[JAVA 기초] Collection Framework

Intro

Collection 이란 말대로 데이터의 그룹 집합체라는 의미를 뜻하며, 이 데이터의 그룹을 어느 상황에 사용되어야 하며, 언제 유리한지를 알아야, 보다 좋은 프로그램을 만들 수 있기 때문에 이에 대한 내용을 정리해보았습니다.

또한 이에 해당하는 시간 복잡도와 성능은 추후에 정리 예정입니다.

 

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Collection Framework

다수의 데이터를 쉽고 효과적으로 처리할 수 있는 표준화된 방법(자료구조)을 제공하는 클래스와 이를 정의하는 인터페이스를 제공

 

 

1. Collection을 사용하는 이유

• 일관된 API: Collection 밑에 있는 모든 클래스, 인터페이스는 이를 상속받아 통일된 메서드를 사용
• 프로그래밍 비용 감소: 객체 지향 프로그래밍의 추상화의 기본 개념이 구현되어 있음
• 프로그램 속도 및 품질 향상: 데이터의 구조와 알고리즘은 속도와 성능 향상에 큰 영향을 끼침
• Collection을 이용해 최상의 구현을 간단하게 구현 가능

 

2. Collection Framwork 상속 구조

 

3. Collection Interface

 

(1)  특징

 

Iterator 인터페이스를 상속한 Collection은 가장 기본이 되는 인터페이스로 add(), size(), iterator() 메소드를 가지고 있음.

 

(2)  주요 메소드

메소드	설명
boolean add(E e)	해당 컬렉션에 전달된 요소를 추가함.
void clear()	해당 컬렉션에 모든 요소를 제거함.
boolean contains(Object o)	해당 컬렉션이 전달된 객체를 포함하고 있는 지를 확인
boolean equals(Object o )	해당 컬렉션과 전달된 객체가 같은지를 확인
boolean isEmpty()	해당 컬렉션이 비어있는 지를 확인
Iterator<E>iterator()	해당 컬렉션의 반복자를 반환
boolean remove(Object o)	해당 컬렉션의 전달된 객체를 제거
int size()	해당 컬렉션의 요소의 총 개수를 반환
Object[] toArray()	해당 컬렉션의 모든 요소를 Object 타입의 배열로 반환

 

4. Collections

 

(1)  특징

 

Collection 인터페이스와 달리 Java 1.2 이상부터 Collections라는 static클래스가 존재

 

(2)  주요 메소드

메소드	설명
Collections.sort(List L)	리스트를 정렬
Collectinos.sort(List L, reverseOrder())	리스트를 역순으로 정렬
max(List L), min(List L)	리스트에서 최대, 최솟값
shuffle(List L)	리스트를 랜덤으로 섞음
binarySearch(List L , Key)	오름차순으로 정렬된 리스트에서 이진검색을 통해 위치를 반환, 실패시 -1반환
disjoint(List L1 , List L2)	두 리스트 값이 완전히 다른지 검사, 하나라도 같은 값이 있으면 False

 

(3)  예시 코드

[출력]

 

 

5. 주요 인터페이스 간략한 특징 및 자료 구조 별 특징

인터페이스	설명	구현 클래스
List<E>	순서가 있는 데이터의 집합, 데이터의 중복을 허용	Vector, ArrayList, LinkedList, Stack, Queue
Set<E>	순서가 없는 데이터의 집합, 데이터의 중복을 허용하지 않음	HashSet, TreeSet
Map<K,V>	키와 값의 한 쌍으로 이루어지는 데이터의 집합으로, 순서가 없음 키는 중복을 허용하지 않지만, 값은 중복될 수 있음	HashMap,TreeMap,Hashtable,Properties

※ 컬렉션 프레임워크를 구성하는 모든 클래스는 제네릭으로 표현됨

 

(1) 자료 구조 별 특징

※ Thread-safe는 멀티 스레드 프로그래밍에서 일반적으로 어떤 함수나 변수, 혹은 객체가 여러 스레드로부터 동시에 접근이 이루어져도 프로그램의 실행에 문제가 없음을 뜻한다. 보다 엄밀하게는 하나의 함수가 한 스레드로부터 호출되어 실행 중일 때, 다른 스레드가 그 함수를 호출하여 동시에 함께 실행되더라도 각 스레드에서의 함수의 수행 결과가 올바로 나오는 것으로 정의

 

 

6. List 인터페이스

• index라는, 데이터의 중복을 허용하는 자료구조
• 객체의 자체를 저장하는 것이 아닌 객체의 메모리 번지를 참조, null 은 객체를 참조하지 않음

(1) 주요 메소드

메소드	설명
boolean add(E e)	해당 리스트(list)에 전달된 요소를 추가함. (선택적 기능)
void add(int index, E e)	해당 리스트의 특정 위치에 전달된 요소를 추가함. (선택적 기능)
void clear()	해당 리스트의 모든 요소를 제거함. (선택적 기능)
boolean contains(Object o)	해당 리스트가 전달된 객체를 포함하고 있는지를 확인함.
boolean equals(Object o)	해당 리스트와 전달된 객체가 같은지를 확인함.
E get(int index)	해당 리스트의 특정 위치에 존재하는 요소를 반환함.
boolean isEmpty()	해당 리스트가 비어있는지를 확인함.
Iterator<E> iterator()	해당 리스트의 반복자(iterator)를 반환함.
boolean remove(Object o)	해당 리스트에서 전달된 객체를 제거함. (선택적 기능)
boolean remove(int index)	해당 리스트의 특정 위치에 존재하는 요소를 제거함. (선택적 기능)
E set(int index, E e)	해당 리스트의 특정 위치에 존재하는 요소를 전달받은 객체로 대체함. (선택적 기능)
int size()	해당 리스트의 요소의 총 개수를 반환함.
Object[] toArray()	해당 리스트의 모든 요소를 Object 타입의 배열로 반환함.

 

7. List 대표적 구현 클래스

(1)  ArrayList <E> 클래스

 

[특징]

• 단 방향 포인터 구조로 각 데이터에 대한 인덱스를 가지고 있어 조회 기능에 성능이 뛰어남
• 배열과 달리 초기 크기를 지정하지 않아도 되므로, 삽입 삭제가 자유로움

[단점]

• ArrayList 클래스는 배열을 이용하기 때문에, 크기를 늘릴 때 새로울 배열을 생성하고, 기존의 요소들을 옮겨야 하는 복잡한 과정을 거침,  물론 이 과정이 자동으로 수행되지만, 요소의 추가 및 삭제 작업에 걸리는 시간이 매우 길어짐

[예시 코드]

[출력]

 

(2)  LinkedList <E> 클래스

 

[특징]

• ArrayList 클래스가 배열을 이용하여 요소를 저장함으로써 발생하는 단점을 극복하기 위해 고안
• jdk 1.2부터 제공된 LinkedList 클래스 내부적으로 이중 연결 리스트를 이용하여 요소 저장
• 저장된 요소는 비순차적으로 분포, 이러한 요소 사이를 링크로 연결하여 구성
• 양방향 포인터 구조로 데이터의 삽입, 삭제가 빈번할 경우 데이터의 위치정보만 수정하면 되기에 유용
• 스택, 큐, 양방향 큐 등을 만들기 위한 용도로 쓰임

[예시 코드]

[출력]

 

(3)  Vector<E> 클래스

 

[특징]

• 과거에 대용량 처리를 위해 사용했으며, 내부에서 자동으로 동기화 처리가 일어나 비교적 성능이 좋지 않고 무거워 잘 쓰이지 않음, 현재는 사용은 가능하나 호환성을 위해서만 남아, 사용하지 않는 것을 권장

 

8. Set 인터페이스

• 순서가 없고, 데이터 유일성을 가지는 자료구조
• 순서가 없음으로 인덱스로 객체를 가져오는 get 메소드가 존재 하지 않음, 하진만 Iterator 제공

(1) 주요 메소드 

메소드	설명
boolean add(E e)	주어진 객체를 저장 후 성공적이면 true를 중복 객체면 false를 리턴합니다.
boolean contains(Object o)	주어진 객체가 저장되어있는지 여부를 리턴합니다.
Iterator<E> iterator()	저장된 객체를 한번씩 가져오는 반복자를 리턴합니다.
isEmpty()	컬렉션이 비어있는지 조사합니다.
int Size()	저장되어 있는 전체 객체수를 리턴합니다.
void clear()	저장된 모든 객체를 삭제합니다.
boolean remove(Object o)	주어진 객체를 삭제합니다.

 

9. Set 구현 클래스

 

(1)  HashSet <E> 클래스

 

[특징]

• 해시 알고리즘을 사용해 검색 속도가 빠름
• 순서를 예측할 수 없음
• 내부적으로 HashMap 인스턴스를 이용하여 요소를 저장

※ 요소의 저장 순서를 유지해야 한다면 jdk 1.4부터 제공하는 LinkedHashSet 클래스 사용

 

[예시 코드]

[출력]

※ 출력 결과를 통해 중복 데이터가 저장이 되지 않음을 확인할 수 있다.

 

(2) TreeSet <E> 클래스

 

[특징]

• 데이터가 정렬된 상태로 저장되는 이진 검색 트리의 형태로 요소를 저장
• 이진 검색 트리는 데이터를 추가, 제거 등 기본 동작 시간이 매우 빠릅니다.
• TreeSet 클래스는 NavigableSet 인터페이스를 기존의 이진 검색 트리 성능을 향상한 레드-블랙 트리로 구현됨
• Set 인터페이스를 구현하므로, 요소를 순서에 상관없이 저장하고 중복된 값은 저장하지 않음

[예시 코드]

[출력]

※ 데이터가 정렬된 상태(이진 검색 트리 형태)로 저장됨으로 오른 차순으로 정렬되어 출력

 

10. Map 인터페이스

 

• Map 인터페이스는 Collection 인터페이스와는 다른 저장 방식을 가짐
• Map 인터페이스를 구현한 Map 컬렉션 클래스들은 키와 값을 하나의 쌍으로 저장하는 방식 (key-value 방식)
• 요소의 저장 순서를 유지하지 않음
• 키는 중복을 허용하지 않지만, 값의 중복은 허용(중복된 키 값이 들어오면 기존의 값은 사라지고 새로운 값으로 대체)

 

 

(1) 주요 메소드 

메소드	설명
V put(K Key, V value)	주어진 키와 값을 추가하여 저장되면 값을 리턴합니다.
boolean containsKey(Object Key)	주어진 키가 있는지 확인합니다.
boolean containsValue(Object value)	주어진 값이 있는지 확인합니다.
Set<Map.Entry<K,V>> entrySet()	모든 Map.Entry 객체를 Set에 담아 리턴합니다.
Set<K> keySet()	모든 키를 Set객체에 담아서 리턴합니다.
V get(Object key)	주어진 키에 있는 값을 리턴합니다.
boolean isEmpty()	컬렉션이 비어있는지 조사합니다.
int Size()	저장되어 있는 전체 객체의 수를 리턴합니다.
Collection<V> values()	저장된 모든 값을 Collection에 담아서 리턴합니다.
void clear()	저장된 모든 Map.Entry를 삭제합니다.
V remove(Object Key)	주어진 키와 일치하는 Map.Entry를 삭제하고 값을 리턴합니다.

 

(2) 주요 메소드 예시 코드

[출력]

 

11. Map 구현 클래스

 

(1) HashMap <K, V> 클래스

 

[특징]

• 해시 알고리즘을 사용하여 검색 속도가 빠름
• 중복된 키로는 값을 저장할 수 없음, 하지만 같은 값을 다른 키로 저장하는 것은 가능

[주요 메소드]

메소드	설명
void clear()	해당 맵(map)의 모든 매핑(mapping)을 제거함.
boolean containsKey(Object key)	해당 맵이 전달된 키를 포함하고 있는지를 확인함.
boolean containsValue(Object value)	해당 맵이 전달된 값에 해당하는 하나 이상의 키를 포함하고 있는지를 확인함.
V get(Object key)	해당 맵에서 전달된 키에 대응하는 값을 반환함. 만약 해당 맵이 전달된 키를 포함한 매핑을 포함하고 있지 않으면 null을 반환함.
boolean isEmpty()	해당 맵이 비어있는지를 확인함.
Set<K> keySet()	해당 맵에 포함되어 있는 모든 키로 만들어진 Set 객체를 반환함.
V put(K key, V value)	해당 맵에 전달된 키에 대응하는 값으로 특정 값을 매핑함.
V remove(Object key)	해당 맵에서 전달된 키에 대응하는 매핑을 제거함.
boolean remove(Object key, Object value)	해당 맵에서 특정 값에 대응하는 특정 키의 매핑을 제거함.
V replace(K key, V value)	해당 맵에서 전달된 키에 대응하는 값을 특정 값으로 대체함.
boolean replace(K key, V oldValue, V newValue)	해당 맵에서 특정 값에 대응하는 전달된 키의 값을 새로운 값으로 대체함.
int size()	해당 맵의 매핑의 총 개수를 반환함.

[예시 코드]

 

[출력]

2) Hashtable <K, V> 클래스

 

[특징]

• Hashtable 클래스는 JDK 1.0부터 사용해 온 HashMap 클래스와 같은 동작을 하는 클래스
• 현재에는 기존 코드와의 호환성을 위해서만 남아있으므로, Hashtable 클래스보다는 HashMap 클래스를 사용하는 것이 좋음.

 

3) TreeMap <K, V> 클래스

 

[특징]

• TreeMap 클래스는 키와 값을 한 쌍으로 하는 데이터를 이진 검색 트리(binary search tree)의 형태로 저장
• 이진 검색 트리는 데이터를 추가하거나 제거하는 등의 기본 동작 시간이 매우 빠름
• JDK 1.2부터 제공된 TreeMap 클래스는 NavigableMap 인터페이스를 기존의 이진 검색 트리의 성능을 향상한 레드-블랙 트리(Red-Black tree)로 구현.
• TreeMap 클래스는 Map 인터페이스를 구현하므로, 중복된 키로는 값을 저장할 수 없음.
• 같은 값을 다른 키로 저장하는 것은 가능.

[주요 메소드]

메소드	설명
Map.Entry<K,V> ceilingEntry(K key)	해당 맵에서 전달된 키와 같거나, 전달된 키보다 큰 키 중에서 가장 작은 키와 그에 대응하는 값의 엔트리를 반환함. 만약 해당하는 키가 없으면 null을 반환함.
K ceilingKey(K key)	해당 맵에서 전달된 키와 같거나, 전달된 키보다 큰 키 중에서 가장 작은 키를 반환함. 만약 해당하는 키가 없으면 null을 반환함.
void clear()	해당 맵(map)의 모든 매핑(mapping)을 제거함.
boolean containsKey(Object key)	해당 맵이 전달된 키를 포함하고 있는지를 확인함.
boolean containsValue(Object value)	해당 맵이 전달된 값에 해당하는 하나 이상의 키를 포함하고 있는지를 확인함.
NavigableMap<K, V> descendingMap()	해당 맵에 포함된 모든 매핑을 역순으로 반환함.
Set<Map.Entry<K, V>> entrySet()	해당 맵에 포함된 모든 매핑을 Set 객체로 반환함.
Map.Entry<K, V> firstEntry()	해당 맵에서 현재 가장 작은(첫 번째) 키와 그에 대응하는 값의 엔트리를 반환함.
K firstKey()	해당 맵에서 현재 가장 작은(첫 번째) 키를 반환함.
Map.Entry<K, V> floorEntry(K key)	해당 맵에서 전달된 키와 같거나, 전달된 키보다 작은 키 중에서 가장 큰 키와 그에 대응하는 값의 엔트리를 반환함. 만약 해당하는 키가 없으면 null을 반환함.
K floorKey(K key)	해당 맵에서 전달된 키와 같거나, 전달된 키보다 작은 키 중에서 가장 큰 키를 반환함. 만약 해당하는 키가 없으면 null을 반환함.
V get(Object key)	해당 맵에서 전달된 키에 대응하는 값을 반환함. 만약 해당 맵이 전달된 키를 포함한 매핑을 포함하고 있지 않으면 null을 반환함.
SortedMap<K, V> headMap(K toKey)	해당 맵에서 전달된 키보다 작은 키로 구성된 부분만을 반환함.
Map.Entry<K, V> higherEntry(K key)	해당 맵에서 전달된 키보다 작은 키 중에서 가장 큰 키와 그에 대응하는 값의 엔트리를 반환함. 만약 해당하는 키가 없으면 null을 반환함.
K higherKey(K key)	해당 맵에서 전달된 키보다 작은 키 중에서 가장 큰 키를 반환함. 만약 해당하는 키가 없으면 null을 반환함.
Set<K> keySet()	해당 맵에 포함되어 있는 모든 키로 만들어진 Set 객체를 반환함.
Map.Entry<K, V> lastEntry()	해당 맵에서 현재 가장 큰(마지막) 키와 그에 대응하는 값의 엔트리를 반환함.
K lastKey()	해당 맵에서 현재 가장 큰(마지막) 키를 반환함.
Map.Entry<K, V> lowerEntry(K key)	해당 맵에서 전달된 키보다 큰 키 중에서 가장 작은 키와 그에 대응하는 값의 엔트리를 반환함. 만약 해당하는 키가 없으면 null을 반환함.
K lowerKey(K key)	해당 맵에서 전달된 키보다 큰 키 중에서 가장 작은 키를 반환함. 만약 해당하는 키가 없으면 null을 반환함.
Map.Entry<K, V> pollFirstEntry()	해당 맵에서 현재 가장 작은(첫 번째) 키와 그에 대응하는 값의 엔트리를 반환하고, 해당 엔트리를 맵에서 제거함.
Map.Entry<K, V> pollLastEntry()	해당 맵에서 현재 가장 큰(마지막) 키와 그에 대응하는 값의 엔트리를 반환하고, 해당 엔트리를 맵에서 제거함.
V put(K key, V value)	해당 맵에 전달된 키에 대응하는 값으로 특정 값을 매핑함.
V remove(Object key)	해당 맵에서 전달된 키에 대응하는 매핑을 제거함.
boolean remove(K key, V value)	해당 맵에서 특정 값에 대응하는 특정 키의 매핑을 제거함.
V replace(K key, V value)	해당 맵에서 전달된 키에 대응하는 값을 특정 값으로 대체함.
boolean replace(K key, V oldValue, V newValue)	해당 맵에서 특정 값에 대응하는 전달된 키의 값을 새로운 값으로 대체함.
int size()	해당 맵의 매핑의 총 개수를 반환함.
SortedMap<K, V> subMap(K fromKey, K toKey)	해당 맵에서 fromKey부터 toKey까지로 구성된 부분만을 반환함. 이때 fromKey는 포함되나, toKey는 포함되지 않음.
SortedMap<K, V> tailMap(K fromKey)	해당 맵에서 fromKey와 같거나, fromKey보다 큰 키로 구성된 부분만을 반환함.

 

 

9. 참고

 

[Java] Java Collection 구조 정리

 

 

[Java] 자바 컬렉션 프레임워크(List, Set, Map) 총정리

 

코딩교육 티씨피스쿨