[Java/자바] 4. 컬렉션 프레임워크 Collection framework

January 10, 2021

컬렉션 Collection

문제 상황

배열은 자료구조 중에서 가장 기본이고 단순한 구조로, 동일한 타입 데이터들의 집합이다. 하지만 배열을 사용할 때 몇 가지 제약이 따른다.

배열은 초기 생성 시에 그 크기를 미리 지정해야 한다.
- 초기에 지정한 크기는 변경이 불가하여 생성한 크기보다 많은 자료를 저장할 수 없다.
데이터의 삽입, 검색, 삭제 등의 기능을 매번 직접 작성하면 중복 로직들이 발생한다.
- 이때 위 기능들을 클래스로 구현하면 재사용성을 높일 수 있다.

✨프로그램에서 사용할 데이터들을 효과적으로 관리하고 사용할 수 있도록 다양한 기능의 클래스를 제공한다. 👉 컬렉션 프레임워크

컬렉션 프레임워크 등장 이전 Vector, Stack, Properties	컬렉션 프레임워크
- 각각의 사용법이 다름 - 상호 호환성이 떨어짐 - 확장성이 떨어짐	- 높은 성능으로 동작 - 상호운용성이 뛰어남 - 응용 및 확장성이 뛰어남 🗝 표준인터페이스들의 집합에 기초를 두고 구현되었기 때문에 가능

컬렉션 프레임워크의 인터페이스

Collection

객체들의 집합을 사용할 수 있도록 하는 컬렉션 계층의 최상위 인터페이스

모든 컬렉션 클래스가 가지고 있는 핵심 메소드로 구성
주요 추상 메소드
- boolean add(Object obj): 컬렉션에 obj 추가, 추가 성공 시 true return, 이미 컬렉션의 멤버이거나 중복을 허용하지 않는 컬렉션일 경우 false retrun
- boolean contains(Object obj): obj가 컬렉션의 요소이면 true return
- boolean isEmpty(): 컬렉션이 비어있을 경우 true return
- Iterator iterator(): 컬렉션의 모든 요소를 순차적으로 접근할 수 있는 Iterator return -boolean remove(Object obj): 컬렉션에서 obj 하나 제거, 성공 시 true return
- int size(): 컬렉션의 요소의 수를 return

List

Collection 인터페이스를 상속했으며, 순차적인 리스트를 다루기 위해 사용

요소들의 순서를 저장하는 기능이 추가
0부터 시작하는 index를 사용하여 특정 위치의 요소 삽입/삭제 가능
동일한 요소라고 하더라도 순서를 가지고 구분이 가능하기 때문에 요소 중복 저장 허용
주요 추상 메소드
- void add(int index, Object obj): 리스트의 index위치에 obj 삽입
- Object get(int index): 리스트의 index 위치의 요소 return
- Object remove(int index): 리스트의 index 위치의 요소를 삭제하고 삭제한 요소 return

Set

Collection 인터페이스를 상속했으며, 유일한 요소만 포함하는 집합을 다루기 위해 사용

중복되지 않는 요소들의 집합
중복을 허용하지 않기 때문에 이미 저장된 객체를 add()로 다시 저장하려 할 때 false를 return

SortedSet

Set 인터페이스를 상속했으며, 정렬된 집합을 다루기 위해 사용

오름차순으로 정렬된 집합의 동작을 선언
주요 추상 메소드
- Object first(): 첫 번째 요소 반환
- Object last(): 마지막 요소 반환

컬렉션 클래스

구현한 인터페이스들의 특징을 그래도 가지고 있다.
몇몇 클래스들은 추상 클래스로 작성되어 실제 동작이 가능한 자식 클래스의 골격을 제공

AbstractCollection

Collection 인터페이스 대부분의 기능을 실제 구현

AbstractList
AbstractCollection을 확장하고 List 인터페이스 대부분의 기능 실제 구현

AbstractSequentialList
AbstractList 확장, 요소들의 순차적인 접근 처리

⭐️ LinkedList
AbstractSequentialList 확장, 이중 연결 리스트(Doubly Linked List) 구현
AbstractSequentialList 클래스, List 인터페이스의 모든 메소드 사용 가능
첫 요소 또는 마지막 요소에 삽입/삭제가 효율적으로 이뤄지므로 이에 대한 추가 메소드 제공
추가 메소드
- void addFirst(Object obj): 리스트 맨 앞에 obj 추가
- void addLast(Object obj): 리스트 맨 뒤에 obj 추가
- Object getFirst(): 첫 번쨰 요소 return
- Object getLast(): 마지막 요소 return
- Object removeFrist(): 첫 번째 요소 삭제 후 삭제한 요소 return
- Object removeLast(): 마지막 요소 삭제 후 삭제한 요소 return

⭐️ ArrayList

AbstractList 확장, 동적 배열 구현
내부적으로 배열을 이용하여 리스트 자료구조를 구현
AbstractList 클래스, List 인터페이스의 모든 메소드 사용 가능
추가된 메소드
- void ensureCapacity(int minCapacity): ArrayList 사이즈 return
- void trimToSize(): ArrayList의 빈공간을 제거하여 사이즈 조절
  
  AbstractSet
AbstractCollection 확장, Set 인터페이스 대부분의 기능 실제 구현

⭐️ HashSet

AbstractSet 확장, Hash Table 사용하도록 구현
데이터 저장소로 Hash Table을 사용하기 때문에 Hash 형태의 자료구조를 구현
객체의 저장/삭제 시 내부적으로 대상 객체를 hashing하여 HsahCode를 만든 뒤 Hash Table의 index로 사용
객체를 hashing하는 작업은 자동으로 진행되어 Hash Table에 직접 접근 불가
삽입, 삭제 등의 작업이 데이터의 수와 관계없이 일정한 성능을 보장
AbstractSet 클래스와 Set 인터페이스의 모든 메소드 사용 가능

⭐️ LinkedHashSet

HashSet 확장, 삽입 순서가 유지되는 집합 구현
HashSet은 삽입된 순서를 기억하지 않지만 LinkedHashSet은 연결리스트를 이용하여 삽입된 순서를 기억한다.
중간에 데이터를 삭제해도 데이터의 순서가 유지됨

⭐️ TreeSet

AbstractSet 확장 SortedSet 인터페이스를 구현, 트리에 저장된 집합 구현
오름차순으로 정렬된 Set 집합 사용 가능
기억장소로 트리를 사용하며 빠른 접근 속도를 가지므로, 많은 양의 데이터를 정렬하여 사용할 때 유용

Iterator 인터페이스

컬렉션 클래스의 모든 요소를 처음~끝까지 순차적으로 접근 가능하도록 해주는 인터페이스 👉 Iterator는 간단하고 통일된 방법으로 처리할 수 있는 방법을 제공

직접 객체 생성 불가, 컬렉션 클래스의 iterator()메소드를 통해 생성 가능
주요 메소드
- boolean hasNext(): Iterator에 요소가 더 있으면 true 반환
- Object next(): 다음 요소 반환
- void remove(): 컬렉션에서 현재 요소를 삭제

예시

import java.util.Iterator;
import java.util.LinkedList;

public class IteratorTest{
    public static void main(String[] args){
        LinkedList<Double> scoreList = new LinkedList<Double>;
        
        //...
        
        Iterator<Double> it = scoreList.iterator();
        while(it.hasNext()){
            // ...
        }
    }
}

Map 컬렉션

Map
- key, value의 쌍으로 데이터를 저장하는 객체
- key는 유일해야 하며 value는 중복 가능
- 기능적으로 Collection 인터페이스와 다르기 때문에 Collection 인터페이스를 상속 받지 않음
주요 관련 클래스
- AbstractMap: Map 인터페이스의 대부분 구현
- ⭐️ HashMap: AbstractMap 확장, Hash Table을 이용하여 데이터 관리하는 클래스
  - 키-데이터 쌍으로 묶어서 데이터를 관리하며 키의 중복을 허용하지 않는다. HashMap, HashTable, TreeMap 클래스가 유사
  - Enumeration이나 Iterator 객체를 사용하여 데이터를 추출하지 않고 특정 키로 등록된 데이터를 추출 👉 키로 접근
  - 주요 메소드
    - put(): 키와 값으로 구성된 새로운 데이터 추가
    - get(): 지정한 키에 해당하는 데이터 return
    - remove(): 지정한 키에 해당하는 데이터 삭제
    - containsKey(): 지정한 키가 이미 존재하는지 여부 return
    - containsValue(): 지정한 값이 존재하는지 여부 return
    - size(): 요소 개수 return
    - isEmpty(): 비어있는 지 여부 return
- TreeMap: AbstractMap 확장, 트리를 이용하여 데이터 관리하는 클래스
- WeakHashMap: AbstractMap 확장, 취약 키(weak key)를 갖는 Hast Table을 이용하여 데이터 관리하는 클래스
- ⭐️ LinkedHashMap: HashMap 확장, 삽입 순서가 유지되는 집합을 구현
- IdentityHashMap: AbstractMap 확장, 요소를 비교할 때 참조를 근거로 비교
주요 메소드
- void clear(): 맵의 모든 요소 삭제
- Object get(Object k): 키값 k와 연결된 value return
- boolean isEmpty(): 맵이 비어있으면 true return
- Set keySet(): 맵에 있는 모든 key를 포함하는 Set을 return
- Object put(Object k, Object v): 지정한 k-v 쌍의 요소를 맵에 추가, 이미 있는 k라면 덮어씀
- Object remove(Object k): 키값 k와 연결된 value를 삭제
- int size(): 맵에 저장된 요소의 수 return
- Collection values(): 맵에 있는 모든 value를 포함하는 Set를 return

예시

HashMap 클래스 test

출력 순서 - 최규태, 정길용, 강성윤

LinkedHashMap 클래스 test

출력 순서 - 정길용, 강성윤, 최규태

TreeMap 클래스 test

출력 순서 - 강성윤, 정길용, 최규태

Hi! I'm @Yeseul Lee

Passionate for what I love

GitHub LinkedIn