열여덟번째날[컬렉션 프레임워크]

목차

1. 컬렉션 프레임워크 소개(자료구조)
2. List 컬렉션
3. Set 컬렉션
4. Map컬렉션
5. 검색 기능을 강화한 컬렉션
6. LIFO와 FIFO 컬렉션
7. 동기화된(synchronized) 컬렉션
8. 동시실행(concurrent) 컬렉션

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컬렉션 프레임워크 소개 : 자료구조

컬렉션 프레임워크(Collection Framework) 의미

* 컬렉션: (사전적 의미) 객체(요소)를 수집해 저장하는 것

* frame : 틀, 골격

* work : 작업

➡️ 객체를 수집해 저장하는 것을 틀에 짜여진대로 작업 하는 것

 

* 배열의 문제점 : 여러개의 객체를 효율적으로 추가,검색,삭제 할때 배열이 가장 간단한 방법이지만..

- 저장할 수 있는 객체 수가 배열을 생성할 때 결정 ➡️ 불특정 다수의 객체를 저장하기에 문제 (개수를 모를때 문제)

- 객체 삭제했을 때 해당 인덱스가 비게 됨 ➡️ 낱알 빠진 옥수수 같은 배열, 객체를 저장하려면 어디가 비어있는지 확인해야 함

 

컬렉션 프레임워크 

* 객체들을 효율적으로 추가, 삭제, 검색할 수 있도록 제공되는 컬렉션 라이브러리

* java.util 패키지에 포함

* 인터페이스를 통해서 정형화된 방법으로 다양한 컬렉션 클래스 이용

 

컬렉션 프레임워크의 주요 인터페이스

인터페이스 분류		특징	구현 클래스
Collection	List	- 순서를 유지하고 저장 - 중복 저장 가능	ArrayList Vector LinkedList
	Set	- 순서를 유지하지 않고 저장 - 중복 저장 안됨	HashSet TreeSet
Map		- 키와 값의 쌍으로 저장 - 키는 중복 저장 안됨	HashMap Hashtable TreeMap Properties

 

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List 컬렉션

* 특징 (배열과 유사함)

- 인덱스로 관리

- 중복해서 객체 저장 가능 : 동일한 번지가 참조됨

- null을 저장 : 해당 인덱스는 객체를 참조하지 않음

 

* 객체의 번지를 참조함 

 

* List 컬렉션의 주요 메소드

- E 타입 파라미터 : List 인터페이스가 제네릭 타입 : 구체적 타입은 구현 객체 생성할 때 결정됨

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ArrayList

* 객체를 추가하면 인덱스로 관리됨

* 인덱스 검색, 맨 마지막에 객체를 추가하는 경우 좋은 성능을 발휘함

 

* 저장용량

- 초기 용량 : 10 (따로 지정 가능)

- 저장 용량을 초과한 객체들이 들어오면 자동적으로 늘어남. 고정도 가능 : 배열과 차이점

List<String> list = new ArrayList<String>();	//용량 10
List<String> list = new ArrayList<String>(30);	//용량 30

 

* 객체 제거

- 바로 뒤 인덱스부터 마지막 인덱스까지 모두 앞으로 1씩 당겨짐

list.remove(인덱스번호);
list.remove(값);

 

list<String> list = new ArrayList<String>();	//컬렉션 생성
list.add("홍길동");				//컬렉션에 객체를 추가
String name = list.get(0);			//컬렉션에서 객체 검색, 제네릭이라 형변환X

 

* 고정된 객체들로 구성된 list를 생성할 때 : Arrays.asList(T ... a) 메소드

List<T> list = Arrays.asList("홍길동", "김자바");

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Vector

* Vector 생성

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

 

* 특징

- Vector는 스레드 동기화(synchronization) : 복수의 스레드가 동시에 Vector에 접근해 객체를 추가, 삭제하더라도 안전함

- 한 스레드가 동작하면 다른 스레드는 접근하지 못하도록 막기 때문에 : 이때문에 웹에서는 사용하지 않음

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LinkedList

* Linkedlist 생성

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

 

* 특징

- 인접 참조를 링크해서 체인처럼 관리

- 특정 인덱스에서 객체를 제거하거나 추가하게 되면 바로 앞뒤 링크만 변경

- 빈번한 객체 삭제와 삽입이 일어나는 곳에서는 ArrayList보다 좋은 성능을 가짐

인접 참조를 링크해서 체인처럼 관리

중간 객체를 제거할 경우, 앞뒤 링크의 수정이 일어나는 모습

 

* ArrayList와 LinkedList의 차이점

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

 

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Set 컬렉션

* Set 컬렉션 특징

- 수학의 집합에 비유

- 저장 순서가 유지되지 않음

- 객체를 중복 저장 불가

- 하나의 null만 저장 가능

set 컬렉션은 구슬 주머니와 같다

 

* Set 구현 클래스 : HashSet , LinkedHashSet, TreeSet

 

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

 

* Set 주요 메소드

 

* 전체 객체를 대상으로 한 번씩 반복해 가져오는 반복자(iterator) 제공

- 객체를 꺼내오는 메소드가 없음 : 순서가 없기 때문에, 몇번째 있는걸 꺼내! 라고 할 수 없음

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

 

* 반복자(Iterator) 인터페이스에 선언된 메소드

 

HashSet

* Set 인터페이스의 구현 클래스

생성 방법
Set<E> set = new HashSet<E>();
Set<String> set = new HashSet<String>();

 

* 특징

- 동일 객체 및 동등 객체는 중복 저장하지 않음

- 동등 객체 판단 방법 : hashcode가 같은지 판단 ➡️ equals로 판단 

- hashCode 리턴값 : Object 클래스의 hashcode() 메소드를 오버라이딩 ➡️ 리턴 값 :  비교할 필드명에 점 찍고, hashcode() 붙임

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Map컬렉션

* 특징

- 키(key)와 값(value)으로 구성된 Map.Entry 객체를 저장하는 구조

- 키와 값은 모두 객체

- 키는 중복될 수 없음 / 값은 중복될 수 있음

 

* Map 컬렉션 : HashMap, Hashtable, LinkedHashMap, Properties, TreeMap 등등

 

* 메소드 : Map 컬렉션에서 공통적으로 사용 가능한 메소드들

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

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HashMap

* 특징

- 키 객체는 hashCode()와 equals()를 재정의해 동등 객체가 될 조건을 정해야 함

- 키 타입은 String 많이 사용 : 문자열이 같을 경우 동등 객체가 될 수 있도록 hashCode()와 equals()메소드가 재정의되어 있기 때문

Map<String, Integer> map = new HashMap<String, Integer>();

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Hashtable

* 특징

- 키 객체 만드는 법은 HashMap과 동일

- Hashtable은 스레드 동기화(synchronization)가 된 상태 : 복수의 스레드가 동시에 접근해서 객체를 추가, 삭제 하더라도 안전

Map<String, Integer> map = new Hashtable<String, Integer>();

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Properties

* 특징

- 키와 값이 무조건 String 타입

- 프로퍼티(~.properties) 파일을 읽어 들일 때 주로 사용

 

* 프로퍼티(~.properties) 파일

- 옵션 정보, 데이터베이스 연결 정보, 국제화(다국어) 정보 기록 : 텍스트 파일로 활용

- 애플리케이션에서 주로 변경이 잦은 문자열을 저장 : 유지 보수를 편리하게 만들어줌

- 키와 값이 '=' 기호로 연결되어 있는 텍스트 파일 : ISO 8859-1 문자셋으로 저장 / 한글은 유니코드로 변환되어 저장

 

* 메소드

- load() : 프로퍼티 파일로부터 데이터를 읽기 위해 FileReader 객체를 매개값으로 받음

- Class의 getResource()  : 클래스 파일을 기준으로 상대 경로를 이용해서 프로퍼티 파일의 경로를 얻음. URL 객체로 리턴

- URL 객체의 getPath() : 파일의 절대 경로를 리턴

- getProperty() : 해당 키의 값을 얻음

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검색 기능을 강화한 컬렉션

* TreeSet : Set 컬렉션

* TreeMap : Map 컬렉션

* 이진 트리를 사용하기 때문에 검색 속도 향상

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이진 트리 구조

* 부모 노드와 자식 노드로 구성

- 왼쪽 자식 노드 : 부모 보다 작은 값

- 오른쪽 자식 노드 : 부모 보다 큰 값

 

* 정렬이 쉬움

- 오름 차순 : 왼쪽 ➡️ 부모 ➡️ 오른쪽

- 내림 차순 : 오른쪽 ➡️ 부모 ➡️ 왼쪽 

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TreeSet

* 특징

- 이진 트리를 기반으로 한 Set 컬렉션

- 왼쪽과 오른쪽 자식 노드를 참조하기 위한 두 개의 변수로 구성

TreeSet<E> treeSet = new TreeSet<E>();

 

* 주요 메소드

- 특정 객체를 찾는 메소드 : first(), last(), lower(), higher(), ...

- 정렬 메소드 : descendingIterator(), descendingSet()

- 범위 검색 메소드 : headSet(), tailSet(), subSet()

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TreeMap

* 특징

- 이진 트리를 기반으로 한 Map 컬렉션

- 키와 값이 저장된 Map.entry 저장

- 왼쪽과 오른쪽 자식 노드를 참조하기 위한 두 개의 변수로 구성

* 주요 메소드

- 단일 노드 객체를 찾는 메소드 : firstEntry(), lastEntry(), lowerEntry(), higherEntry(), ...

- 정렬 메소드 : descendingKeySet(), descendingMap()

- 범위 검색 메소드 : headMap(), tailMap(), subMap()

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Comparable과 Comparator

* TreeSet과 TreeMap의 자동 정렬

- TreeSet의 객체와 TreeMap의 키는 저장과 동시에 자동 오름차순 정렬

- 숫자(Integer, Double) 타입일 경우, 값으로 정렬

- 문자열(String) 타입일 경우, 유니코드로 정렬

- TreeSet과 TreeMap은 정렬을 위해 java.lang.Comparable을 구현한 객체를 요구함

: Integer, Double, String은 모두 Comparable 인터페이스 구현

: Comparable을 구현하고 있지 않을 경우, 저장하는 순간 ClassCastException 발생

 

- 사용자 정의 클래스에서 compareTo() 메소드를 오버라이딩하여 리턴값을 만들어내야 함

 

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LIFO와 FIFO 컬렉션

* LIFO : Last In First Out : 나중에 들어온 것이 먼저 나감 

* FIFO : First In First Out  : 먼저 들어온 것이 먼저 나감

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Stack

* 특징

- 나중에 들어온 것이 먼저 나가는 구조

- 응용 예 : JVM 스택 메모리

 

* 메소드

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Queue

* 특징

- 먼저 들어온 것이 먼저 나감

- 응용 예 : 작업 큐, 메시지 큐, ...

- 구현 클래스 : LinkedList

 

* 메소드

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동기화된(synchronized) 컬렉션

*비동기화된 컬렉션을 동기화된 컬렉션으로 래핑

* Collentions의 synchoronizedXXX() 메소드 제공

- Collections : 인터페이스

 

* 쉽게 이해

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병렬 처리를 위한 컬렉션

동기화(Synchronized) 컬렉션의 단점

* 하나의 스레드가 요소 처리할 때 전체 잠금 발생

* 다른 스레드는 대기 상태

* 멀티 스레드가 병렬적으로 컬렉션의 요소들을 빠르게 처리할 수 없음

 

컬렉션 요소를 병렬처리하기 위해 제공되는 컬렉션

* ConcurrentHashMap : 부분(segment) 잠금 사용

- 처리하는 요소가 포함된 부분만 잠금

- 나머지 부분은 다른 스레드가 변경 가능하도록 ➡️ 부분 잠금

Map<K,V> map = new ConcurrentHashMap<K,V>();

 

* ConcurrentLinkedQueue : 락-프리(lock-free) 알고리즘을 구현한 컬렉션

- 잠금 사용하지 않음

- 여러 개의 스레드가 동시에 접근하더라도 최소한 하나의 스레드가 성공하도록(안전하게 요소를 저장하거나 얻도록) 처리

Queue<E> queue = new ConcurrentLinkedQueue<E>();