[Java] 불필요한 객체 생성을 피하라

item6. 불필요한 객체 생성을 피하라

Effective Java 3/E 공부

똑같은 기능의 객체를 매번 생성하기 보다는 객체 하나를 재사용하는 것이 나을 때가 많다.

극단적인 예를 들어보면,

String str = new String("TEST");

이는 실행될 때 마다 인스턴스를 새로 만든다. 이 문장이 반복문이나 자주 호출되는 메소드 안에 있다면 쓸데없는 String 인스턴스가 수백만개 만들어 질 수 있다.

String str = "TEST";

이와 같이 코드를 바꾸면 새로운 인스턴스를 매번 만드는 대신 하나의 String 인스턴스를 사용한다.
또한 이 방식을 사용한다면 같은 가상 머신 안에서 이와 똑같은 문자열 리터럴을 사용하는 모든 코드가 같은 객체를 재사용함이 보장된다.

생성자 대신 정적 팩토리 메소드를 제공

생성자 대신 정적 팩토리 메소드를 제공하는 불변 클래스에서는 정적 팩토리 메소드를 사용해 불필요한 객체 생성을 피할 수 있다.
즉, Boolean(String) 생성자 대신에 Boolean.valueOf(String) 팩토리 메소드를 사용하는 것이 좋다.

=> 자바 9에서는 Boolean() 생성자가 사용 자제(deprecated) API로 지정되었다.

생성자는 호출할 때마다 새로운 객체를 만들지만, 팩토리 메소드는 그렇지 않다.

불변 객체가 아니여도 사용 중에 변경되지 않을 것이라면 재사용할 수 있다.

생성 비용이 비싼 객체

생성 비용이 아주 비싼 객체도 있다. 이러한 것들이 반복해서 필요한 경우에는 캐싱해서 재사용하길 권한다. 무엇이 비싼 객체인지는 명확하게는 알 수 없다.

예를 들어 주어진 문자열이 유효 로마 숫자인지 판단하는 메소드를 정규표현식을 활용해 작성해보면

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

위와 같이 구현된다. 여기서 사용한 String.matched는 정규 표현식으로 문자열 형태를 확인하는 가장 쉬운 방식이지만, 성능이 중요한 상황에서 반복해 사용하기는 적합하지 않다.

String.matched가 내부에 만드는 정규 표현식용 Pattern 인스턴스는 한번 쓰고 버려지기 때문에 가비지 컬렉션 대상이 된다.
Pattern은 정규표현식에 해당하는 유한 상태 머신을 만들기 때문에 인스턴스 생성 비용이 높다.

이를 개선하려면 Pattern 인스턴스를 클래스 초기화 과정에서 직접 생성해 캐싱해두고 나중에 위 메소드(isRomanNumeral)가 호출 될 때마다 이 인스턴스를 재사용해야한다.

public class RomanNumerals {
    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) {
        return ROMAN.matcher(s).matches();
    }
}

위와 같이 변경하면 isRomanNumeral이 호출 될 때 성능을 개선할 수 있다.
또한 성능 뿐 아니라 Pattern 인스턴스를 static final로 끄집어 내고 이름을 지어주었기 때문에 코드의 의미가 잘 드러나며 명확해 졌다.
다만 개선된 isRomanNumeral 방식의 클래스가 초기화 된 후 이 메소드를 한번도 호출하지 않으면 쓸데없이 ROMAN 필드를 초기화한 것이다. 이러한 효율성 문제도 생각해봐야 할 것이다.

오토박싱

불필요한 객체를 만들어내는 예로 오토박싱이 있다.
오토박싱은 프로그래머가 기본 타입과 박싱된 기본 타입을 섞어서 사용할 때 자동으로 상호 변환해주는 기술이다.
이는 기본 타입과 그에 대응하는 박싱된 기본 타입의 구분을 흐려주지만, 완전히 없애주지는 않는다. 의미 상으로는 별 차이가 없지만 성능은 그렇지 않다.

private static long sum() {
    Long sum = 0L;

    for (long i = 0 ; i <= Integer.MAX_VALUE; i++) 
        sum+= i;

    return sum;
}

위 코드는 모든 양의 정수의 총합을 구하는 메소드이다.
이 프로그램은 정답을 출력하긴 하지만 매우 느리다.
이 코드에는 오타가 있기 때문이다.

바로 sum 변수를 long이 아닌 Long 타입으로 선언하여 불필요한 Long 인스턴스가 약 2^31개나 만들어진다.
단순하게 sum의 타입을 long으로 바꾸어만 줘도 훨씬 속도가 개선된다.

박싱된 기본 타입보다는 기본 타입을 사용하고, 의도치 않은 오토박싱이 존재하지 않도록 주의해야 한다

위에서 공부한 내용들을 객체 생성은 비싸므로 피하자!! 로 이해하면 안된다.
프로그램의 명확성, 간결성, 기능을 위해 객체를 생성하는 것은 일반적으로는 좋은 것이다.
반대로 단순히 객체 생성을 피하고자 나만의 자체 객체 풀을 만들면 안된다.

객체 풀 ? 

객체를 매번 할당, 해제하지 않고 고정 크기 풀에 들어 있는 객체를 재사용함으로써 메모리 사용 성능을 개선한다.
재사용 가능한 객체들을 모아놓은 것이 객체 풀 클래스이다.

일반적으로 자체 객체 풀은 코드를 헷갈리게 하고 메모리 사용량을 늘리며 성능을 떨어트린다. 요즘 JVM의 가비지 컬렉터는 잘 최적화 되어 있어서 가벼운 객체용을 다룰 때에는 직접 만든 객체 풀보다 빠르다.