컬렉션 프레임워크

컬렉션 프레임워크 (Collection Framework) 란

다수의 데이터를 쉽고 효과적으로 처리할 수 있는 표준화된 인터페이스와 클래스의 집합을 의미한다. 즉, 데이터를 저장하는 자료구조와 데이터를 처리하는 알고리즘을 구조화하여 클래스로 구현해 놓은 것.

컬렉션 프레임워크의 인터페이스와 클래스는 굉장히 다양하므로 자세한 내용은 공식문서 를 참고하고 여기서는 자주 사용하는 인터페이스와 구현체에 대해서만 작성한다.

주요 인터페이스와 상속 관계

컬렉션 프레임워크의 핵심 인터페이스는 다음과 같다.

• List
• Set
• Map

List와 Set은 Collection 인터페이스를 상속 받지만 Map은 구조상의 차이로 인해 그 자체가 최상위 인터페이스이다. 그래서 Map은 진정한 컬렉션은 아님에도 불구하고 컬렉션을 조작할 수 있는 컬렉션 보기 작업이 포함되어 있다.

출처 : tcpschool

주요 인터페이스와 구현체

인터페이스	설명	구현체
List	- 순서 있음 - 중복 허용	Vector, Stack, ArrayList, LinkedList 등
Set	- 순서 없음 - 중복 비허용	HashSet, TreeSet 등
Map<K, V>	- 키와 값을 한 쌍으로 이루는 데이터 집합 - 순서 없음 - 키 중복 비허용	Hashtable, Properties, HashMap, LinkedHashMap, TreeMap 등

Vector, Stack, Hashtable, Properties와 같은 클래스들은 컬렉션 프레임워크가 만들어지기 이전(JDK 1.2 이전)부터 존재하던 것이며, 기존의 컬렉션 클래스들과의 호환을 위해 설계를 변경해서 남겨뒀지만 가급적 사용하지 않는 것을 권장한다.

ArrayList

• 내부적으로 Object 배열을 이용해서 데이터를 순차적으로 저장한다. 기본 크기는 10
• 데이터를 순차적으로 저장하고 읽어올 때는 효율이 좋지만, 크기를 변경할 때 효율이 떨어진다.
• 다루는 데이터가 많을수록 중간에 데이터를 추가하거나 삭제할 때 시간이 오래 걸린다.

LinkedList

• 다루는 데이터가 많아도 중간에 데이터를 추가하거나 삭제하는 속도가 빠르다.
• ArrayList에 비해 데이터를 읽어오는 시간이 오래 걸린다.

Stack

• 마지막에 저장한 데이터를 가장 먼저 꺼내는 LIFO 구조. ArrayList와 같은 배열 기반의 컬렉션 클래스로 구현하는 것이 적합하다.
• 컬렉션 프레임워크가 만들어지기 이전부터 존재한 클래스로 Vector 클래스를 상속받아 구현되어 있다.
• 직접 구현하여 제공하고 있는 클래스로 new 키워드를 통해 객체를 생성할 수 있다.

Queue

• 처음에 저장한 데이터를 가장 먼저 꺼내게 되는 FIFO 구조. 처음에 저장한 데이터를 효율적으로 삭제하는 LinkedList로 구현하는 것이 적합하다.
• 인터페이스로 정의되어 있어 구현체를 이용해 객체를 생성해야 한다.
• PriorityQueue
  • Queue의 구현체 중 하나로 저장한 순서와 상관없이 우선순위가 높은 데이터부터 꺼낸다.
  • 힙 자료구조와 배열을 이용해 데이터를 저장한다.
  • 객체를 저장할 때는 각 객체의 우선순위를 비교할 수 있는 방법을 클래스에 구현해둬야 한다.
• Deque
  • 양쪽 끝에 데이터를 추가/삭제 하는 것이 가능하여 스택과 큐를 구현할 때 사용할 수 있다.
  • Queue의 자식 인터페이스로 구현체로는 LinkedList, ArrayDeque 등이 있다.

HashSet

HashSet에 객체를 저장할 때 올바르게 중복을 제거하여 저장하려면 객체에 equals 메서드와 hashCode 메서드를 오버라이딩해야 한다.

오버라이딩해서 구현한 hashCode 메서드는 3가지 조건을 충족시켜야 한다.

1. 동일한 객체의 hashCode 메서드를 호출하면 항상 같은 값이 반환되어야 한다.
2. equals 메서드로 비교한 결과가 true 인 두 객체의 hashCode 메서드 반환 값은 반드시 같아야 한다.
3. equals 메서드로 비교한 결과가 false 인 두 객체의 hashCode 메서드 반환 값은 다르도록 구현해야 해싱을 사용하는 컬렉션의 성능을 높일 수 있다.

TreeSet

• 이진 검색 트리라는 자료구조의 형태로 데이터를 저장한다.
• 정렬, 검색, 범위검색에 높은 성능을 보여주지만 데이터의 추가/삭제는 효율이 좋지 않다.
• TreeSet에 객체를 저장하려면 객체가 Comparable을 구현하거나 Comparator를 제공해서 객체를 비교할 수 있도록 해야한다.

HashMap

• 내부에 Entry 라는 내부 클래스가 선언되어 있으며 Entry 배열을 이용해 데이터를 관리한다.

해싱이란

해시함수를 이용해서 데이터를 해시테이블에 저장하고 검색하는 기법이다.
해시함수로 해시테이블에 데이터가 저장된 위치를 알 수 있다.
같은 위치에 여러개의 값이 저장될 수 있지만 성능이 좋지 않다.
가능하면 객체는 고유한 해시함수 반환값을 갖도록 하는 것이 성능에 좋다.

Properties

• Hashtable 을 상속받아 구현한 클래스
• (String, String) 형태로 데이터를 저장한다.
• 애플리케이션의 환경설정과 관련된 속성을 저장하는데 사용된다.

Enumeration, Iterator, ListIterator

컬렉션에 저장된 요소를 접근하는데 사용되는 인터페이스로, Enumeration은 Iterator의 구버전이며 ListIterator는 Iterator의 기능을 향상 시킨 것으로 List 인터페이스를 구현한 컬렉션에서만 사용할 수 있다.

Iterator는 단방향으로만 이동할 수 있지만 ListIterator는 양방향으로의 이동이 가능하다.

Comparable 과 Comparator

Comparable 인터페이스를 구현한 클래스는 같은 타입의 객체끼리 서로 비교할 수 있으며 기본적으로 오름차순으로 구현한다.

오름차순이 아닌 별도의 기준으로 정렬하려면 Comparator 인터페이스를 구현한 구현체를 만들고 사용할 때 Arrays.sort 메서드의 두번째 인자로 넘겨주면 된다.