Java - String pool과 불변

Java에서 String은 불변(Immutable) 객체입니다.

 이 불변 객체는 객체가 생성된 후 내부의 상태가 변하지 않고 계속 유지되는 객체로, 변수에 객체가 한 번 할당되면 해당 객체의 참조를 변경할 수도, 내부의 상태를 수정할 수도 없는 것입니다.

 이를 immutable, '불변성'이라고 하는데, String을 불변 객체로 만든 이유에 대해 알아보겠습니다.

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1. String Pool

 Java에서는 String Pool이라는 공간에 String을 포함시켜 매번 String 객체를 새로 생성하기보다 값이 같은 String이라면 String Pool에 있는 객체를 재사용할 수 있도록 구현했습니다.

 

이는 값이 같은 String은 String Pool 내에서 String 객체를 공유하도록 한 것이다. 이 때, 객체 공유 시, String은 반드시 immutable, 해야하는데 이유를 살펴보면

String s1 = "Java"; 
String s2 = "Java"; 

 s1과 s2는, "Java"라는 value를 갖는 String Pool 내부의 하나의 String 객체를 바라보고 있습니다. 이 때 s1의 값을 "Python"으로 바꾼다면 s1은 String Pool 내부의 다른 String 객체를 바라보게 됩니다.

 

 이 때 String이 mutable하다면,  s1의 값만 "Python"으로 바꿀 수 있고 s2는 그대로 "Java"로 남아있게 되는 데, 값이 다른지만 같은 참조를 가진다는 것은 앞뒤가 맞지 않습니다.

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2. 보안

 사용자의 이름이나 패스워드, 혹은 네트워크 연결을 위한 포트 번호나 connection URL, 파일 이름 등 중요한 정보를 String으로 받을 때가 많습니다. 이는 JVM의 class loader가 class loading을 수행할 때도 마찬가지인데

void criticalMethod(String userName) {
    // perform security checks
    if (!isAlphaNumeric(userName)) {
        throw new SecurityException(); 
    }

    // do some secondary tasks
    initializeDatabase();

    // critical task
    connection.executeUpdate("UPDATE Customers SET Status = 'Active' " +
      " WHERE UserName = '" + userName + "'");
}

 

 String이 mutable하다면, 메서드의 인자로 받은 값은 메서드의 caller(호출자)에 의해 언제든지 바뀔 수 있게 되어, 이는 보안상 엄청난 취약점을 발생시킵니다.

 

 

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3. 동기화 (Synchronization)

 객체가 불변이면 멀티 스레드 환경에서도 값이 바뀔 위험이 없기 때문에, 자연스럽게 thread-safe하고, 동기화와 관련된 위험 요소에서 벗어날 수 있으며, 여러 스레드에서 동시에 접근해도 별다른 문제가 없을 것입니다.

 

또한 String의 경우 한 스레드에서 값을 바꾸면, 해당 객체의 값을 수정하는 것이 아니라 새로운 객체를 String Pool에 생성한다. 따라서 thread-safe하다고 볼 수 있다.

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4. Hashcode Caching

 String의 hashCode() API를 보면, hash의 값을 계산한 적이 없을 때 최초 1번만 실제 계산 로직을 수행하고, 이후부터는 이전에 계산했던 값을 그냥 리턴만 하도록 되어 있다. 즉 hashCode 값을 캐싱(caching)하고 있습니다.

 Hash 자료구조의 구현체, 예를 들면 HashMap, HashTable, HashSet와 같은 클래스에서 꽤 자주 호출되는데, String 객체와 함께 Hash 구현체를 사용하는 경우라면 이러한 caching 덕분에 성능상 큰 이점을 볼 수 있을 것입니다.

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5. 성능

 무엇보다 String이 불변성을 가짐으로써 "성능"이라는 측면에서 유리하다는 것을 알 수 있다. String은 상대적으로 자주 쓰이는 타입이기 때문에, String의 성능을 개선하는 것은 전체 애플리케이션의 성능에도 긍정적인 영향을 주게 됩니다.

 

 

 

 

 

 

 

 

참조

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

Java에서 String 클래스가 왜 final 혹은 Immutable인가? | Mimul Tech log

https://www.java67.com/2014/01/why-string-class-has-made-immutable-or-final-java.html

Why String is Immutable or final in Java - 5 Reasons