🧅Java equals() 메소드를 까보자

여느때와 같이 평화롭게 개발하던 중 갑자기 equals() 에 대한 궁금증이 생겼습니다.

== 연산자는 비교하고자 하는 두개의 대상의 주소값을 비교하는데 반해 String클래스의 equals 메소드는 비교하고자 하는 두개의 대상의 값 자체를 비교한다.

위와 같은 설명은 익히 알고 있는 설명일 것입니다. Primitive Type이 아닐 경우 == 로 두 대상을 비교하게 되면 값 그 자체(대체로 사람들이 비교하기 원하는)를 비교하지 않고 두 대상의 주소값을 비교한다는 것이죠. 그래서 으레 String이나 Wrapper 클래스를 이용시 == 을 대신해서 equals() 메소드를 사용하여 비교합니다.

그렇다면 equals() 메소드는 어떤 방식으로 동작하는 것일까요?

equals() 메소드를 까보기 전에 먼저 equals() 가 어디서 부터 왔는지부터 살펴보고 가봅시다.

Object Class에서 equals()

모든 클래스의 근원(root)이 되는 마더 클래스인 'Object'에는 총 11개의 메소드가 존재하는데(wait가 오버로딩 된 것을 하나로 보면 9개) 그 중 하나가 이 equals() 메소드 입니다.

Object에서 equals() 는 위와 같이 딱 한 줄의 코드로 정의되어 있는데..

	return (this == obj);

그냥 아주 심플하게 참조값(객체의 주소값)이 같은지, 다시 말해서 동일 객체인지만을 확인하는 메소드입니다.

어 그러면 처음 equals() 를 == 대신 사용하는 이유가 없자나? 라고 생각이 되죠.
맞습니다. Object 클래스에서 equals() 는 == 연산자와 전혀 다를 바가 없습니다(코드가 같아서요). 그래서 실질적인 값을 비교해줘야 하는 다른 클래스들은 equals() 를 오버라이딩, 즉 재정의하여 사용하게 됩니다.

equals() in Wrapper Class

그럼 이제 Object를 상속받은 다른 클래스들에서 equals() 를 어떻게 오버라이딩 했는지 코드를 까보겠습니다.

먼저 대표적인 Wrapper Class인 Integer를 들여다 보면 다음과 같은 equals() 를 만날 수 있습니다.

	/**
     * Compares this object to the specified object.  The result is
     * {@code true} if and only if the argument is not
     * {@code null} and is an {@code Integer} object that
     * contains the same {@code int} value as this object.
     *
     * @param   obj   the object to compare with.
     * @return  {@code true} if the objects are the same;
     *          {@code false} otherwise.
     */
    public boolean equals(Object obj) {
        if (obj instanceof Integer) {
            return value == ((Integer)obj).intValue();
        }
        return false;
    }

다음 코드를 보면 Object의 equals() 와는 조금 다른 것을 확인할 수 있습니다. 로직의 흐름은 다음과 같습니다.

if (obj instanceof Integer)

> 먼저 처음 if 문으로 비교하고자 하는 객체가 Integer 클래스인지(아님 상속받은 클래스인지) 확인합니다.

value == ((Integer)obj).intValue()

> 비교하고자 하는 객체가 Integer 클래스라면 객체의 value가 같은지 비교합니다. 여기서 value란 Integer 객체를 생성할 때 생성자에 넣는 숫자값(문자열도 가능하지만 결과적으로 내부에서 모두 숫자값으로 변경됩니다. 의미를 갖는 값 그 자체라고 생각하면 됩니다)을 의미합니다. 즉, 주소값이 아닌 객체가 가지고 있는 숫자를 비교합니다.

		// Integer Class에 정의된 value와 intValue()
		...
		private final int value;
        
       	@Deprecated(since="9", forRemoval = true)
    	public Integer(int value) {
        	this.value = value;
    	}
        
        @Deprecated(since="9", forRemoval = true)
    	public Integer(String s) throws NumberFormatException {
        	this.value = parseInt(s, 10);
    	}
        
        @IntrinsicCandidate
   	 	public int intValue() {
       		return value;
    	}
        ...

equals() in String Class

그렇다면 String 클래스에서는 어떨까요?

String class의 equals() 코드를 확인해봅시다.

	/**
     * Compares this string to the specified object.  The result is {@code
     * true} if and only if the argument is not {@code null} and is a {@code
     * String} object that represents the same sequence of characters as this
     * object.
     *
     * <p>For finer-grained String comparison, refer to
     * {@link java.text.Collator}.
     *
     * @param  anObject
     *         The object to compare this {@code String} against
     *
     * @return  {@code true} if the given object represents a {@code String}
     *          equivalent to this string, {@code false} otherwise
     *
     * @see  #compareTo(String)
     * @see  #equalsIgnoreCase(String)
     */
    public boolean equals(Object anObject) {
        if (this == anObject) {
            return true;
        }
        return (anObject instanceof String aString)
                && (!COMPACT_STRINGS || this.coder == aString.coder)
                && StringLatin1.equals(value, aString.value);
    }

다음은 String Class에서 정의된 equals() 메소드입니다. Integer보다 조금 로직이 많아진 것을 확인할 수 있는데 한번 흐름을 파악해보겠습니다.

if (this == anObject)

> 먼저 비교 대상인 객체와 비교할 String 객체를 == 연산자로 비교하여 같다면 true를 리턴합니다.

어 근데.. 잠시만 이거 Object랑 같은 연산이자나? 라고 생각할 수 있습니다.
네 맞습니다. String에서는 먼저 아예 같은 객체인지를 확인하여 같다면 true로 리턴해줍니다. 객체 주소값(객체 자체)이 같다면 당연히 내부에 들어있는 객체 값 그 자체도 같겠죠.

그렇다면 왜 Integer에서는 객체 비교를 먼저 안해주고 String에서는 객체 비교를 먼저 하는걸까? 라는 의문이 들 수 있습니다.(제가 그랬습니다)

이는 개인적인 생각으로 String 객체의 실질적인 비교에 소요되는 코스트가 Integer에 비해 커서, 애초에 같은 객체라면 코스트가 큰 로직을 실행하지 않도록 하기 위함이지 않을까라고 생각합니다.
Integer.equals() 는 한 줄의 비교로 O(1)의 시간복잡도를 가지는 데에 비해 String.equals() 는 이후 로직인 StringLatin1.equals() 에서 O(N)의 시간복잡도를 가지기에, String의 경우 이미 동일 객체임을 확인 후 로직을 종료한다면 더 긴 시간복잡도를 갖는 것을 방지할 수 있을 것입니다. 또한 Integer의 경우 이미 한 줄의 코드로 객체 자체 값을 비교하고 있기에, 만약 조건문으로 분기하여 객체 주소값을 추가로 비교할 경우 무의미하게 코드 수가 더욱 늘어나는 결과를 초래할 수 있을 것입니다.

결론적으로 String.equals() 는 Integer.equals() 와 다르게 처음 객체의 동일 여부를 점검하고 로직을 시작합니다.

(anObject instanceof String aString) && (!COMPACT_STRINGS || this.coder == aString.coder) && StringLatin1.equals(value, aString.value)

> 그 다음 3개의 조건을 비교하는데요.

(anObject instanceof String aString)

> 처음으로 Integer 때와 마찬가지로 비교하고자 하는 객체가 String 클래스인지(아님 상속받은 클래스인지) 확인하고

(!COMPACT_STRINGS || this.coder == aString.coder)

> String이 COMPACT_STRINGS 이 아니거나 비교 대상 String 객체와 비교 객체의 coder 가 같은지 비교합니다.
여기서 COMPACT_STRINGS 은 char형 문자가 2byte를 사용하는데에 비해 실질적인 LATIN-1 문자 표현은 1byte만 사용되기에 발생하는 메모리 낭비를 해결하기 위해 JDK6 부터 등장한 최적화 방식인데 여기서는 해당 방식이 쓰이지 않았는지를 확인합니다.

coder 는 값의 바이트를 인코딩하는 데 사용되는 인코딩의 식별자로 두 객체의 coder 를 비교하는 행위는 인코딩 식별자가 같은지를 확인하는 부분입니다.(coder 의 경우 LATIN1,UTF16을 지원합니다)

즉, COMPACT_STRINGS 이 사용되었으면 두 객체의 인코딩 식별자가 달라도 같은 값으로 인식하고 COMPACT_STRINGS 이 사용되지 않았으면 두 객체의 인코딩 식별자가 같아야지 같은 값으로 인식하는 것을 확인할 수 있습니다.

StringLatin1.equals(value, aString.value)

> 마지막으로 위에서의 조건들을 모두 검증하고 온 객체의 value(byte[] 자료형)를 같은지 확인합니다. StringLatin1.equals() 메소드를 까보면 다음과 같은 구조를 확인할 수 있습니다.

	@IntrinsicCandidate
    public static boolean equals(byte[] value, byte[] other) {
        if (value.length == other.length) {
            for (int i = 0; i < value.length; i++) {
                if (value[i] != other[i]) {
                    return false;
                }
            }
            return true;
        }
        return false;
    }

위 로직을 따라가 보면 먼저 value.length == other.length으로 두 value의 길이가 같은지 확인 후 for loop 을 통해 하나하나의 value 가 같은 값을 가지고 있는지 확인합니다. 이때 모든 값이 같다면 true 를 출력하게 됩니다.

즉 String.equals() 에서도 값 그 자체를 비교할 수 있는 로직으로 equals 메소드를 오버라이딩 한 것을 확인할 수 있습니다.

결론

위와 같이 equals 메소드는 각각의 클래스의 성질의 맞게 오버라이딩 되어 사용되고 있다는 사실을 확인할 수 있었습니다.

참고자료

Compact Strings in Java 9 _ baeldung