자바의 자료구조 - 컬렉션 프레임워크(Collection Framework)

📌 들어가며

 모든 프로그래밍 언어에는 데이터 값들을 다루기 위한 '자료구조'가 존재합니다. 컴퓨터 과학에서의 '자료구조'는  효율적인 접근 및 수정을 가능케 하는 자료의 조직, 관리, 저장을 의미한다. 더 정확히 말해, 자료 구조는 데이터 값의 모임, 또 데이터 간의 관계, 그리고 데이터에 적용할 수 있는 함수나 명령을 의미한다.

 

오늘 해당 포스팅에서는 자바 언어에서 자료구조에 대해 살펴보도록 하겠습니다.

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📌 자바 컬렉션 프레임워크(Java Collection Framework)

자바에서는 배열(Array)를 사용해서 값을 저장하고 해당 값들을 계산할 수 있습니다. 이러한 배열은 기본 타입뿐만 아니라 클래스 타입의 배열도 만들 수 있기 때문에 객체 저장소로 사용될 수 있습니다. 하지만 배열은 선언 시 정한 크기(저장 용량)을 변경할 수 없고, 항목을 저장, 삭제, 추가하는 메소드가 없기 때문에 직접 인덱스를 사용해야 합니다. 이러한 불편함들은 배열을 사용하여 데이터를 처리하기 힘들게 만들기 때문에 자바는 컬렉션 프레임워크(Collection Framework)를 제공합니다.

 

널리 알려져 있는 자료구조(Data Structure)를 사용해서 객체들을 효율적으로 추가, 삭제, 검색할 수 있도록 인터페이스와 구현 클래스를 java.util 패키지에서 제공합니다. 이들을 총칭해서 컬렉션 프레임워크 라고 부릅니다.

 

컬렉션 : 객체의 저장

프레임워크 : 사용 방법을 정해놓은 라이브러리

 

실제로 컬렉션 프레임워크는 사용 방법을 정의한 인터페이스와 실제 객체를 저장하는 다양한 컬렉션 클래스 (구현 클래스) 들을 제공합니다. 컬레션 프레임워크의 주요 인터페이스로 List, Set, Map 이 있습니다. 아래의 그림은 이들 인터페이스로 사용 가능한 컬렉션 클래스(구현 클래스)를 보여줍니다.

 

Collection Framework

 

📌 List

List 컬렉션은 배열과 비슷하게 객체를 인덱스로 관리합니다. 배열과의 차이점은 저장 용량이 자동으로 증가하며 객체를 저장할 때 자동 인덱스가 부여된다는 것입니다. 그리고 추가, 삭제, 검색을 위한 다양한 메소드들이 제공됩니다.

• 중복이 허용되면서 저장순서가 유지되는 구조를 제공
• 구현 클래스로는 Vector, ArrayList, LinkedList 가 있으며  ArrayList가 가장 널리 사용됩니다.
•  

주요 메서드는 다음과 같습니다. 

List<String> list = ...;
list.add("홍길동") // 맨 끝에 객체 추가
list.add(1, "김철수"); // 지정된 인덱스에 객체 삽입
String str = list.get(1); //인덱스로 객체 검색
list.remove(0); // 해당 인덱스의 객체 삭제
list.remove("김철수"); // 해당 객체 삭제
list.size() // 현재 저장되어 있는 객체 수를 리턴합니다.

//리스트 반복문 활용
for(int i=0; i<list.size(); i++){
	String str = list.get(i);
}

for(String str : list){
}

 

 

📌 ArrayList

ArrayList 는 List 인터페이스의 대표적인 구현 클래스입니다. 실무에서도 가장 많이 쓰이는 구현 클래스입니다.

List<String> list = new ArrayList<String>();
List<String> list = new ArrayList<>();

두 개의 코드 모두 String 을 저장하는 ArrayList 객체를 생성합니다. 다만, 두번째 코등와 같이 ArrayList의 E 타입 파라미터를 생략하면 왼쪽 List에 지정된 타입을 따라가므로 아래와 같이 사용하는 것을 추천드립니다.

 

• ArrayList 에 객체를 추가하면 0 번 인덱스부터 차례대로 저장됩니다.
• ArrayList에서 특정 인덱스의 객체를 제거하면 바로 뒤 인덱스부터 마지막 인덱스까지 1칸씩  앞으로 당겨집니다. 
• ArrayList에서 특정 인덱스의 객체를 삽입하면 해당 인덱스부터 마지막 인덱스까지 모두 1칸씩 밀려납니다. 
• ➡ 이로 인해 객체의 빈번한 삽입과 삭제가 필요하다면 LinkedList를 사용하는 것이 더 좋습니다.

 

📌 Vector

Vector는 사실 이번에 컬렉션 프레임워크를 접해보면서 처음 알게 되었습니다. 그만큼 실무에서는 잘 활용하지 않는 것 같은데 그래도 특징들을 간단하게 알아보고 가겠습니다.

List<E> list = new Vector<E>();
List<E> list = new Vector<>();

ArrayList 와 다른 점은 Vector는 동기화된 메소드로 구성되어 있기 때문에 멀티 스레드가 동시에 Vector의 메소드들을 실행할 수 없고, 하나의 스레드가 메소드 실행을 완료해야만 다른 스레드가 메소드를 실행할 수 있다는 것입니다.  그래서 멀티 스레드 환경에서 안전하게 객체를 추가, 삭제할 수 있습니다. 이것을 스레드 안전 하다고 표현합니다.

 

📌 LinkedList

LinkedList는 또 다른 List의 구현 클래스이기 때문에 ArrayList와 사용 방법은 똑같은데 내부 구조가 완전히 다릅니다. ArrayList는 내부 배열에 객체를 저장해서 관리하지만 LinkedList는 인접 참조를 링크해서 체인이 엮인것과 같은 형태로 관리합니다. 

 

그러므로 특정 인덱스의 객체를 제거하면 앞뒤 링크만 변경되고 나머지 링크는 변경되지 않습니다. 특정 인덱스에 객체를 삽입할 때에도 마찬가지입니다. 

List<E> list = new LinkedList<E>();
List<E> list = new LinkedList<>();

이로 인해 마지막 인덱스부터(순차적으로) 추가 또는 삭제하는 경우는 ArrayList 가 빠르지만, 중간에 추가, 삭제하는 경우는 앞뒤 링크 정보만 변경하므로 되는 LinkedList가 더 빠릅니다. 

구분	순차적으로 추가/삭제	중간에 추가/삭제	검색
ArrayList	빠르다	느리다	빠르다
LinkedList	느리다	빠르다	느리다

 

📌 Set 컬렉션 

Set 컬렉션은 List와 유사하지만 중복이 허용되지 않고 저장 순서가 유지되지 않습니다. 

구현 클래스로는 HashSet, LinkedHashSet, EnumSet, TreeSet, CopyOnWriteArraySet 등이 있으며 HashSet이 가장 많이 사용됩니다. 

Set<String> set = ...;
set.add("홍길동");  //객체 추가
set.add("김철수");
set.remove("홍길동"); //객체 삭제

Set 컬렉션은 인덱스로 객체를 검색해서 가져오는 메소드가 없고 전체 객체를 대상으로 한 번씩 반복해서 가져오는 반복자를 제공합니다. 반복자는 Iterator 인터페이스를 구현한 객체를 말하는데, iterator() 메소드를 호출하면 얻을 수 있습니다.

Set<String> set = ...;
Iterator<String> iterator = set.iterator();

리턴 타입	메소드	설명
boolean	hasNext()	가져올 객체가 있으면 true를 리턴하고 없으면 false 를 리턴합니다.
E	next()	컬렉션에서 하나의 객체를 가져옵니다.
void	remove()	Set 컬렉션에서 객체를 제거합니다.

Iterator 에서 하나의 객체를 개져올때는 next() 를 통해 가져오는데 값이 있는지 hasNext()로 확인하고 가져오면 좋습니다.

Set<String> set = ...;
Iterator<String> iterator = set.iterator();
while(iterator.hasNext()){
	//String 객체 하나를 가져옴
    String str = iterator.next();
}

 

📌 Map 컬렉션 

Map 컬렉션은 키 와 밸류로 구성된 Map.Entry 객체를 저장하는 구조를 가지고 있습니다.  Entry는 Map 인터페이스 내부에 선언된 중첩 인터페이스입니다. 여기서 키와 갑슨 모두 객체입니다.

 

키는 중복 저장될 수 없지만 값은 중복 저장될 수 있습니다. 만약 기존에 저장된 키와 동일한 키로 값을 저장하면 기존의 값은 없어지고 새로운 값으로 대체됩니다. 

 

Map<String, Integer> map = ...;
map.put("홍길동" , 30); //객체 추가
int score = map.get("홍길동"); //객체 찾기
map.remove("홍길동");  //객체 삭제

 

저장된 객체를 대상으로 하나씩 얻고 싶을 경우에는 두가지 방법이 사용 가능합니다.

 

첫번째는 keySet() 메소드를 사용하는 것이고 두 번째는 entrySet() 메소드를 사용하는 방법입니다. 

Map<K, V> map = ...;
Set<K> keySet - map.keySet();
Iterator<K> keyIterator = keySet.iterator();

while(keyIterator.hasNext()){
	K key = keyIterator.next();
    V value = map.get(key);
}

Set<Map.Entry<K, V>> entrySet = map.entryset();
Iterator<Map.Entry<K, V>> entryIterator = entrySet.iterator();

while(entryIterator.hasNext()){
	Map.Entry<K, V> entry = entryIterator.next();
    K key = entry.getKey();
    V value = entry.getValue();
}

 

 

참고: 책  -  혼자 공부하는 자바

https://st-lab.tistory.com/142 

자바 [JAVA] - 자바 컬렉션 프레임워크 (Java Collections Framework)