JAVA) String 순회 - 배열만들기 vs charAt

Intro

오래전부터 String 을 파싱할 때 마다 고민이 있었습니다.

charAt으로 인덱스를 순회하며 해당 위치에 있는 문자를 확인 할 것인가. 아니면 해당 스트링을 캐릭터 배열로 만들어 둔 다음에 배열의 인덱스로 순회 할 것인가.

사실 개인적으로는 배열 인덱스를 찾아 가는게 빠를 거라고 생각해서 charAt을 잘 안썼었는데요. 문득 의문이 들어서 테스트를 해 봐야 겠다는 생각이 들었습니다.

코드 확인

chatAt(index)

먼저 String의 charAt 함수를 확인 해 보았습니다.

코드를 보는순간 너무 부끄러웠습니다. 분명 자바 기초를 처음 학습 할 때, String은 사실 캐릭터 배열이라는걸 배웠었습니다. 배웠다는건 기억 하는데 정작 String의 작동 원리를 여태 잊고 사용 해 왔다는게 내가 기초가 이정도밖에 안됐나 싶습니다. charAt 메서드는 내부적으로 String 객체가 가지고 있는

value 라는 이름의 프로퍼티에서 바로 해당 인덱스의 값을 꺼내어 옵니다. 그렇기 때문에 charAt은 결국 배열 인덱스를 불러오는 것과 똑같습니다.

그렇지만.. charAt 메서드를 호출 할 때에는 함수호출로 인한 오버헤드가 있고, index를 체크 하는 로직도 추가로 있기 때문에 그래도 약간의 성능차이는 있지 않을까 조심스럽게 생각 해 보았습니다.

length()

마찬가지로 length 메서드도 String 객체가 가지고 있는 캐릭터 배열의 길이를 반환 해 줍니다.

테스트

테스트 코드

바로 코드를 작성해서 테스트를 진행 해 보았습니다.

package com.tistory.shanepark.string;

public class CharArray_VS_CharAt {

    public static void main(String[] args) {
        StringBuffer sb = new StringBuffer();
        for (int i = 0; i < 200_000_000; i++) {
            sb.append('a');
        }

        String str = sb.toString();
        Character c;

        long start;

        start = System.currentTimeMillis();
        char[] chars = str.toCharArray();
        for (int i = 0; i < chars.length; i++) {
            c = chars[i];
        }
        System.out.println("toCharArray 소요시간: " + (System.currentTimeMillis() - start) + "ms");

        start = System.currentTimeMillis();
        for (int i = 0; i < str.length(); i++) {
            c = str.charAt(i);
        }
        System.out.println("charAt 소요시간: " + (System.currentTimeMillis() - start) + "ms");

    }

}

코드에 대해 간단하게 요약 하자면.

길이가 2억인 String 객체를 하나 생성 합니다. 후에 한번은 toCharArray로 캐릭터 배열을 생성 한 후에 index로 순회를 하고, 또 한번은 chatAt 메서드를 호출 하며 소모 시간을 확인 해 보았습니다. 사실 String 길이를 훨씬 더 길게 하고 싶었는데.. 제 맥북에어가 램이 8기가 밖에 없어서 힙메모리 부족으로 스트링을 훨씬 길게는 만들지 못했습니다.

자바에서 String의 최대 길이는 32비트로, Integer의 최대값과 같은 2,147,483,647 입니다.

그 결과는 어땠을까요?

결과

테스트 할 때마다 조금의 차이는 있었지만, CharArray를 생성 해서 순회 하는게 항상 느렸습니다. 도대체 왜 그럴까요? 인덱스로 직접 접근하는게 더 빨라야 하는게 아닐까요?

결과분석

그래서 이번에는 혹시 배열을 생성하는데 비용이 크게 발생하는 게 아닌가 의심되어 배열 생성 시간과 순회 시간을 따로 나누어 계산 해 보았습니다.

package com.tistory.shanepark.string;

public class CharArray_VS_CharAt {

    public static void main(String[] args) {
        StringBuffer sb = new StringBuffer();
        for (int i = 0; i < 300_000_000; i++) {
            sb.append('a');
        }

        String str = sb.toString();
        Character c;

        long start;

        start = System.currentTimeMillis();
        char[] chars = str.toCharArray();
        System.out.println("array 생성 소요시간: " + (System.currentTimeMillis() - start) + "ms");

        start = System.currentTimeMillis();
        for (int i = 0; i < chars.length; i++) {
            c = chars[i];
        }
        System.out.println("array 순회 소요시간: " + (System.currentTimeMillis() - start) + "ms");

        start = System.currentTimeMillis();
        for (int i = 0; i < str.length(); i++) {
            c = str.charAt(i);
        }
        System.out.println("charAt 순회 소요시간: " + (System.currentTimeMillis() - start) + "ms");

    }

}

이번 코드는, array 생성에 걸리는 시간과 배열 순회에 걸리는 시간을 나누어 계산 해 보도록 하였습니다.

그 결과는 재밌었는데요

사실 알고보니 대부분의 시간이 .toCharArray()에서 사용되고 있었습니다.

반면 일단 생성 한 후에 index 만으로 배열을 순회하는 데에는 거의 무의미할 정도로 짧은 시간이 소요되었습니다.

캐릭터의 인덱스를 순회 할 때에 한번 순회하고 마는게 아니고 두 번 이상 사용이 필요하다면 배열을 생성하는 것도 고려할 법 하긴 하지만, 그렇지 않은 경우에서는 그냥 charAt을 사용 하는게 훨씬 효과적입니다.

특히 배열을 따로 생성하면 그만큼의 메모리 공간이 추가로 필요 하기 때문에 여러모로 불리합니다.

toCharArray() 메서드도 확인을 해 보니 단순하게 String 객체가 가진 문자 배열을 복사해서 반환 합니다. arraycopy의 비용이 굉장히 큽니다.

.length() VS final size

이번에는 String을 순회 할 때에, .length()로 사이즈를 고정 해 둘지, 아니면 final size 로 크기를 고정해두고 순회 할 때가 더 빠른지 테스트를 진행 해 보았습니다.

모두 아시는 것 처럼, for문을 돌 때 마다, 조건에 있는 .length() 메서드가 호출 되는데요. 메서드 호출이 아닌 고정된 값이 있다면 더 빠르지 않을까 싶었습니다.

package com.tistory.shanepark.string;

public class StaticLength {

    public static void main(String[] args) {

        StringBuffer sb = new StringBuffer();
        for (int i = 0; i < 200_000_000; i++) {
            sb.append('a');
        }

        String str = sb.toString();
        Character c;

        long start;

        start = System.currentTimeMillis();
        for (int i = 0; i < str.length(); i++) {
            c = str.charAt(i);
        }
        System.out.println(".length() 소요시간: " + (System.currentTimeMillis() - start) + "ms");

        start = System.currentTimeMillis();
        final int length = str.length();
        for (int i = 0; i < length; i++) {
            c = str.charAt(i);
        }
        System.out.println("final size 소모시간: " + (System.currentTimeMillis() - start) + "ms");

    }
}

코드는 위와 같습니다.

결과는 어땠을까요?

미세하기는 하지만 size를 고정 해 두고 돌리는게 더 빨랐습니다. 하지만 차이가 너무 적으니 테스트를 여러 번 진행 해 보아야 겠습니다.

package com.tistory.shanepark.string;

import java.util.ArrayList;
import java.util.List;

public class StaticLength {

    public static void main(String[] args) {

        StringBuffer sb = new StringBuffer();
        for (int i = 0; i < 100_000_000; i++) {
            sb.append('a');
        }

        String str = sb.toString();
        Character c;

        long start;

        List<Long> list1 = new ArrayList<>();
        List<Long> list2 = new ArrayList<>();

        for (int j = 0; j < 100; j++) {
            start = System.currentTimeMillis();
            for (int i = 0; i < str.length(); i++) {
                c = str.charAt(i);
            }
            list1.add(System.currentTimeMillis() - start);

            start = System.currentTimeMillis();
            final int length = str.length();
            for (int i = 0; i < length; i++) {
                c = str.charAt(i);
            }
            list2.add(System.currentTimeMillis() - start);

            System.out.println(j + "번째 테스트 진행중...");
        }

        list1.stream().mapToLong(l -> l).average().ifPresent(avg -> System.out.println(".length()의 평균 소요시간: " + avg));
        list2.stream().mapToLong(l -> l).average().ifPresent(avg -> System.out.println("사이즈 고정시 평균 소요시간: " + avg));

    }
}

스트링 길이를 조금 줄이고, 100번의 테스트를 진행해 그 평균 소요시간을 확인 해 보았습니다.

그 결과는, 예상했던 대로 .length()를 호출 하는 것 보다 사이즈를 고정 해 두는게 더 빨랐습니다.

하지만 그 차이가 굉장히 미묘하기 때문에 사실 크게 의미는 없습니다. 함수 호출시의 약간의 오버 헤드가 전부고 특별히 연산은 없기 때문에 그런 듯 합니다.

이상으로 몇가지 실험을 통해 String 순회 성능 테스트를 진행 해 보았습니다.

앞으로의 메서드 선택에 도움이 되었으면 좋겠습니다. 감사합니다.