C# - 문자열 연결 시 string.Create를 이용한 GC 할당 최소화

이번 글은 아래의 트윗 내용을 옮겨봅니다. ^^

String.Create is 🔥 for string concatenation ⬇

Create & populate strings in one pass, avoid unnecessary memory copies, and skip intermediate allocations.

Ideal when the final string length is known and in high performance hot paths.

Have you used it?#dotnet #csharp pic.twitter.com/vzSMHXgunx

— Dave Callan | dotnet (@Dave_DotNet) July 22, 2023

예전에도 "C# 10 - (12) 문자열 보간 성능 개선" 글에서 string.Create를 스치듯 다룬 적이 있었습니다. ^^

어쨌든 중요한 것은, string 자체는 참조 타입이라서 GC Heap을 쓸 수밖에 없다는 점입니다. 하지만, string을 연결하는 과정에서 가능한 stack을 활용해 GC 힙의 사용을 최소화하는 노력은 할 수 있습니다.

위의 트윗에서 나온 코드를 실습해 보면,

namespace ConsoleApp1;

internal class Program
{
    static void Main(string[] args)
    {
        {
            string text = StringCreate(); // JIT
            Console.WriteLine(text.Length * 2);
        }

        {
            long old = GC.GetAllocatedBytesForCurrentThread();
            string text = StringCreate();
            Console.WriteLine(text);
            long now = GC.GetAllocatedBytesForCurrentThread();
            Console.WriteLine(now - old);
        }
    }

    static private string title = "Mr.";
    static private string first = "David";
    static private string middle = "Patrick";
    static private string last = "Callan";

    static public string StringCreate()
    {
        string text = string.Create(title.Length + first.Length + middle.Length + last.Length + 3,
            (title, first, middle, last),
            (span, state) =>
            {
                state.title.AsSpan().CopyTo(span);
                span = span[state.title.Length..];
                span[0] = ' ';
                span = span[1..];

                state.first.AsSpan().CopyTo(span);
                span = span[state.first.Length..];
                span[0] = ' ';
                span = span[1..];

                state.middle.AsSpan().CopyTo(span);
                span = span[state.middle.Length..];
                span[0] = ' ';
                span = span[1..];

                state.last.AsSpan().CopyTo(span);
            }
            );

        return text;
    }
}

화면에는 이런 출력을 얻게 됩니다.

48
Mr. David Patrick Callan
72

StringCreate를 실행했을 때 GC Heap을 72바이트 소비하는 것으로, 문자열 길이가 48바이트이므로 null 2바이트를 포함하면 50바이트, 그래도 22바이트가 더 소비되긴 했습니다. 어떻게 소비된 것인지 다음의 글에 따라 계산해 보면,

windbg - .NET string의 x86/x64 메모리 할당 구조
; https://www.sysnet.pe.kr/2/0/11336

• Object Header: 8바이트
• MethodTable 주소: 8바이트
• m_stringLength: 4바이트
• ...[문자열 48바이트]...
• null 2바이트
• 8바이트 정렬로 인해 2바이트

모두 더해 정확히 72바이트입니다. ^^ 그러니까 결국 Span을 이용한 string.Create의 사용은 대상 문자열로 인한 GC 힙의 사용 외에는 나머지 할당을 완전히 없앤 것입니다.

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^^ 눈치채신 분이 있겠지만, 사실 위와 같이 코딩하는 것은 아래와 같이 바꿔쓸 수 있습니다.

// C# 10+, .NET 6+

{
    string text = $"{title} {first} {middle} {last}";
}

{
    long old = GC.GetAllocatedBytesForCurrentThread();
    string text = $"{title} {first} {middle} {last}";
    long now = GC.GetAllocatedBytesForCurrentThread();
    Console.WriteLine(now - old); // 출력 결과: 72
}

위의 코드 역시 72바이트만을 소비하는데, "C# 10 - (12) 문자열 보간 성능 개선"에서 설명한 대로 이미 DefaultInterpolatedStringHandler가 내부적으로 string.Create를 이용한 문자열 연결을 하고 있기 때문입니다.

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[이 글에 대해서 여러분들과 의견을 공유하고 싶습니다. 틀리거나 미흡한 부분 또는 의문 사항이 있으시면 언제든 댓글 남겨주십시오.]

[최초 등록일: 7/23/2023]
[최종 수정일: 7/23/2023]


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by SeongTae Jeong, mailto:techsharer at outlook.com