Java 문법 11. 컬렉션(Collection)

컬렉션(Collection)

컬렉션 프레임워크란

• 객체를 그룹 단위의 데이터로 저장하는 기본적인 자료구조들의 모음
• 자료구조가 내장되어있는 클래스이자 자바에서 제공하는 “자료구조”를 담당하는 “프레임워크”이다
  => 데이터들이 새로이 추가되거나, 삭제가 되거나, 수정이 되는 기능(알고리즘) 들이 이미 정의 되어있는 틀
  => 추가, 삭제, 정렬 등의 기능처리가 간단하게 해결되어 따로 자료구조적 알고리즘을 구현할 필요가 없게 해준다
• java.util 패키지에 포함되어있다
• 인터페이스를 통해 정형화된 방법으로 다양한 컬렉션 클래스를 이용 가능하다

• 다수의 데이터를 그룹으로 묶어 관리할 수 있으므로 프로그래밍이 보다 편리해지고, 코드의 재사용성을 늘릴 수 있다

• 자료구조 : 메모리상에서 자료를 구조적으로 처리하는 방법론

  

• 프레임워크 : 효율적인 기능들이 이미 정의되어있는 틀(프레임)

[ 배열의 문제점 & 컬렉션의 장점 ]

• 배열의 문제점

  • 한번 크기를 지정하면 변경 할 수 없다
  • 기록된 데이터에 대한 중간 위치의 추가, 삭제가 불편하다
    => 추가, 삭제할 데이터부터 마지막 기록된 데이터까지 하나씩 뒤로 밀어내고 추가하는 등의 복잡한 알고리즘을 직접 구현해야 함
  • 한 타입의 데이터만 저장 가능하다

• 컬렉션의 장점

  • 저장하는 크기의 제약이 없다
  • 추가, 삭제, 정렬 등의 기능처리가 간단하다
  • 여러 타입의 데이터를 저장 가능하다
    => 객체만 저장 가능하기 때문에 필요에따라 기본 자료형에 Wrapper 클래스를 사용하여 저장한다
    => 단, 제네릭 설정을 통해서 한 타입의 데이터들만 저장할 수도 있다

• 결론

  • 배열의 단점들을 보완한 것이 컬렉션이라고 볼 수 있다
  • 데이터들을 단지 담아만 두고 조회만 할 목적이면 배열을 선택
  • 데이터들이 빈번하게 추가, 삭제, 수정 될 것 같다면 컬렉션을 선택

컬렉션의 주요 인터페이스

인터페이스분류		특징	구현 클래스
Collection	List	순서를 유지하고 저장 중복 저장 가능	ArrayList, Vector, LinkedList
	Set	순서를 유지하지 않고 저장 중복 저장 안됨	HashSet, TreeSet
Map		키와 값의 쌍으로 저장 키는 중복 안 됨 값은 중복 저장 가능	HashMap, Hashtable, TreeMap, LinkedHashMap, Properties

[ List ]

• 자료들을 일렬로 나열한 자료구조
• 객체를 인덱스로 관리함
  => 객체를 저장하면 자동 인덱스가 부여되고 인덱스로 객체를 검색, 삭제할 수 있는 기능을 제공
• 중복해서 객체 저장 가능

• 구현 클래스로 ArrayList와 Vector, LinkedList가 있다

• 주요 메소드

  기능	메소드	설명
  객체 추가	boolean add(E e)	주어진 객체를 맨 끝에 추가
  	void add(int index, E element)	주어진 인덱스에 객체를 추가
  	boolean addAll(Collection<? extends   E> c)	주어진 Collection타입 객체를 리스트에 추가
  	set(int index, E element)	주어진 인덱스에 저장된 객체를 주어진 객체로 바꿈
  객체 검색	boolean contains(Object o)	주어진 객체가 저장되어 있는지 여부
  	E get(int index)	주어진 인덱스에 저장된 객체를 리턴
  	boolean isEmpty()	컬렉션이 비어 있는지 조사
  	int size()	저장되어 있는 전체 객체 수 리턴
  	Iterator<E> iterator()	저장된 객체를 한번씩 가져오는 반복자 리턴
  객체 삭제	void clear()	저장된 모든 객체를 삭제
  	E remove(int index)	주어진 인덱스에 저장된 객체 삭제
  	boolean remove(Object o)	주어진 객체를 삭제

  • 그 외
    • subList(int index1, int index2) : 해당 리스트로부터 index1에서 index2까지의 데이터 값들을 추출해서 새로운 List로 반환시켜주는 메소드

ArrayList

// 기본생성자로 ArrayList 객체 생성
List<기본타입> list = new ArrayList<기본타입>();

// 초기화 (고정된 객체들로 구성된 List를 생성하고자 할 때)
List<String> list = Arrays.asList("Apple", "Banana", "Orange");

• 일반 배열과 같이 인덱스로 객체를 관리
• List의 후손으로 초기 저장용량은 10으로 자동 설정 또는 따로 지정 가능하다 => 객체 생성시 용량을 지정하지 않을경우 10으로 자동 생성된다
• 저장 용량을 초과한 객체들이 들어오면 자동으로 증가된다 (고정도 가능하다)
• 상당히 빠르고 크기를 마음대로 조절할 수 있는 배열이다
• 단방향 포인터 구조로 자료에 대한 순차적인 접근에 강점이 있다
• 동기화(Synchronized)를 제공하지 않는다 => 동기화란 하나의 자원(데이터)에 대해 여러 스레드가 접근하려 할 때, 한 시점에서 하나의 스레드만 사용 가능하도록 하는 것이다

Vector

//기본 생성자
List<E> list = new Vector<E>();

• ArrayList의 구버전이다
• ArrayList와 동일한 내부 구조를 가지고 있다
• 모든 메소드에서 동기화(Synchronized)를 제공한다는 점이 ArrayList와의 차이점이다
• List 객체들 중에서 가장 성능이 좋지 않다

LinkedList

//기본 생성자
List<E> list = new LinkedList<E>();

• 양방향 포인터 구조로 데이터의 삽입, 삭제가 빈번할 경우 빠른 성능을 보장한다
  => 이런경우 ArrayList보다 LinkedList가 더 좋은 성능을 발휘한다
• ArrayList와 사용 방법은 똑같지만 인접 참조를 링크해 체인처럼 관리한다는 점이 다르다
  => 저장된 각 객체마다 자신의 앞, 뒤에 어떤 객체가 있는지를 링크해둔다
• 객체가 중간 인덱스에서 삭제되거나 삽입될 때 바로 앞뒤 링크만 변경되고 나머지 링크는 변경되지 않는다
  => ArrayList에서는 뒤의 객체들의 인덱스가 변경된다
• 스택, 큐, 양방향 큐 등을 만들기 위한 용도로 사용된다

[ Comparable, Comparator을 통한 정렬 ]

구분	Comparable	Comparator
패키지	java.lang	java.util
사용 메소드	compareTo()	compare()
정렬	기존의 정렬기준을 구현하는데 사용	그외다른여러기준으로정렬하고자할때사용
사용법	정렬하고자 하는 객체에 Comparable를 상속받고 compareTo() 메소드를 오버라이딩해 기존의 정렬기준을 재정의한다 => 한 개의 정렬만 가능	vo 패키지 안에 필요한 정렬 기준에 맞춘 클래스들을 생성하고 Comparator를 상속받아 compare() 메소드를 오버라이딩, 기존의 정렬 기준 재정의 => 여러 개의 정렬 가능

• Collections.sort()
  • Collections.sort(List<T> list) : T객체에 Comparable을 상속받아 compareTo 메소드 재정의를 통해 정렬 구현 (한 개의 정렬)
  • Collections.sort(List<T> list, Comparator<T> c) : 지정한 Comparator클래스에 의한 정렬 (여러 개의 정렬)

[ Set ]

• 저장 순서가 유지되지 않고 객체를 중복해서 저장 할 수 없다
  => null도 중복을 허용하지 않기때문에 1개의 null만 저장 가능하다
• 인덱스로 관리하지 않기 때문에 인덱스를 매개 변수로 갖는 메소드가 없다

• 구현클래스로 HashSet, LinkedHashSet, TreeSet이 있다

• 주요 메소드

기능	메소드	설명
객체 추가	boolean add(E e)	주어진 객체를 맨 끝에 추가
	boolean addAll(Collection c)	주어진 Collection타입 객체를 리스트에 추가
객체 검색	boolean contains(Object o)	주어진 객체가 저장되어 있는지 여부
	boolean isEmpty()	컬렉션이 비어 있는지 조사
	int size()	저장되어 있는 전체 객체수를 리턴
	Object[] toArray()	배열로 반환
	Object[] toArray(Object[] a)	지정한 배열의 클래스 타입으로 배열로 반환
	Iterator<E> iterator()	저장된 객체를 한번씩 가져오는 반복자 리턴
객체 삭제	void clear()	저장된 모든 객체를 삭제
	boolean remove(Object o)	주어진 객체를 삭제
	boolean removeAll(Collection c)	저장된 모든 객체를 삭제

HashSet

Set<E> set = new HashSet<E>();

• 내부적으로 HashMap을 사용한다
• Set에 객체를 저장할 때 hash함수를 사용하여 처리 속도가 빠르다
• 동일 객체 뿐만 아니라 동등객체도 중복하여 저장하지 않는다
  => 저장하려는 객체의 해시코드와 저장된 객체들의 해시코드를 비교해서 같은 값이 없어야 객체를 추가한다

LinkedHashSet

• HashSet과 거의 동일하지만 Set에 추가되는 순서를 유지한다는 점이 다르다
• 추가된 순서, 또는 가장 최근에 접근한 순서대로 접근 가능하다

[ Iterator ]

• 컬렉션에 저장된 요소에 접근하는데 사용되는 인터페이스이다
• 비슷한 동작을 하는 것으로 Enumeration, ListIterator 가 있다
  => Enumeration : Iterator의 구버전 => ListIterator : Iterator를 상속받았고 양방향 특징을 가진다

• 위 그림처럼 상속 구조 상 iterator() 메소드는 List와 Set 계열에서만 사용가능하다
  => Map의 경우 Set 또는 List화 시켜서 iterator()를 사용해야 한다

• 주요 메소드

구분	메소드	방향
Iterator<E>	boolean hasNext()	앞에서부터 검색
	E next()
ListIterator<E>	boolean hasNext()	앞에서부터 검색
	E next()
	boolean hasPrevious()	뒤에서부터 검색
	E previous()

[ Map ]

• 키(key)와 값(value)으로 구성된 엔트리 객체를 저장한다 (이때 키와 값은 모두 객체로 저장한다)
• 키는 중복저장을 허용하지 않고(Set방식) 값은 중복 저장이 가능하다(List방식)
• 키가 중복되는 경우, 기존에 있는 키에 해당 값을 덮어씌운다

• 구현 클래스로 HashMap, Hashtable, LinkedHashMap, Properties, TreeMap이 있다

• 주요 메소드

기능	메소드	설명
객체 추가	V put(K key, V value)	주어진 키와 값을 추가, 저장이 되면 값을 리턴
객체 검색	V get(Object key)	주어진 키의 값을 리턴
	boolean containsKey(Object key)	주어진 키가 있는지 여부
	boolean containsValue(Object value)	주어진 값이 있는지 여부
	Set<Map.Entry> entrySet()	주어진 키와 값의 쌍으로 구성된 모든 엔트리 객체를 Set에 담아 리턴
	boolean isEmpty()	컬렉션이 비어 있는지 조사
	int size()	저장되어 있는 전체 객체 수를 리턴
	Set keySet()	모든 키를 Set 객체에 담아 리턴
	Collenction values()	모든 값을 Collection 객체에 담아 리턴
객체 삭제	void clear()	저장된 엔트리객체를 삭제
	V remove(Object key)	주어진 키와 일치하는 엔트리객체를 삭제

HashMap

Map<K, V> map = new HashMap<K, V>();

• Map 인터페이스를 구현한 대표 Map 컬렉션
• 키는 중복 저장을 허용하지 않지만 값은 중복을 허용한다
  => 동일한 키가 되는 조건은 hashCode()의 리턴값이 같고 , equals() 메소드의 결과가 true일 경우 이다 => 이러한 조건들 때문에 키타입은 hashCode()와 equals() 메소드가 재정의 되어있는 String 타입을 주로 사용한다

Hashtable

• HashMap과 동일한 내부 구조를 가지고 있다
• HashMap과 다른점은 스레드 동기화가 된 상태이기 때문에 Thread safe 속성을 지닌다
  => 동기화된 메소드로 구성되어있다 => 복수의 스레드가 동시에 Hashtable에 접근해 객체를 추가, 삭제 하더라도 스레드에 안전하다

Properties

• Hashtable의 하위 클래스이다
• 키와 값을 String 타입으로 제한한 Map 컬렉션이다
• 주로 프로퍼티(*.properties)파일을 읽어들일 때 사용한다
• 프로퍼티 파일이란
  • 애플리케이션의 옵션정보, 데이터베이스 연결 정보, 다국어 정보를 기록한 텍스트 파일이다
  • 애플리케이션에서 주로 변경이 잦은 문자열을 저장하여 관리하기 때문에 유지보수를 편하게 만들어준다
  • 키와 값이 = 기호로 연결되어 있는 텍스트 파일로 ISO 8859-1 문자셋으로 저장되고, 한글은 유니코드(Unicode)로 변환되어 저장된다

[ TreeMap 과 TreeSet ]

• 검색 기능을 강화시킨 컬렉션이다
• 계층 구조를 활용해 이진 트리 자료구조를 구현하여 제공한다
  • 트리란 각 노드간 연결된 모양이 나무와 같다고 해서 붙여진 이름이다

TreeSet

• 이진 트리를 기반으로 한 Set 컬렉션으로, 왼쪽/오른쪽 자식 노드를 참조하기 위한 두개의 변수로 구성되어있다
• 정렬기능이 추가되었고 동일한 객체는 중복 저장하지 않는다
• 정렬된 순서대로 보관하며 정렬 방법을 지정 가능하다
• 범위 검색에 효과적이다
• 레드블랙트리 구조를 사용한다
• HashSet보다 성능상 느리지만 삽입과 동시에 정렬할 때 사용한다

TreeMap

• 이진 트리를 기반으로 한 Map 컬랙션으로, 키와 값이 저장된 Map.Entry를 저장하고 왼쪽/오른쪽 자식노드를 참조하기 위한 두개의 변수로 구성되어있다

TreeSet, TreeMap 정렬

• 오름차순(기본)
• TreeSet과 TreeMap의 key는 저장과 동시에 자동으로 오름차순 정렬된다
• 숫자(Integer, Double) 타입일 경우 값으로 정렬된다
• 문자열(String) 타입일 경우 유니코드로 정렬된다

• 정렬을 위해 java.lang.Comparable을 구현한 객체를 요구한다
  => Integer, Double, String 모두 Comparable 인터페이스를 통해 오름차순이 구현되어 있다 => 구현되어있지 않은 객체를 쓸 경우 ClassCastException이 발생한다

• 내림차순(따로 구현해야함)
  • TreeSet, TreeMap 생성시 매개변수 생성자를 통해 재정렬이 가능하다

    TreeSet<E> tSet
      = new TreeSet(Comparator<? super E> comparator);
    TreeMap<K, V> tMap
      = new TreeMap(Comparator<? super K> comparator);
    

  • 숫자(Integer, Double), 문자열(String) 타입을 제외한 Comparable을 상속 받는 객체인 경우 compareTo() 메소드의 오버라이딩 부분을 내림차순으로 변경한다

[ Stack 과 Queue ]

Stack

Stack<E> stack = new Stack<E>();

• Vector<E>를 상속받은 클래스로 후입선출(LIFO, Last In First Out) 자료구조를 가진다

• JVM Stack 메모리가 Stack구조로 되어 있다

• 주요 메소드

  메소드	설명
  E push(E item)	주어진 객체를 스택에 넣는다
  E peek()	스택의 맨 위 객체를 가져온다 -> 객체를 스택에서 제거하지 않는다
  E pop()	스택의 맨 위의 객체를 가져온다 -> 객체를 스택에서 제거한다

Queue

Queue<E> queue = new Queue<E>();

• Collection<E> 을 상속받은 클래스로 선입선출(FIFO, First In Firt Out) 자료구조를 가진다

• 작업 큐나 메시지 큐가 Queue의 구조로 되어있다

• 주요 메소드

메소드	설명
boolean offer(E e)	주어진 객체를 넣는다
E peek()	가장 처음 추가된 객체를 하나 가져온다 -> 객체를 큐에서 제거하지 않는다
E poll()	거장 처음 추가된 객체를 하나 가져온다 -> 객체를 큐에서 제거한다

Deque

• 큐와 스택의 성질을 모두 가지고 있는 구조이다

• 검색과 같은 반복적인 문제에 특히 유용하다

• 주요 메서드

리턴 타입	메소드	설명
boolean, void	push, offer, add(E e)	해당 메소드 뿐만 아니라 메소드 뒤 First, Last를 붙여 앞 뒤에 주어진 객체를 넣는다.
E	peek, get()	해당 메소드 뿐만 아니라 메소드 뒤 First, Last를 붙여 객체를 가져온다 -> 객체를 큐에서 제거하지 않는다
E	poll, remove()	해당 메소드 뿐만 아니라 메소드 뒤 First, Last를 붙여 객체를 하나 가져온다 -> 객체를 큐에서 제거한다

[ 동기화 ]

List<T> syncList = Collections.synchronizedList(list);
Map<K, V> syncMap = Collections.synchronizedMap(map);
Set<T> syncSet = Collections.synchronizedSet(set)

• Vector 와 Hashtalbe을 제외한 대부분의 컬렉션 클래스들은 싱글 스레드 환경에서 사용할 수 있도록 설계되었다
  => 멀티 스레드 환경에서 무결성을 보장하지 못한다

• 싱글 스레드 환경에 맞게 설계된 컬렉션 객체들을 동기화된 메소드로 래핑할 수 있도록 Collections가 메소드들을 제공한다

• Collections의 동기화 래핑 메소드

리턴타입	메소드	설명
List	synchronizedList(List list)	List를 동기화된 List로 리턴
Map<K, V>	synchronizedMap(Map<K, V> m)	Map을 동기화된 Map으로 리턴
Set	synchronizedSet(Set s)	Set을 동기화된 Set으로 리턴