String/StringBuilder/StringBuffer (항해일지 5일차)

chapter2 알고리즘 주차가 시작되었다.

1) 학습일지

오전에는>
알고리즘 주차의 발제 세션을 들었고, 새로운 팀원 분들과 간단히 소통했다.
또한 InteliJ IDE(Ultimate)를 설치하여 Java 환경 세팅을 마무리했다.

이번 주의 과제는 크게 두 가지로, 아래와 같다.
1. 40~ 53개의 알고리즘 문제 풀이
2. OOP 구현 코드 작성

주간 계획을 세우기 위해 각자 4번 까지의 문제를 풀었고, OOP 구현 과제의 틀을 잡았다. (알고리즘은 주특기 언어인 Java로 풀어야해서, 파이썬으로 풀 때에 비해 조금 더 시간이 걸릴 것 같다.)

• GitHub URL
  • 알고리즘 풀이: https://github.com/Kim-HJ1986/algorithm_Java
  • OOP 구현: https://github.com/Kim-HJ1986/OOP_homework

오후에는>
4번 까지의 알고리즘 풀이 현황을 공유했다. 운 좋게도 팀장님이 전공자였고, 문법 / 성능 관련 팁을 많이 얻을 수 있었다.

• 그 중 Java의 String과 StringBuilder/ StringBuffer의 차이에 대해 알게 되었고 바로 구글링하여 공부했다!

  • String 클래스는 Immutable, 불변성을 지닌다. 따라서 한번 생성되면 할당된 메모리 공간이 변하지 않는다. 즉 연산이 이루어져도 해당 객체가 변하는 것이 아니라 새롭게 문자열을 생성한다. (Heap 메모리 영역에 생성) 따라서 복잡한 코드에서 성능상의 이슈가 발생한다.
  • 반면에 StringBuffer와 StringBuilder는 Mutable, 가변성을 지닌다.
  • 두 클래스는 문자열 연산 등으로 기존 객체의 공간이 부족해지는 경우, 기존의 버퍼 크기를 늘리며 유연하게 동작한다. 심지어 둘이 제공하는 메서드도 동일하다!
  • 그러나 가장 큰 차이는 StringBuffer는 각 메서드 별로 Synchronized Keyword가 존재하여, 멀티스레드 환경에서도 동기화를 지원한다는 것이다.
  • 따라서 멀티스레드 환경에선 StringBuffer를, 싱글스레드 환경에서는 StringBuilder를 사용하는 것이 좋다고 한다. (동기화 관련 처리로 인해 StringBuilder의 성능이 더 좋은 이유도 있다)

• 그렇다면 멀티스레드, 단일스레드 환경이 무엇일까??...
  
  <출처: https://velog.io/@gil0127/%EC%8B%B1%EA%B8%80%EC%8A%A4%EB%A0%88%EB%93%9CSingle-thread-vs-%EB%A9%80%ED%8B%B0%EC%8A%A4%EB%A0%88%EB%93%9C-Multi-thread-t5gv4udj>

  • 스레드(thread)란? 프로세스가 할당받은 자원을 이용하는 실행의 단위이다.
  • 한 프로세스 내에서 동작되는 여러 실행 흐름으로 프로세스 내의 힙, 데이터, 코드 영역을 공유한다. 이러한 작업을 담당하는 최소 실행 단위를 스레드라고 한다.
  • 각각의 스레드는 독립적인 작업을 수행해야 하기 때문에 고유한 스레드ID, 프로그램 카운터, 레지스터 집합, 스택 등을 가지고 있다.
  • 멀티스레드란? CPU의 최대 활용을 위해 프로그램 둘 이상을 동시에 실행하는 기술이다. 이러한 작업은 Context Switching(문맥교환)을 통해서 이루어진다. 따라서 동시에 병렬적으로 여러 작업을 수행할 수 있다.
  • context switchig, 동기화 등의 이유로 싱글 코어 멀티 스레딩은 스레드 생성 시간이 오버헤드로 작용해 싱글스레드보다 느리다.
  • 공유하는 자원에 동시에 접근하는 경우, 다른 스레드에서 사용중인 자원을 사용할 때, 제어를 통해 동기화 관리가 추가적으로 이루어져야 한다.
  • 따라서 context switching과 동기화를 신경쓰지 않아도 되는 싱글스레드도 상황에 따라 충분히 장점을 지닌다. (물론 에러 발생 시 프로그램이 죽는 이슈도 있다!)

+) String관련 클래스 결론!

• 앞으로 하게 될 스프링 프로젝트에서, 내가 작성할 Java코드는 멀티 스레드 환경에서 실행되니 StringBuffer 클래스를 활용하자!!!

• 정리해보자면!! 내가 작성하는 Java 코드가 어떤 환경에서 실행이 되는 지를 파악하고, 멀티스레드 환경이라면 StringBuffer 클래스를, 싱글스레드 환경이라면 StringBuilder 클래스를 사용하는 것이 성능적으로 이슈를 줄인다는 결론을 얻었다.

• 이를 앞으로 학습하게 될 스프링 프레임워크에 적용해보자면,

  • Spring Tomcat은 멀티 스레드를 활용한다. (따라서 클라이언트의 수가 많아지면 그 만큼 스레드를 생성/수거하는 비용 및 오버헤드가 발생한다)
  • 이러한 문제를 개선하기 위해 스레드풀(Thread pool)을 사용한다고 하는데,,,, 오늘은 너무 길어지니 다음에 포스팅하며 정리해야겠다.
  • 추가적으로 모든 Spring bean들은 기본적으로 싱글톤 패턴으로 제공된다고 한다.
    

• 싱글톤 패턴이 뭔데??

  • 디자인 패턴 중 하나로, 객체의 인스턴스가 오직 1개만 생성되는 패턴을 의미한다!

  public class Singleton {

    private static Singleton instance = new Singleton();
    
    private Singleton() {
        // 생성자는 외부에서 호출못하게 private 으로 지정해야 한다.
    }

    public static Singleton getInstance() {
        return instance;
    }

    public void say() {
        System.out.println("hi, there");
    }
}

• 최초 한번의 new 연산자를 통해 고정된 메모리만을 사용한다 / 싱글톤 인스턴스는 전역으로 사용되기 때문에 다른 클래스의 인스턴스들이 쉽게 접근할 수 있다.

+) Insight

• !!! 스프링의 모든 bean들이 싱글톤 패턴으로 제공되는 것은 불변성을 지니기에 Thread-safe를 보장한다는 이점을 지닌다. !!!

시작은 String/StringBuffer/StringBuilder 였지만, 파고파고 들어오다 보니 스프링, 싱글톤 패턴까지 와버렸다. (무의식의 흐름,,)

2) 오늘의 소소한 이슈

• 삼항 연산자 사용 형식

변수 = (논리 조건) ? true일 때 실행되는 기능 : false일 때 실행되는 기능

• 앞에 변수를 지정해주지 않으면 오류가 난다. (딱히 성능을 높여주는 것도 아니라, 제한적으로 사용 가능할 것 같다)

• Arrays.deepToString: 2차원 배열의 경우 toString을 쓸 경우 내부 배열은 주소로 출력되기 때문에 내부 배열도 스트링으로 얻기 위해선 deepToString을 사용해야한다.

• char 타입 간 뺄셈이 int로 형변환 되는 것.. 은 다음에 공부!
  아스키 코드표에서 십진법 부분이 실제 저장되는 값이고, 의미 부분은 표출되는 값!

3) 코멘트

알고리즘 문제 풀이 시, 정답 처리에만 집중하지 않고 성능면에서도 검토해보기.

알고리즘 강의 들으면서 병행하기!