | Kotlin