Java: String vs StringBuilder 비교

1. 개요

자바에서 문자열을 다룰 수 있는 대표 클래스는 String과 StringBuilder이다. 두 클래스 모두 문자열을 표현하는 데 사용되지만, **불변성(immutability)**과 메모리 구조, 성능 면에서 근본적인 차이가 존재한다.

• String: 불변(immutable) 객체. 문자열을 수정하는 것처럼 보이지만 실제로는 새로운 객체가 생성됨.
• StringBuilder: 가변(mutable) 객체. 동일 인스턴스 내의 버퍼를 직접 수정하여 효율적인 메모리 사용과 빠른 성능을 제공함.

이러한 차이로 인해, 문자열 처리 방식에 따라 두 클래스의 선택은 전혀 달라져야 한다.

2. 메모리 관점에서의 차이

2.1 String – 불변 객체의 메모리 동작

String 클래스는 한 번 생성된 이후로 내용을 절대 변경할 수 없는 불변 객체이다. 문자열을 수정할 때마다 새로운 객체가 생성되어 Heap 메모리에 누적된다.

예시

String s = "hi";
s = s + "!";  // "hi!"라는 새로운 String 객체가 생성됨

메모리 흐름

[Heap Memory]
"hi"       ← 초기 객체
"hi!"      ← 새로운 객체 (변수 s가 참조)

→ 기존 객체는 GC 대상이 되기 전까지 Heap에 남아 있음
→ 반복적인 수정 시 객체 수 증가 → GC 부하 및 메모리 낭비

주요 특징

• 내부적으로 char[] 배열을 final로 선언하여 불변성 보장
• 멀티스레드 환경에서 안전하게 공유 가능
• 문자열 상수 풀(String Constant Pool)을 활용한 최적화 가능

2.2 StringBuilder – 가변 객체의 효율적 구조

StringBuilder는 내부에 동적으로 크기 조절이 가능한 char[] 버퍼를 가지고 있으며, 문자열 조작 시 이 버퍼를 직접 수정한다. 불필요한 객체 생성이 없고, 성능과 메모리 측면에서 뛰어나다.

예시

StringBuilder sb = new StringBuilder("hi");
sb.append("!");
System.out.println(sb);  // 출력: hi!

메모리 흐름

[Heap Memory]
StringBuilder 객체
 └─ char[] buffer = ['h', 'i', '!'] ← 내부 버퍼가 직접 수정됨

→ 동일 객체 내에서 작업 → 메모리 재사용
→ 객체 수 증가 없음 → GC 부담 없음

내부 구조 예시

public final class StringBuilder {
    char[] value;
    int count;

    public StringBuilder append(String str) {
        ensureCapacityInternal(count + str.length());
        str.getChars(0, str.length(), value, count);
        count += str.length();
        return this;
    }
}

3. 성능 차이 비교

3.1 코드 성능 테스트

// String (비효율적 방식)
String s = "";
for (int i = 0; i < 1000; i++) {
    s += "a";  // 매번 새로운 객체 생성됨
}

// StringBuilder (효율적 방식)
StringBuilder sb = new StringBuilder();
for (int i = 0; i < 1000; i++) {
    sb.append("a");  // 내부 버퍼만 수정됨
}

3.2 성능 분석

💡 결론: 루프나 재귀에서 문자열을 누적해야 할 경우, StringBuilder가 수십 배 빠를 수 있음.

3.3 스레드 안전성 관점

• String: 불변 → 스레드 안전
• StringBuilder: 가변 + 동기화 없음 → 스레드 안전하지 않음
• 다중 스레드에서 문자열 조작이 필요하다면 → StringBuffer 사용 고려

// 멀티스레드 환경에서 StringBuilder는 위험
StringBuilder sb = new StringBuilder();

Runnable task = () -> {
    for (int i = 0; i < 1000; i++) {
        sb.append("x");  // 동기화 안 되어 경합 발생 가능
    }
};

→ 해결책: StringBuffer 또는 synchronized 블록 사용

4. 결론 및 실무 가이드라인

4.1 어떤 클래스가 적절한가?

4.2 실전 팁

• ⚠ String으로 반복 연결하지 말 것 (예: s = s + "a" X)
• ✅ 대량 처리 시에는 반드시 StringBuilder 사용
• ✅ 멀티스레드 환경에서는 StringBuffer 또는 동기화 처리 필수