이펙티브자바 - 아이템6) 불필요한 객체 생성을 피하라.

개요

동일한 기능을 하는 객체는 매번 생성하지 말고 객체 하나를 재사용하는 편이 낫다.

객체를 매번 생성하는 경우와 재사용 하는 경우를 각 예시 별 차이점을 알아보자.

문자열 생성

String 인스턴스 생성 과정을 살펴보자.

String s3 = new String("Hi"); // new 연산자로 생성 (Bad)
String s4 = "Hi"; // String literal로 생성 (Good)

문자열 인스턴스를 생성할때 다음과 같이 두가지 방식이 존재하는데 차이점은 매번 새로운 객체를 생성하는 것에 대한 유무 차이이다.

new 연산자를 통해 생성할 경우 JVM의 Heap 메모리 영역에 객체가 새롭게 생성되고

String literal로 생성할 경우 Heap 메모리 영역 내 String Pool에 생성된다.

String literal로 생성한 객체의 값이 이미 String Pool에 존재한다면, 해당 객체는 String Pool의 reference를 참조하여 재활용한다.(=캐싱)

반면에 new 연산자로 생성한 객체는 String Pool에 같은 값이 존재하더라도 Heap 메모리 영역 내 별도의 객체를 생성하여 가리키게 된다.

이러한 차이점은 반복문 안에서 호출했을 때 더 확실히 나타난다.

long beforeTime = System.currentTimeMillis();
for(int i = 0; i<Integer.MAX_VALUE; i++){
    String s = new String("Hi");
}
long afterTime = System.currentTimeMillis();
long secDiffTime = afterTime - beforeTime;
System.out.println("new 연산자 시간소요(ms) : "+secDiffTime);

beforeTime = System.currentTimeMillis();
for(int i=0; i<Integer.MAX_VALUE; i++){
    String s = "Hi";
}
afterTime = System.currentTimeMillis()
secDiffTime = afterTime - beforeTime;
System.out.println("String literal 시간소요(ms) : "+secDiffTime);

new 연산자보다 String literal 로 생성한 경우가 압도적으로 빠른것을 확인할 수 있다.

생성비용이 비싼 객체

다음은 정규표현식을 사용하는 경우다.

public class RomanNumerals {
    static boolean isRomanNumeralSlow(String s) {
        return s.matches("^(?=.)M*(C[MD]|D?C{0,3})"
                + "(X[CL]|L?X{0,3})(I[XV]|V?I{0,3})$");
    }
}

String.matches 는 정규표현식으로 문자열 형태를 확인하는 간결한 방법이다.

하지만 내부적으로 정규표현식용 Pattern 인스턴스를 한번만 쓰고 버리기 때문에 반복해서 사용하기에는 적합하지 않다.

Pattern은 입력받은 정규표현식에 해당하는 유한 상태 머신(finite state machine)을 만들기 때문에 인스턴스 생성 비용이 높다. (유한상태머신 -> 유한개의 상태를 정의하고, 조건에 맞는 이벤트가 발생되면 해당 상태로 변경되는 방식으로 동작하는 것)

java.lang.String

java.util.regex.Pattern

성능을 개선하려면 Pattern 인스턴스를 미리 초기화 과정에서 생성하여 캐싱해두고 재사용하는 방식으로 수정하면 된다.

public class RomanNumerals {
    // 캐싱을 위해 미리 생성해둔다.
    private static final Pattern ROMAN = Pattern.compile(
            "^(?=.)M*(C[MD]|D?C{0,3})"
            + "(X[CL]|L?X{0,3})(I[XV]|V?I{0,3})$");

    static boolean isRomanNumeral(String s) {
        // 캐싱되어있는 패턴 값을 가져와서 사용한다.
        return ROMAN.matcher(s).matches();
    }
}

실제로 속도 테스트를 진행한 결과는 다음과 같다.

long beforeTime = System.currentTimeMillis();
for(int i = 0; i<1000000; i++){
    RomanNumerals.isRomanNumeralSlow("test");
}
long afterTime = System.currentTimeMillis();
long secDiffTime = afterTime - beforeTime;
System.out.println("정규표현식 시간소요(ms) : "+secDiffTime);

beforeTime = System.currentTimeMillis();
for(int i=0; i<1000000; i++){
    RomanNumerals.isRomanNumeral("test");
}
afterTime = System.currentTimeMillis();
secDiffTime = afterTime - beforeTime;
System.out.println("정규표현식 개선후 시간소요(ms) : "+secDiffTime);

캐싱을 활용하여 개선한 쪽이 훨씬 빠르다.

오토박싱 (Auto Boxing)

마지막으로 오토박싱을 예로 들수있다.

오토박싱이란? 프로그래머가 기본 타입(primitive)과 박싱된 기본 타입을 섞어 쓸 때 자동으로 상호 변환해주는 기술이다.

오토박싱으로 인하여 새로운 객체를 생성할 때 비용이 발생한다.

다음은 모든 양의 정수 총합을 구하는 메서드 이다.

Long sum = 0L;
for(long i = 0; i < Integer.MAX_VALUE; i++){
    sum += i; // Long에 long을 더할 때 새로운 Long 객체가 생성되기 때문에 속도 차이가 발생한다.
}

Long 타입인 sum에 i를 계속해서 더함으로써 의미 없는 Long 인스턴스가 계속해서 생성되는 것이다.

sum의 타입을 long 으로 수정한다면 의미 없는 인스턴스를 생성하지 않게되어 성능이 개선될 것이다.

실제로 개선 전과 개선 후의 속도차이를 비교해보자.

long beforeTime = System.currentTimeMillis();
Long sumSlow = 0L;
for(long i =0; i<Integer.MAX_VALUE; i++){
    sumSlow += i;
}
long afterTime = System.currentTimeMillis();
long secDiffTime = afterTime - beforeTime;
System.out.println("오토박싱 시간소요(ms) : "+secDiffTime);


beforeTime = System.currentTimeMillis();
long sum = 0L;
for(long i =0; i<Integer.MAX_VALUE; i++){
    sum += i;
}
afterTime = System.currentTimeMillis();
secDiffTime = afterTime - beforeTime;
System.out.println("개선 후 시간소요(ms) : "+secDiffTime);

박싱된 기본 타입보다는 기본 타입(primitive)을 사용하고, 의도치 않은 오토박싱이 숨어들지 않도록 신경쓰자.

유의할점

• 이번 주제를 “객체 생성은 비싸니 피해야 한다”로 오해하면 안된다.
• 오히려 프로그램의 명확성, 간결성, 기능을 위해 객체를 추가 생성 하는것이라면 일반적으로 좋은 일이다.
• 아주 무거운 객체가 아닌이상 단순히 객체 생성을 피하기 위해 객체 풀(pool)을 따로 만들지는 말자.
  • 자체 객체 풀은 코드를 헷갈리게 하고 메모리 사용량을 늘리며 성능을 떨어뜨릴 확률이 있다.
  • JVM의 가비지 컬렉터가 이미 최적화가 잘 되있어서 가벼운 객체는 직접만든 객체 풀(pool)보다 훨씬 빠르다.

📣 Reference

Effective Java 3/E - Joshua J. Bloch
WegraLee/effective-java-3e-source-code
Java String Pool
[JAVA] String = “ “ vs new String(“ “) 의 차이
String Constant Pool이란? | Java String Pool
Java Autoboxing 자동 변환 주의점