[JAVA] Java Collection 정리

자바에서는 자료구조를 사용할 때, Collection이라는 객체를 이용한다.

Collection이라는 인터페이스를 기반으로 내부에 객체를 저장하고, 조작할 수 있느 구조를 제공하고 있으며, Collection 인터페이스를 기반으로 만들어지기 때문에 Java Collection Framework라고 명명하고 있다.

Iterable 인터페이스와 Collection 인터페이스를 기반으로, List, Queue, Set이 존재하고, 그 외에도 Collection 인터페이스 기반은 아니지만, 데이터를 효율적으로 관리한다는 측면에서 일반적으로 Map도 함께 이야기되고 있다.

Collection 프레임워크의 경우 여러 가지 형태의 구현체로 만들어져 있기 때문에, 다양한 자료 구조의 특징을 알고 자신이 작성하고자 하는 프로그램에서 유용하거나 효율적인 자료구조가 어떤 것일지를 선택하는 것이 중요하다.

 

Java Collection Framework Hierarchy

Java Map Interface

 

각 인터페이스들은 인터페이스 하위의 구현체로 구현되고, Java 코드 내에서 사용하기 위해 인터페이스에 구현 객체를 생성하여 부여하는 식으로 사용된다. 아래의 코드는 Integer를 원소로 갖는 arraylist라는 이름의 List 인터페이스를 ArrayList를 이용하여 구현한다는 의미이다.

List<Integer> arraylist = new ArrayList<>();

이때, 다양한 프로그래밍을 하다 보면 인터페이스 자체는 동일하지만 구현체만 변경해 줘야 할 필요성이 있는 경우가 있다. 따라서 인터페이스와 구현체를 분리해 주는 것을 권장한다.

ArrayList<Integer> list1 = new ArrayList<>();
List<Integer> list2 = new ArrayList<>();

list1과 list2의 경우, 코드를 사용함에 있어서 구현상 차이는 존재하지 않는다. 하지만 성능을 측정해 본 결과, ArrayList가 아닌 LinkedList로 구현체를 변경할 필요가 있을 때, list2의 경우 인터페이스가 아닌 구현체 부분만 변경해 주면 되지만, list1의 경우 인터페이스와 구현체를 모두 변경해 주어야 한다. 따라서, 객체 지향프로그래밍에서의 가장 큰 장점인 확장성을 이용하지 못하게 되는 것이다. 따라서 객체지향 프로그래밍 언어의 대표격인 Java에서는 list2와 같이 구현하는 것을 권장하고 있다.

 

1. List

List 인터페이스는 순서가 존재하는 것이 가장 큰 특징이다. 각 구현체별 특징은 아래와 같다.

구현체	특징
ArrayList	단방향 포인터 구조로, 각 데이터에 대한 인덱스를 갖고 있기 때문에 데이터의 접근 연산에 유리하지만, 데이터의 삽입/삭제 연산의 경우 불리하다.
LinkedList	양방향 포인터 구조이기 때문에 데이터의 삽입/삭제 연산에 있어서 유리하지만 데이터의 인덱스는 존재하지 않기 때문에 데이터 접근 연산의 경우 불리하다.
Vector	ArrayList와 유사한 구현체이지만, Thread-safe하다.
Stack	자료 구조에서의 Stack을 의미한다. List 인터페이스에 포함되긴 하지만, Stack을 사용하는 경우를 제외하면 사용하지 않는다.

 

2. Queue

순서가 있는 데이터 중, 선입선출을 보장하는 리스트로 볼 수 있다.  Queue의 하위 인터페이스로 Deque가 존재하는데, Deque 인터페이스의 경우 양쪽에서 요소를 제거 및 추가할 수 있다. Deque는 ArrayQueue와 LinkedList 두 가지 구현체가 존재하는데, 이는 역시 Queue의 구현체로 사용될 수 있다. 각 구현체별 특징은 아래와 같다.

구현체	특징
PriorityQueue	우선순위 큐를 의미한다. Null 값이 들어갈 수 없다.
ArrayQueue	Deque 인터페이스의 구현체로, ArrayList와 유사한 특징을 갖고 있는 큐 자료구조이다.

 

3. Set

순서가 없는 데이터의 집합을 의미한다. 데이터의 중복을 허용하지 않는다. 위의 사진에서, Set이라는 인터페이스 하위에 SortedSet이라는 인터페이스가 존재하는 것을 볼 수 있는데, SortedSet의 경우 요소에 대한 순서를 제공하는 Set 자료구조를 의미한다. SortedSet의 경우 구현체로 TreeSet만 존재한다. Set의 구현체별 특징은 아래와 같다.

구현체	특징
HashSet	데이터의 저장을 위해 해시 테이블을 사용한다. 해싱을 통하여 요소를 저장한다.
LinkedHashSet	HashSet 클래스의 확장으로, LinkedList를 이용하여 구현된 HashSet을 의미한다. 따라서 삽입 순서를 알 수 있고, Null 요소도 삽입이 가능하다.
TreeSet	Set의 저장을 위해 트리를 사용한다. 액세스 및 검색 속도가 매우 빠르다는 특징이 있다.

 

4. Map

키-밸류 쌍을 기반으로 데이터를 저장하는 자료 구조를 의미한다. 키의 경우 중복을 허용하지 않고, 밸류의 경우 중복이 가능하다. 맵은 일반적으로 키를 기반으로 밸류를 검색/갱신/삭제해야 하는 경우에 유용하게 사용될 수 있다. Map의 하위 인터페이스로 SortedMap이 존재하는데, 키 값에 대한 순서가 존재하는 Map 자료구조를 의미한다. SortedMap의 경우 구현체로 TreeMap만 존재한다. Map의 구현체별 특징은 아래와 같다.

구현체	특징
HashMap	데이터의 저장을 위해 해시 테이블을 사용한다. 키 값의 해싱을 통하여 밸류를 저장한다.
LinkedHashMap	HashMap 클래스의 확장으로, LinkedList를 이용하여 구현된 HashMap을 의미한다. 따라서 삽입 순서를 알 수 있다.
TreeMap	Map의 저장을 위해 트리를 사용한다. 오름차순을 유지한다.

 

참고문헌

- https://www.javatpoint.com/collections-in-java

- https://www.javatpoint.com/java-map