[정리]Java Chapter 11 컬렉션 프레임윅과 유용한 클래스

1. 컬렉션 프레임웍

컬렉션 프레임웍이란?

: 데이터 군을 저장하는 클래스들을 표준화한 설계

 

(1)컬렉션 프레임웍의 핵심 인터페이스 : List, Set, Map

 컬렉션 프레임웍에서는 컬렉션을 크게 3가지 타입이 존재하다고 인식, 각 컬렉션을 다루는데 필요한 기능을 가진 3개의 인터페이스를 정의

인터페이스 List와 Set의 공통된 부분을 다시 뽑아서 새로운 인터페이스인 Collection을 추가로 정의

 

1. Collection인터페이스

Collection인터페이스는 컬렉션 클래스에 저장된 데이터를 읽고, 추가하고 삭제하는 등 컬렉션을 다루는 데 가장 기본적인 메서드를 정의

 

메소드	설  명
boolean add(Object) boolean addAll(Collection)	지정된 객체(o) 또는 Collection(c) 의 객체들을  Collection에 추가한다.
void clear()	Collection의 모든 객체를 삭제한다
boolean contains(Object) boolean containsAll(Collection)	지정된 객체(o) 또는 Collection(c) 의 객체들이 Collection에 포함되어 있는지 확인한다.
int hashCode()	Collection의 hash Code를 반환한다
boolean isEmpty()	Collection이 비었는지 확인한다.
Iterator iterator()	Collection의 Iterator를 얻어서 반환하다.
boolean remove(Object)	지정된 객체를 삭제한다
boolean removeAll(Collection)	지정된 Collection에 포함된 객체들을 삭제한다
boolean retainAll(Collection)	지정된 Collection에 포함된 객체만을 남기고 다른 객체들을 Collection에서 삭제한다. 이 작업으로 인해 Collection에 변화가 있으면 true 그렇지 않으면 false를 반환한다.
int size()	Collection에 저장된 객체의 개수를 반환한다.
Object[] toArray()	Collection에 저장된 객체를 객체배열로 반환한다.
Object[] toArray(Object[] a)	지정된 배열에 Collection의 객체를 저장해서 반환한다.

 

 

2. List인터페이스

⦁중복을 허용

⦁저장순서가 유지

- ArrayList, LinkedList, Vector, Stack

 

3. Set인터페이스

⦁중복 허용x

⦁저장순서가 유지 x

-HashSet, TreeSet

 

4. Map인터페이스

⦁키와 값을 하나의 쌍으로 묶어서 저장

⦁키는 중복x, 값은 중복 허용

⦁기존에 저장된 데이터와 중복된 키와 값을 저장하면 기존의 값은 없어지고 마지막에 저장된 값이 남음

- Hashtable, HashMap, LinkedHashMap, SortedMap, TreeMap

 

5. Map,Entry

⦁Map인터페이스의 내부 인터페이스

-내부인터페이스?

: 내부클래스처럼 인터페이스도 인터페이스 안에 인터페이스를 정의하는 내부 인터페이스를 정의 할 수 있음

Map에 저장되는 키-값 쌍을 다루기 위해 내부적으로 Entry인터페이스를 정의해 놓음

(2) 동기화

멜티쓰레드 프로그래밍에서는 하나의 객체를 여러 쓰레드가 동시에 접근 가능

→ 데이터의 일관성을 유지하기 위해 동기화 필요

구버전의 클래스의 경우 자체적 동기화처리가 되어있음 : 불필요한 기능으로 성능저하 유발

 

따라서 신버전의 클래스의 경우 필요한 경우 java.util.Collection클래스의 동기화 메서드를 이용해서 동기화 처리  

코드상 구현은

(3) Vector와 ArrayList

 

공통점	-List인터페이스를 구현(저장순서유지, 중복허용)  -데이터의 저장공간으로 배열 사용
차이점	-vector는 멀티쓰레드에 대한 동기화가 되어있으나 ArrayList는 그렇지 않다.

 

-Object배열을 이용해서 데이터를 순차적으로 저장 (인덱스의 개념은 c와 동일)

 

⦁protected : 상속시 자손클래스에서 접근이 가능하도록 하기 위해

⦁Object : 모든 종류의 객체를 포함할 수 있다

⦁ elementData[]; : 맴버변수

 

-ArrayList는 removeRange()를 제외한 모든 메서드가 Vector의 메서드와 일치

 

<ArrayList 예제>

⦁for문을 이용한 list1과 list2의 공통 요소 삭제 : list2.size()-1부터 감소하는 방식

 Why? 카운터를 증가하면서 삭제할 경우, 삭제될 때마다 빈공간을 채우기위해 자리이동을 해야 한다. 따라서 편리성과 효율성을 위해 감소하는 방식을 선택

Vector의 크기와 용량

위의 코드의 과정을 그림으로 보면,

- capacity가 5인 vector인스턴스 v를 생성하고 3객의 객체를 저장

- v.trimToSize()를 호출시, v의 빈공간을 없애서 size와 capacity를 같게한다.

배열은 크기를 변경할 수 없기 때문에 새로운 배열을 생성해서 그 주소값을 변수 v에 할당

기본의 Vector인스턴스는 더 이상 사용불가 → 카비지컬레터에 의해 메모리에서 제거

- v.ensureCapacoty(6)는 v의 capacity가 최소한 6이 되도록 한다.

만일 v의 capacity가 6이상이라면 아무일도 일어나지 않는다.

이 역시 기존 인스턴스가 아닌 새로운 인스턴스를 생성하였다.

- v.setSize(7)는 v의 사이즈가 7이 되도록 한다.

만일 v의 capacity가 충분하면 새로 인스턴스를 생성할 필요 없다.

Vector는 capacity가 부족할 경우 기존의 크기보다 2배의 크기로 증가된다.

-v.clear()로 v의 모든 요소 삭제

⟹ 배열을 이용한 자료구조는 용량을 변경해야 할 때는 새로운 배열을 생성한 후 기존의 배열로부터 새로 생성된 배열로 데이터를 복사해야하기에 처음에 인스턴스 생성 시, 저장할 데이터의 개수를 잘 고려하여 충분한 용량의 인스턴스를 생성하는 것이 좋다.

 

 

Vector의 객체 삭제

 

Deep Copy & Shallow Copy

Deep Copy

⦁깊은 복사

⦁원본과 같은 데이터를 저장하고 있는 새로운 객체나 배열을 생성

⦁원본 의 데이터가 바뀌다 할지라도 복사본은 완전히 독립적인 객체이므로 전혀 영향을 받지 않는다.

 

public Object[] toArray() { Object[] result = new Object[size]; System.arraycopy(data,0,result,0,size);   return result; }

 

 

Shallow Copy

⦁얕은 복사

⦁단수히 참조만 복사하는 것

⦁원본이 변경되면 복사본도 같이 변경

public Object[] toArray { return data; }

 

 

 

(4) LinkedList

 

배열의 장단점
장점	가장 기본적인 형태의 자료구조, 간단한 구조, 쉬운 사용, 데이터를 읽어오는 시간이 가장 빠름
단점	1. 크기를 변경할 수 없다. 2. 비순차적인 데이터 추가 또는 삭제에 시간이 많이 걸린다.

 

이런 단점 보완을 위해 LinkedList 개발

 

■ 링크드리스트

링크드리스트는 불연속적으로 존재&데이터를 서로 연결한 형태로 구성

 

링크드리스트 노드의 기본구성

class Node { Node next; //다음요소의 주소를 저장 Object obj; // 데이터를 저장 }

 

 

⦁링크드리스트의 삭제

삭제하고자 하는 요소의 이전요소가, 삭제하고자 하는 요소의 다음요소를 참조하도록 변경 단, 하나의 참조만 변경하면 삭제가 이루어짐

⦁링크드리스트의 추가

새로운 요소 생성, 추가하고자하는 위치의 이전 요소의 참조를 새로운 요소에 대한 참조로 변경, 새로운 요소가 그 다음 요소를 참조하도록 변경

■ 더블 링크드리스트

⦁링크드리스트는 이동방향이 단방향이게 이전요소에 대한 접근이 어려움

⦁단순히 링크드리스트에 참조변수를 하나 더 추가하여 다음요소에 대한 참조뿐 아니라 이전 요소에 대한 참조가 가능하도록 함

 

더블 링크드리스트 노드의 기본 구성

class Node { Node next; //다음요소의 주소를 저장 Node previous; // 이전요소의 주소를 저장 Object obj; // 데이터를 저장 }

 

 

■더블 써큘러 링크드리스트

⦁더블 링크드리스트의 첫 번째 요소와 마지막 요소를 서로 연결

 

⟹ 배열 < 링크드리스트 < 더블 링크드리스트 < 더블 써큘러 링크드리스트

 

LinkedList 클래스

LinkedList도 List인터페이스를 구현했기에 ArrayList와 유사

그러나 이 두 클래스를 비교해보자면,

⦁순차적으로 추가/삭제하는 경우 ArrayList가 더 빠르다

⦁중간 데이터를 추가/삭제하는 경우 LinkedList가 더 빠르다.

⦁접근시간은 ArrayList가 더 빠르다.

배열의 경우, n번째 원소의 값을 얻어오려면

 

n번째 데이터의 주소 = 배열의 주소+n*데이터 타입의 크기

 

 

 

(5)Stack과 Queue

스택

⦁LIFO : 마지막에 저장한 데이터를 가장 먼저 꺼낸다

⦁동전통 구조

⦁ArrayList와 같은 배열기반 컬렉션이 적함

 

큐

⦁FIFO : 처음에 저장한 데이터를 가장 먼저 꺼낸다.

⦁파이프 구조

⦁LinkList로 구현하는 것이 적합

(6) Enumeration, Iterator, Listlterator

컬렉션에 저장된 요소를 접근하는데 사용되는 인터페이스

 

1. Iterator

⦁컬렉션 프레임웍은 컬렉션에 저장된 요소들을 읽어오는 방법을 표준화

⦁컬렉션에 저장된 각 요소에 접근하는 기능을 가진 Iterator인터페이스를 정의, Collection인터페이스에는 Iterator를 반환하는 iterator()를 정의

 

public interface Iterator { boolean hasNext(); Object next(); void remove(); }   public interface Collection { ... public Iterator iterator(); ... }

 

⦁iterator()는 Collection인터페이스의 자손인 List,Set에도 포함

- List클래스는 저장순서를 유지

- Set클래스는 저장순서 유지 안함

 

⦁Iterator와 같은 공통 인터페이스를 정의해서 표준을 정의하고 구현하여 따르는 것은 코드의 일관성을 유지하고 재사용성을 극대화하기에 긍정적!

 

⦁Map인터페이스를 구현한 컬렉션 클래스는 키와 값을 쌍으로 저장하기에 keySet()이나 entrySet()과 같은 메서드를 통해서 키와 값을 각각 따로 Set의 형태로 얻어 온 후에 다시 iterator()를 호풀해야 Iterator를 얻을 수 있다.

2. Enumeration과 ListLterator

Enumeration : Iterator의 구버전

ListIterator : Iterator를 상속받아 기능 추가, 양방향으로 이동가능,List인터페이스 구현 컬렉션만 사용가능

 (7)HashSet

⦁Set인터페이스를 구현한 가장 대표적인 컬렉션

⦁중복요소를 저장하지 않는다 → add()나 addAll()메서드 구현시 중복요소가 있는지 확인 후, 없을 경우 추가된다.

⦁저장순서를 유지하고 싶을 경우,LinkedHashSet 사용

 

HashSet의 add메서드는 새로운 요소를 추가하기 전에 기존에 저장된 요소와 같은 것인지 판별하기 위해 추가하려는 요소의 equals()와 hashCode()를 호출하기 때문에 equals()와 hashCode()의 목적에 맞게 오버라이딩해야한다.

⦁이름과 나이가 같으면 같은 사람으로 인식되어야하는데 결과 값을 보면 두 인스턴스의 이름과 나이가 같더라도 서로 다른 것으로 인식한다.

→ Solution : 오버라이딩!

⦁Person2클래스에서 두 인스턴스의 이름과 나이가 서로 같은 true를 반환하도록 equals()를 오버라이딩하였다.

⦁hashCode()는 String클래스의 hashCode()를 이용해 구현

⦁오버라이딩을 통해 작성된 hashCode()메서드는 세가지 조건을 만족해야한다

1. 동일한 객체에 대해 여러 번 hashCod()를 호출해도 동일한 int값을 반환해야한다.

⦁ hashCode1과 hashCode2의 값을 항상 일치해야함

⦁hashCode3의 경우 맴버변수의 값이 변경되었기에 이에 관계없다

 

2.equals()메서드를 이용한 비교에 의해서 true를 얻은 두 객체에 대해 각각 hashCode()를 호출해서 얻은 결과는 반드시 같아야 한다.

⦁p1과 p2에 대해서 equals()메서드를 이용한 비교의 결과인 변수 b가 true라면, hashCode1과 hashCode2가 같아야한다.

 

3.equals()메서드로 호출했을 때 false를 반환하는 두객체는 hashCode() 호출에 대해 같은 int값을 반환하는 경우가 있어도 괜찮지만, 해싱을 사용하는 컬렉션의 성능을 향상시키기 위해서는 다른 int값을 반환하는 것이 좋당

 

(8)TreeSet

⦁이진검색트리를 이용한 데이터를 저장하는 컬렉션 클래스

⦁정렬,검색,범위검색에 뛰어남

⦁TreeSet의 경우 이진검색트리의 성능을 향상시킨 레드-블랙 트리로 구현

⦁Set인터페이스를 구현 : 중복저장 안함 , 저장순서 유지 안함

 

 

■이진트리 

: 여러 개의 노드가 서로 연결된 구조

각 노드에 최대 2개의 노드를 연결할 수 있음

루트라고 불리는 하나의 노드에서부터 시작해서 계속 확장해나감

 

 

이진트리의 노드

class TreeNode { TreeNode left; //왼쪽 자식노드 Object element; // 객체를 저장하기 위한 참조변수 TreeNode right; //오른쪽 자식노드 }

 

 

■이진검색트리

: 부모노드의 왼쪽에는 부모노드의 값보다 작은 값의 자식노드를,

오르쪽에는 큰값의 자식노드를 저장하는 이진트리

 

 

⦁트리는 순차적으로 저장이 되지 않기에 노드의 추가 삭제에 시간이 걸린지만, 검색과 정렬에 유리하다.

⦁범위 검색 : subSet()을 이용

 

System.out.println("result1 : " +set.subSet(from,to); //String from = "b"; //String to = "d";

result1 : [bat, car]

 

시작범위는 포함되지만 끝 범위는 포함되지 않는다.

만약 끝범위(d)로 시작하는 단어도 포함하려면,끝 범위에 'zzz'와 같은 문자열을 붙여라

 

System.out.println("result2 : " +set.subSet(from,to+"zzz"));

result2 : [bat, car, dZZZ, dance, disc]

 

- dZZZ가 dance보다 앞에 정렬된 이유 : 대문자가 소문자보다 우선하기에

→대소문자가 섞이면 다른 범위검색결과을 얻기에 하나로 통일하는 것이 좋다

 

⦁문자열의 경우

오름차순 정렬 : 코드값의 크기가 작은 순에서 큰순으로, 공백-숫자-대문자-소문자 순

내림차순 정렬 : 이 반대

 

(9)Comparator와 Comparable

⦁객체를 정렬함에 있어 필요한 메서드를 정의

- Comparable의 경우 ,같은 타입의 인스턴스끼리 서로 비교가능한 클래스, 오름차순,정렬가능

⦁compareTo() : 반환값 int, 두 객체가 같으면 0, 비교값보다 작으면 음수, 크면 양수 반환

⦁compare() : 객체를 비교해서 음수,0,양수 중 하나를 반환하도록 구현

 

(10)Hastable과 HashMap

⦁Hastable < HashMap

⦁Map인터페이스를 구현

-키와 값을 묶어서 하나의 데이터로 저장함

-해싱을 사용 → 다량의 데이터를 검색하는데 뛰어남

⦁Entry라는 내부클래스를 정의하여 키와 값을 하나의 클래스로 정의

⦁이를 하나의 Entry타입의 배열로 선언하여 사용

→ 데이터의 무결성적 측면에서 효율적

⦁HashMap은 키와 값을 Object타입으로 저장 → 어떤 객체도 저장가능

⦁HashMap에 저장된 데이터를 하나의 키로 검색했을 때 결과가 단 하나이여야 한다.

ex. ID를 키로 비밀번호를 값으로 연결한 데이터집합이 있다고 가정

⦁HashMap을 생성하고 데이터를 저장하는 코드

⦁3개의 데이터 쌍을 저장했지만 실제로 2개만 저장된 이유 → 중복된 키가 존재

 

⦁entrtSet()를 이용해 키와 값을 함께 읽을 수도 있고, keySet()이나 values()를 이용해서 키와 값을 따로 읽을 수 도 있다.

⦁HashMap은 데이터를 키와 값을 모두 Object타입으로 저장하기 때문에 HashMap의 값으로 HashMap을 다시 저장할 수 있다. → 하나의 키에 다시 복수의 데이터를 저장

ex.전화번호부 구현 코드에서 그룹을 만들고, 그룹안에 다시 이름과 전화번호를 저장

⦁문자열 배열에 담긴 문자열을 하나씩 읽어서 HashMap에 키로 저장, 값을 1로 저장

containKeys()로 확인하여 이미 저장되어 있는 문자열이면 값을 1증가

pritBar()를 이용해 그 결과를 그래프로 표현

→ 문자열 배열에 담기 문자열들의 빈도수를 구할 수 있다

 

■해싱

⦁해시함수를 이용해서 데이터를 해시테이블에 저장하고 검색하는 기법

⦁배열과 링크드리스트의 조함

⦁저장할 데이터의 키를 해시함수에 저장, 배열의 한요소로 인식, 다시 그곳에 연결되어있는 링크드리스트에 저장

⦁키를 이용하여 해시테이블로부터 데이터 가져오기

⦁하나의 링크드리스트에 많은 데이터가 저장된 형태 < 많은 링크트리스트에 하나의 데이터만 저장된 형태 : 더 빠른 검색결과을 얻어옴

⦁Object에 정의된 hashCode()를 해시함수로 사용하여 해시코드를 얻는 것이 중복없이 해시코드를 얻는 최적의 방법

⦁서로 다른 두객체에 대해 equals()로 비교한 결과가 true인 동시에 hashCode()의 반환값이 같아야 같은 객체로 인식(객체구별법)

⦁이미 존재하는 키에 대한 값을 저장하면 새로운 값으로 덮어씌여진다.

→ 새로운 클래스 정의시, equals()를 오라이딩해야한다면 hashCode()도 재정의해서 두 값을 결과가 항상 같도록 해야함

 

(11)TreeMap

⦁이진검색트리의 형태

⦁키와 값의 싸으로 이루어진 데이터를 저장

⦁검색과 정렬에 적합 (정렬시 오름차순이 기본)

⦁검색의 경우 HashMap이, 범위검색이나 정렬의 경우 TreeMap이 더 유용

 

(12)Properties

⦁HashTable을 상속받아 구현

⦁키와 값을 (String, String)의 형태로 저장하는 단순한 컬렉션 클래스

⦁어플리케이션의 환경설정과 관련된 속성을 저장하는데 사용

⦁데이터를 파일로부터 일고 쓰는 편리한 기능 제공

⦁간단한 입출력에 주로 사용

- setProperty() : 단순히 HashTable의 put메서드를 호출, 기존에 같은 키로 저장된 값이 있는 경우 그 값을 Object타입으로 반환 else null 반환

- getProperty() : Properties에 저장된 값을 읽어오는 일, 일어오려는 키가 존재하지 않을 경우 지정된 기본값을 반환

 

⦁출력순서와 저장순서는 무관

⦁Enumeration사용

⦁list메서드를 이용해 모든 데이터를 화면 또는 파일에 편리하게 출력

⦁외부파일(imput.txt)로부터 데이터를 입력받아 출력가능

⦁store() storeToXML를 이용해서 파일로 저장 가능

 

(13)컬렉션 클래스 정리 & 요약