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[궁금시리즈] 1-8. StringBuilder는 왜 등장했을까?

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앞선 글에서 String은 Immutable(불변 객체)이기 때문에 문자열을 수정하는 것이 아니라 새로운 문자열 객체를 생성한다고 설명했다.

그렇다면 다음 코드는 어떻게 동작할까?

string text = "";

for (int i = 0; i < 10000; i++)
{
    text += i;
}

겉으로 보기에는 문자열 하나를 계속 이어 붙이는 것처럼 보인다. 하지만 실제로는 10,000개의 새로운 문자열 객체가 생성된다. 이처럼 문자열을 자주 수정하는 작업은 성능이 크게 떨어질 수 있다. 이 문제를 해결하기 위해 등장한 것이 바로 StringBuilder이다.

String의 문제점

다음 코드를 보자.

string text = "Hello";

text += " ";
text += "World";

겉으로 보기에는 문자열 하나가 수정되는 것처럼 보인다.

하지만 실제로는

"Hello"

↓

"Hello "

↓

"Hello World"

처럼 새로운 문자열 객체가 계속 생성된다.

즉,

Heap

"Hello"

↓

"Hello "

↓

"Hello World"

기존 문자열은 버려지고, 새로운 문자열이 계속 생성된다.

이러한 객체들은 나중에 GC가 회수해야 한다.

문자열을 많이 붙이면 어떻게 될까?

다음 코드를 실행해 보자.

string result = "";

for (int i = 0; i < 5; i++)
{
    result += i;
}

실제 내부에서는

""

↓

"0"

↓

"01"

↓

"012"

↓

"0123"

↓

"01234"

라는 과정이 발생한다.

즉, 문자열 길이가 길어질수록 매번 기존 문자열 전체를 복사한 뒤 새로운 문자열을 생성한다.

왜 복사가 필요할까?

String은 Immutable이다.

즉,

기존 문자열 수정

❌ 불가능

따라서

text += "A";

는 실제로

text = text + "A";

와 동일하다.

그리고

기존 문자열 복사

+

새로운 문자열 생성

이라는 작업이 수행된다.

문자열이 길수록 복사 비용도 커진다.

StringBuilder의 등장

StringBuilder는 이러한 문제를 해결하기 위해 만들어졌다.

핵심 아이디어는 매우 단순하다.

새로운 문자열을 계속 생성하지 말고, 기존 버퍼를 재사용하자.

즉, String처럼 객체를 계속 만드는 것이 아니라 내부 버퍼(Buffer)에 문자열을 추가한다.

StringBuilder는 어떻게 동작할까?

다음 코드를 보자.

StringBuilder sb = new StringBuilder();

sb.Append("Hello");
sb.Append(" ");
sb.Append("World");

내부적으로는

Buffer

[ H e l l o _ _ _ _ ]
↓
Buffer

[ H e l l o ' ' _ _ ]
↓
Buffer

[ H e l l o ' ' W o r l d ]

처럼 하나의 버퍼를 계속 사용한다.

즉, 새로운 문자열 객체를 계속 생성하지 않는다.

마지막에만 String을 만든다

StringBuilder는 문자열을 계속 수정하다가 마지막에

string result = sb.ToString();

을 호출하면 비로소 하나의 String 객체를 생성한다.

즉,

Append()

↓

Append()

↓

Append()

↓

ToString()

↓

최종 문자열 생성

이라는 구조로 동작한다.

Capacity란?

StringBuilder는 내부적으로 문자를 저장할 배열(Buffer)을 가지고 있다.

예를 들어

StringBuilder sb = new StringBuilder(16);

이라면 처음부터 16개의 문자를 저장할 공간을 확보한다.

Capacity = 16

[ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ ]

문자열을 추가해도 Capacity 안이라면 새로운 메모리를 할당하지 않는다.

Capacity가 부족하면?

버퍼가 가득 차면 더 큰 버퍼를 만든다.

예를 들어

16

↓

32

↓

64

↓

128

처럼 더 큰 배열을 만들고 기존 내용을 복사한다.

즉, StringBuilder도 메모리 할당이 아예 없는 것은 아니다.

하지만 String처럼 문자열을 추가할 때마다 객체를 생성하는 것과는 비교할 수 없을 정도로 효율적이다.

StringBuilder가 항상 빠를까?

그렇지는 않다. 다음 코드처럼

string text = "Hello";

또는

string fullName = first + last;

처럼 문자열을 한두 번 연결하는 정도라면 StringBuilder를 사용할 필요가 없다.

오히려

new StringBuilder()

를 만드는 비용이 더 클 수도 있다.

언제 사용하는 것이 좋을까?

다음과 같은 상황이라면 StringBuilder가 적합하다.

  • 반복문 안에서 문자열 연결
  • 로그 생성
  • CSV 생성
  • HTML 생성
  • JSON 생성
  • SQL 문자열 생성

예를 들어

StringBuilder sb = new StringBuilder();

foreach (var user in users)
{
    sb.AppendLine(user.Name);
}

string result = sb.ToString();

이처럼 반복적으로 문자열을 추가하는 작업에서는 StringBuilder가 훨씬 효율적이다.

String과 StringBuilder 비교

String StringBuilder
Immutable Mutable
수정 시 새 객체 생성 기존 버퍼 재사용
문자열 연결이 많으면 비효율적 반복적인 문자열 수정에 적합
GC 부담 증가 GC 부담 감소
읽기 전용 문자열에 적합 문자열 생성 과정에 적합

StringBuilder도 Mutable일까?

그렇다. StringBuilder는

sb.Append("Hello");
sb.Append(" World");

처럼 기존 객체 내부를 직접 수정한다.

즉, String과 달리 Mutable(가변 객체)이다. 이것이 StringBuilder가 빠른 이유이다.

마무리

String은 Immutable이기 때문에 문자열을 수정할 때마다 새로운 객체를 생성한다. 이는 안전성과 메모리 공유 측면에서는 큰 장점이지만, 반복적인 문자열 연결에서는 성능 저하의 원인이 된다.

StringBuilder는 이러한 문제를 해결하기 위해 내부 버퍼를 재사용하는 방식으로 설계되었다. 따라서 문자열을 여러 번 이어 붙이거나 수정해야 하는 상황이라면 String보다 StringBuilder를 사용하는 것이 훨씬 효율적이다.

다음 글에서는 C#에서 자주 헷갈리는 개념 중 하나인 Boxing과 Unboxing은 왜 발생할까?를 알아보겠다.

핵심 정리

  • String은 Immutable이므로 수정할 때마다 새로운 문자열 객체를 생성한다.
  • 반복적인 문자열 연결은 많은 객체 생성과 GC 부담을 유발한다.
  • StringBuilder는 내부 버퍼를 재사용하여 문자열을 관리한다.
  • ToString()을 호출할 때 최종 String 객체가 생성된다.
  • Capacity를 활용해 메모리 재할당 횟수를 줄일 수 있다.
  • 문자열을 반복해서 생성하는 작업에서는 StringBuilder가 훨씬 효율적이다.
  • 간단한 문자열 연결에는 StringBuilder보다 String이 더 적합한 경우도 있다.

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