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Collection

컬렉션(Collection)이란?

  • 자료구조는 컴퓨터 과학에서 효율적인 접근 및 수정을 가능케 하는 자료의 조직, 관리, 저장을 의미. 더 정확히 말해 자료 구조는 데이터 값의 모임, 또 데이터 간의 관계, 그리고 데이터에 적용할 수 있는 함수나 명령을 의미
  • 컬렉션이란 데이터 집합, 그룹을 의미하며 Java에서 JCF( Java Collections Framework )는 이러한 데이터, 자료구조인 컬렉션과 이를 구현하는 클래스를 정의하는 인터페이스를 제공.
  • 개발에 소요되는 시간을 절약하면서 최적화된 알고리즘을 사용 가능.

Collection을 사용하는 이유

  • 일관된 API : Collection의 일관된 API를 사용하여 Collection 밑에 있는 모든 클래스
  • 프로그래밍 노력 감소 : 객체 지향 프로그램의 추상화의 기본 개념이 성공적으로 구현되어있음
  • 프로그램 속도 및 품질 향상 : 유용한 데이터 구조 및 알고리즘은 성능을 향상시킬 수 있음.

Collection 주요 메서드

  • 추가
    • add(E e)
    • addAll(Collection<? extends E> c)
  • 조회
    • contains(Object o)
    • containsAll(Collection<?> c)
    • equals()
    • isEmpty()
    • iterator()
    • size()
  • 삭제
    • clear()
    • remove(Object o)
    • removeAll(Collection<?> c)
  • 기타
    • toArray()

Java Collection 구조

Collection1 Collection2


Java 자료구조 유형 ( Collectcion + Map )

  • 순서가 있는 목록인 List
  • 순서가 중요하지 않은 목록인 Set
  • 먼저 들어온 것이 먼저 나가는 Queue
  • Key-Value 형태로 저장되는 Map

인터페이스 설명 구현 클래스
List<E> 순서가 있는 데이터의 집합으로, 데이터의 중복을 허용 Vector, ArratList, LinkedList, Stack
Queue<E> 선입선출(FIFO)방식. List와 유사하나 구현목적의 차이 LinkedList, PriorityQueue, ArrayDeque
Set<E> 순서가 없는 데이터의 집합으로, 데이터의 중복을 허용하지 않음 HashSet, TreeSet
Map<K,Y> 키와 값의 한 쌍으로 이루어지는 데이터의 집합으로 순서가 없음. 이때 키는 중복을 허용하지 않지만 값은 중복될 수 있음 HashMap, TreeMap, Hashtable, Properties

List Interface

  • 정렬된 모든 객체 컬렉션을 저장할 수 있는 목록 데이터 전용
  • 인덱스로 원소에 접근이 가능하고 크기가 가변적
  • ArrayList, Vector, Stack 클래스 존재
  1. ArrayList
  • 동적 배열 제공. 표준 배열보다 느릴수 있지만 배열에서 많은 움직임이 필요한 프로그램에서 유용
  • 단방향 포인터구조로 내부적으로 배열을 사용하므로 비순차적인 데이터 삽입, 삭제가 느리고 데이터 검색이 빠르다
  • 컬렉션에서 객체를 추가, 삭제하면 ArrayList 크기가 자동으로 조정
  1. LinkedList
  • 요소가 연속 된 위치에 저장되지 않고 모든 요소가 데이터 부분과 주소부분이 있는 별도의 객체에 저장됨
  • 동적인 데이터 추가, 삭제가 많다면 ArrayList보다 빠르지만 많은 데이터 조회 시는 ArrayList보다 느림
  • 포인터의 주소에서 사용하는 데이터를 가져옴
  • 각 요소를 노드라 부른다.
  1. Vector
  • 동적 배열을 제공하고 표준 배열보다 느리지만 많은 움직임이 필요한 프로그램에서 유용.
  • LinkedList와 유사하지만 Vector는 동기화가 되고 ArrayList는 동기화가 되지 않는다.
  1. Stack
  • 스택 클래스 모델 및 스택 데이터 구조를 구현할 때 주로 사용
  • 후입 선출을 기본 원칙으로 함

Queue Interface

  • 대기열 인터페이스라는 이름에서 알 수 있듯이 선입선출(FIFO)을 기본적으로 사용
  • 순서가 중요한 업무에서 주로 사용
  • LinkedList, PriorityQueue, ArrayDeque 등의 클래스 존재.
  1. LinkedList
  • Queue는 조회보다 삽입 삭제가 많이 이루어지기 때문에 기존 LinkedList를 이용해 구현.
  • List Interface의 LinkedList와 동일
  1. PriorityQueue
  • 우선 순위에 따라 객체를 처리해야 할 때 사용
  • 선입선출을 기본으로 하지만, 우선 순위에 따라 먼저 처리해야할 것이 있다면 우선 순위 힙을 기반으로 처리
  1. ArrayDeque
  • 크기가 조정되는 배열이고 양쪽 끝에서 요소를 추가하고 제거하는 구조
  • 사이즈에 제한이 없으며 외부 동기화안됨 ( 멀티쓰레드에서동시 접속 불가. 멀티쓰레드 사용시 직접 synchronized 작성 )
  • NULL은 저장되지 않음
  • 수행속도와 메모리 부분에서 스택으로 사용할 때 Stack보다 좋고 대기열로 사용할 때는 LinkedList로 구현하는 것보다 좋다고 함

Set Interface

  • 중복 값을 저장할 수 없는 정렬되지 않은 데이터 모음
  • 중복을 방지하고 고유한 데이터만 저장해야하는 경우 사용
  • 하나의 NULL 저장 가능. 마찬가지로 중복은 불가능
  • 기본 자료형을 넣으면 해당 Wrapper 클래스로 값이 들어가게 됨
  • 동일한 데이터의 기준은 객체의 equals()가 true를 리턴하고 hashCode() 값이 같은 것
  • SortedSet, NavigableSet, TreeSet은 이진 트리로 정렬된 상태로 요소 관리
  • HashSet, TreeSet, LinkedHashSet 등에서 사용
  1. HashSet
  • HashSet에서 입력되는 데이터는 동일한 순서로 삽입되는 것을 보장하지 않음
  • 이 클래스는 NULL 요소 삽입을 허용
  1. LinkedHashSet
  • HashSet과 유사하지만 차이점은 입력하는 순서대로 데이터를 저장하는 순서을 유지
  1. TreeSet
  • 데이터의 순서는 자연적인 순서(오름차순)대로 데이터를 저장
  • 이진 탐색 트리로 데이터를 저장

Map Interface

  • Map은 데이터를 키-값으로 매핑을 지원하는 데이터 구조. Key와 Value를 하나의 Entry로 묶어서 데이터 관리
  • 동일한 키가 여러 개가 있을 수 없어 중복 키는 지원하지 않고 순서를 보장하지 않음
  • 키를 기반으로 프로그래밍을 하는 경우 유용
  • 뛰어난 검색속도를 가지며 인덱스가 따로 존재하지 않아 iterator를 사용
  • 기본적으로 정렬되어 있지 않으나 정렬된 Map을 사용하려면 SortedMap, NavigableMap, TreeMap을 사용
  • Map Interface는 HashMap, TreeMap 등의 클래스가 있음
  1. HashMap
  • HashMap에 데이터에 접근하려면 키를 알고있어야 접근 가능하며 검색에 가장 뛰어남
  • HashMap은 Hashing이라는 기술을 사용하는데 해싱은 인덱싱 및 검색 작업이 더 빨라지도록 키에 산술적인 연산을 적용하여 항목이 저장되어 있는 주소를 계산하여 항목에 접근하는 방식
  1. Hashtable
  • HashMap보다는 느리지만 동기화 지원
  • NULL 값이 들어오지 못함
  1. TreeMap
  • 키와 값을 저장하는 동시에 키를 정렬
  • 정렬 순서는 숫자 > 알파벳 대문자 > 알파벳 소문자 > 한글
  1. LinkedHashMap
  • HashMap과 거의 동일하나 이중 연결 리스트라는 방식을 이용하여 데이터를 담음.
  • 키의 순서가 지켜지므로 키의 순서가 보장되어야 할 경우 사용

Map Interface 메서드

  • 추가
    • put(K key, V value)
    • putAll(Map<? extends K, ? extends V> m)
  • 조회
    • containsKey(Object key)
    • containsValue(Object value)
    • entrySet()
    • keySet()
    • get(Object key)
    • values()
    • size()
    • isEmpty()
  • 삭제
    • clear()
    • remove()
  • 수정
    • put(K key, V value)
    • putAll(Map<? extends K, ? extends V> m)
// EntrySet 조회
Set<Entry<String, String>> entrySet = hMap.entrySet();
for(Entry<String, String> entry : entrySet) {
    System.out.println(entry.getKey() + " : " + entry.getValue());
}
    
// KeySet 조회
Set<String> keys = hMap.keySet();
for(String key : keys) {
    System.out.println(key + " : " + hMap.get(key));
}

상속과 Generic

  • Object와 사용자 정의 객체는 상속관계지만 컬렉션 안에 상위 객체에 넣을 수 없음
  • 상속 때문에 발생한 문제는 아니고 배열은 공변(convariant) 자료형, 제네릭은 불변(invariant) 자료형으로 성격 문제
// compile error : type mismatch
List<Obejct> list = new ArrayList<Person>();

자료 삭제 시 주의 사항

  • 요소가 삭제되면 size()가 줄어들기 때문에 index를 사용한 for문 사용시 index를 차감하거나 거꾸로 접근해야함
  • forEach 문장 동작 시 Collection의 크기가 불변해야 함
    • forEach문 동작 중 요소 삭제는 불가능하다

정렬

  • 정렬이란 요소를 특정 기준에 대한 내림차순 또는 오름차순으로 배치하는 것
    • 크기를 비교할 수 있는 요소를 가지는 Collection 들만 정렬 가능 : List, SortedSet 자식 객체, SortedMap 자식 객체 (key 기준)
  • Collections.sort() 정렬
    • 객체가 Comparable을 구현하고 있는 경우 내장 알고리즘을 통해 정렬
  • Comparable 을 통해 고정된 정렬을 사용하거나 Comprable로 정렬하지 못하는 경우 Comparator

Sorted 인터페이스

  • Set과 Map 인터페이스를 상속받아 정렬 기능이 추가된 SortedSet과 SortedMap 인터페이스가 되는데 구현체인 TreeSet, TreeMap은 Set과 Map의 기능을 가지고 있으면서 정렬기능이 존재

22-06-21

Reference