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[궁금시리즈] 1-7. String Pool은 무엇일까?

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다음 코드를 보자.

string a = "Hello";
string b = "Hello";

많은 사람들이 이 코드를 보면

“Hello” 문자열 객체가 두 개 생성되겠구나.

라고 생각한다.

하지만 실제로는 그렇지 않다. C#은 동일한 문자열을 발견하면 하나의 객체만 생성하여 여러 변수가 함께 사용한다. 이를 String Pool이라고 한다.

String Pool은 단순한 메모리 절약 기술이 아니라, String이 Immutable(불변 객체) 이기 때문에 가능한 최적화이다.

이번 글에서는 String Pool이 어떻게 동작하는지 알아보자.  

String Pool이란?

String Pool은

동일한 문자열 리터럴을 하나만 생성하여 여러 곳에서 공유하는 메모리 최적화 기법이다.

예를 들어

string a = "Hello";
string b = "Hello";

실제 메모리는 다음과 같이 구성된다.

Stack                     Heap (String Pool)

a ───────┐
          ▼
       "Hello"
          ▲
b ────────┘

즉, 문자열 객체는 하나만 존재하고 a와 b가 함께 참조한다.  

왜 이렇게 해도 안전할까?

이전 글에서 String은 Immutable이라고 설명했다.

즉,

string text = "Hello";

라는 문자열은 절대로 변경되지 않는다.

그렇기 때문에 여러 변수가 같은 문자열을 공유 해도 아무런 문제가 발생하지 않는다.

만약 String이 수정 가능했다면

a[0] = 'X';

처럼 수정했을 때

a

↓

Xello

↓

b도 함께 변경

되는 심각한 문제가 발생했을 것이다.

하지만 String은 Immutable이므로 이런 일이 절대 발생하지 않는다.

즉,

String Pool은 Immutable이라는 특징 위에서 동작하는 최적화이다.

같은 문자열은 항상 같은 객체일까?

다음 코드를 보자.

string a = "Hello";
string b = "Hello";

참조를 비교하면

Console.WriteLine(object.ReferenceEquals(a, b));

결과는

True

이다.

두 변수는 같은 문자열 객체를 참조하고 있기 때문이다.  

new를 사용하면 어떻게 될까?

이번에는 다음 코드를 보자.

string a = "Hello";
string b = new string("Hello".ToCharArray());

메모리는 다음과 같이 구성된다.

Heap

"Hello" (Pool)
      ▲
      │
      a


"Hello" (새 객체)
      ▲
      │
      b

이번에는

Console.WriteLine(object.ReferenceEquals(a, b));

결과가

False

가 된다.

왜냐하면 new는 항상 새로운 객체를 생성하기 때문이다.  

그런데 값은 같은데?

참조는 다르지만 다음 비교는 어떨까?

Console.WriteLine(a == b);

결과는

True

이다.

왜냐하면 String은 == 연산자를 재정의하여 참조가 아니라 문자열의 내용(Value)을 비교하기 때문이다.

즉,

비교 방식 결과
a == b 문자열 내용 비교
ReferenceEquals(a, b) 같은 객체인지 비교

이 차이를 이해하는 것이 중요하다.  

String Pool에는 언제 등록될까?

String Pool에는 문자열 리터럴(String Literal)이 등록된다.

예를 들어

string a = "Hello";
string b = "Hello";

은 String Pool을 사용한다.

하지만

string text = Console.ReadLine();

처럼 실행 중(Runtime)에 생성된 문자열은 자동으로 Pool에 등록되지 않는다.

즉, Pool은

컴파일 시점에 알 수 있는 문자열 리터럴을 대상으로 동작한다.

Intern()이란?

실행 중 생성한 문자열도 String Pool에 등록할 수 있다. 바로

string.Intern()

메서드를 사용하면 된다.

예를 들어

string text = new string("Hello".ToCharArray());

text = string.Intern(text);

그러면 기존 문자열 대신 String Pool 안의 “Hello” 객체를 참조하게 된다.

다만 일반적인 개발에서는 직접 사용할 일이 거의 없다.

런타임이 대부분의 문자열 리터럴을 자동으로 관리해 주기 때문이다.  

String Pool의 장점

1. 메모리 절약 같은 문자열을 하나만 생성한다.

예를 들어

"Player"

라는 문자열이 프로그램에서 1,000번 등장해도 객체는 하나만 생성된다.   2. GC 부담 감소 같은 문자열 객체를 계속 생성하지 않으므로 Heap에 생성되는 객체 수가 줄어든다.

즉, Garbage Collector가 처리해야 하는 객체도 감소한다.   3. 참조 공유 같은 문자열을 여러 곳에서 안전하게 공유할 수 있다. Immutable이기 때문에 가능한 최적화이다.  

String Pool에도 단점이 있을까?

String Pool에 등록된 문자열은 프로그램이 실행되는 동안 계속 유지될 수 있다.

따라서 매우 많은 문자열을 무분별하게 Intern()하면 오히려 메모리를 오래 점유하게 된다.

그래서 Intern()은 특별한 상황이 아니라면 직접 사용할 필요가 없다.  

String Pool과 Immutable의 관계

지금까지 내용을 정리하면

String이 Immutable

↓

객체를 안전하게 공유 가능

↓

String Pool 사용 가능

↓

메모리 절약

↓

GC 부담 감소

즉, String Pool은 Immutable이 있기 때문에 존재할 수 있는 최적화이다.  

마무리

String Pool은 동일한 문자열을 하나만 생성하여 여러 변수가 함께 사용하는 메모리 최적화 기법이다. 이 최적화가 가능한 이유는 String이 Immutable이기 때문이다.

덕분에 메모리 사용량을 줄이고 GC의 부담도 감소시킬 수 있다. 하지만 문자열을 반복해서 이어 붙이는 작업에서는 새로운 문자열 객체가 계속 생성되므로 String Pool만으로는 해결되지 않는다.

다음 글에서는 이러한 문제를 해결하기 위해 등장한 StringBuilder는 왜 필요할까?를 알아보겠다.  

핵심 정리

  • String Pool은 동일한 문자열 리터럴을 하나만 생성하여 공유하는 기능이다.
  • String이 Immutable이기 때문에 객체를 안전하게 공유할 수 있다.
  • 같은 문자열 리터럴은 동일한 객체를 참조한다.
  • new string()은 항상 새로운 객체를 생성한다.
  • ==는 문자열 내용을 비교하고, ReferenceEquals()는 객체 참조를 비교한다.
  • string.Intern()으로 런타임 문자열을 Pool에 등록할 수 있지만 일반적으로 사용할 일은 거의 없다.
  • String Pool은 메모리 절약과 GC 부담 감소에 도움이 된다.

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