[JAVA 기초] JAVA의 정석 - Ch.11 컬렉션 프레임웍 (정리)

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Ch.11 컬렉션 프레임웍

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-      컬렉션 프레임(Collection Framework)

• 컬렉션 프레임웍의 핵심 인터페이스
  • 컬렉션 프레임웍: 데이터 집합을 저장하는 클래스들을 표준화한 설계
  • interface Collection을 상속한 대표 인터페이스
    • List: 순서가 있는 집합, 데이터의 중복 허용
    • Set: 순서를 유지하지 않는 데이터의 집합, 중복을 허용하지 않음
  • 그 외
    • Map: 키와 값으로 이루어진 데이터의 집합, 순서 유지되지 않음, 키 중복 X, 값 중복 O
    • Map.Entry 인터페이스
      • Map 인터페이스의 내부 인터페이스
      • key-value를 쌍으로 다루기 위해 사용
• ArrayList
  • List 인터페이스를 구현  →  데이터의 저장 순서 유지, 중복 허용
  • 기존의 Vector 클래스를 보완
  • Object 배열을 이용해서 데이터를 순서대로 저장
  • 장점: 데이터를 읽고 저장하는데 효율이 좋음
  • 단점: 기존의 배열로부터 새로 생성된 배열로 데이터를 복사해야하기 때문에 변경에서 효율이 떨어짐 
    • 크기를 변경할 수 없음
    • 비순차적인 데이터의 추가 또는 삭제에 시간이 오래 걸림
• LinkedList
  • 배열의 단점을 보완하고자 나옴
  • 데이터를 서로 연결(링크)되어 있는 형태
    • 각 요소(node)의 구성: 자신의 데이터, 다음 요소의 참조(주소 값)
  • 단방향을 보완하고자 나온 Doubly LinkedList
    • 각 요소(node)의 구성: 자신의 데이터, 다음 요소의 참조(주소 값), 이전 요소의 참조(주소 값)
  • Doubly Linked List를 보완한 Doubly Circular LinkedList
    • 마지막 요소와 첫 번째 요소가 서로의 주소를 알고 있음
  • ArrayList와 LinkedList의 비교
    • 순차적인 추가/삭제의 경우  →  ArrayList
    • 중간 데이터를 추가/삭제하는 경우  →  LinkedList
• Stack과 Queue
  • Stack
    • LIFO(Last In Fisrt Out): 첫 번째 요소가 가장 마지막에 출력됨
    • 데이터 입력: push
    • 데이터 출력: pop
    • 활용 예시: 수식 계산, 수식 괄호 검사, 워드프로세서의 undo/redo, 웹브라우저의 뒤로/앞으로
  • Queue
    • FIFO(First In First Out): 첫 번째 요소가 가장 먼저 출력됨
    • 데이터 입력: offer
    • 데이터 출력: poll
    • 활용 예시: 최근 사용 문서, 인쇄 작업 대기 목록, 버퍼(buffer)
  • Priority Queue
    • Queue 인터페이스의 구현체 중 하나
    • 저장된 순서에 상관 없이 우선순위(priority)가 높은 것 부터 출력
    • 각 요소를 힙(Heap)이라는 자료구조 형태로 저장
  • Deque
    • Queue의 변형
    • 양 쪽(front, rear)에서 추가/삭제가 가능
    • Queue 인터페이스 구현체 중 하나
    • ArrayDeque와 LinkedList
    • 데이터 입력: offerFirst, offerLast
    • 데이터 출력: pollFirst, pollLast
• Iterator, Listiterator, Enumeration
  • 컬렉션에 저장된 요소를 접근하는데 사용하는 인터페이스
  • Enumeration은 Iterator의 구버전
  • ListIterator은 Iterator의 기능을 향상시킴 (List를 구현한 경우, 양방향 조회 기능 추가)
  • Iterator 인터페이스
    • 컬렉션 프레임웍에서 컬렉션에 저장된 요소들을 읽어오는 방법을 표준화
    • 각 요소에 접근하는 기능을 가진 Iterator 인터페이스를 정의
    • Collection 인터페이스에는 Iterator를 반환하는 iterator()를 정의하고 있음
      • 메서드
        • boolean hasNext(): 읽어 올 요소가 남아있는지 확인  
        • Object next(): 다음 요소를 읽어옴
        • void remove(): next()로 읽어온 요소를 삭제
    • Map 인터페이스에는 keySet()이나 valueSet()을 호출해서 iterator 사용 가능
• Arrays
  • 배열을 다루는데 유용한 메서드들 정의
  • 모든 기본형 배열과 참조형 배열 별로 정의되어 있음
  • Arrays의 주요 메서드
    • 배열의 복사: copyOf(), copyOfRange()
    • 배열 채우기: fill(), setAll()
    • 배열의 정렬과 검색: sort(), binarySearch()
    • 문자열의 비교와 출력: equals(), toString()
    • 배열을 리스트로 변환: setList(Object... a)
• Comparator와 Comparable
  • Comparable: 기본 정렬 기준을 구현하는데 사용
    • compareTo(Object o): 두 객체가 같으면 (0), 비교하는 값보다 작으면 (음수), 비교하는 값보다 크면 (양수)
  • Comparator: 기본 정렬 기준 외의 다른 기준으로 정렬하고자할 때 사용
    • compare(Object o1, Object o2): compareTo()와 동작은 같음
    • Arrays.sort()는 배열을 정렬할 때, Comparator을 지정해주지 않으면 저장하는 객체(주로 Comparable을 구현한 클래스의 객체)에 구현된 내용에 따라 정렬
• HashSet
  • Set 인터페이스를 구현한 가장 대표적인 컬렉션  →  중복을 허용하지 않음
  • LinkedHashSet 클래스: 저장순서를 유지하는 HashSet
  • 기존의 저장된 요소와 같은 것인지 판별하기 위해 추가하려는 요소의 equals()와 hashCode()를 알맞게 재정의해야함
    • 실행중인 애플리케이션 내의 동일한 객체에 대해서 여러번 hashCode()를 호출해도 동일한 값을 반환
    • equals()를 통해서 true를 얻은 객체는 서로 같은 hashCode()를 반환
    • 해싱을 사용하는 컬렉션의 성능을 높이기 위해 다른 int값을 사용하는 것이 좋음
  • HashSet을 이용해서 합집합(addAll()), 차집합(retainAll()), 교집합(removeAll())의 연산이 가능
• TheeSet
  • 이진 탐색 트리(Binary Search Tree)라는 자료구조의 형태로 데이터를 저장하는 컬렉션 클래스
    • 이진 탐색 트리: 검색/정렬/범위 검색에 높은 성능을 가지고 있음
    • TreeSet은 이진 탐색 트리를 향상시킨 Red-Black Tree로 구현되어 있음
  • Set으로 구현  →  중복된 데이터의 저장 허용 X, 정렬된 위치의 저장 순서를 유지하지 않음
  • 구조
    • 각 노드는 두 개의 노드를 연결될 수 있음
    • 루트 노드라고 불리는 하나의 노드에서 뻗어나감
    • 부모 노드와 자식 노드로 구성
    • 노드의 구성: 왼쪽 자식 노드의 정보, 객체를 저장하기 위한 참조 변수, 오른쪽 자식 노드의 정보
    • 왼쪽 자식의 값 < 부모의 값 < 오른쪽 자식의 값
• HashMap과 HashTable
  • HashTable의 새로운 버전: HashMap
  • key-value의 한 쌍과 해싱(hasing)을 사용
    • hasing을 통해 많은 양을 검색하는데 높은 효율
  • HashMap의 내부 클래스인 Entry를 통해 키와 값에 접근 가능(keySet(), valueSet())
  • 중복성
    • 키(key): Map 내에서 유일
    • 값(value): 중복 가능
  • 해싱(hasing)
    • 해시 함수(hash function)을 이용해서 해시 테이블(hash table)에 저장하고 검색하는 기법 의미
    • 해시 함수가 저장되어 있는 데이터를 찾아주기 때문에 대용량/속도 빠름
    • 충돌 발생시 분리 연결법 방안 사용 - 연결리스트 이용
• TreeMap
  • 이진 검색 트리의 형태로 키와 값이 쌍으로 존재하는 자료구조
  • 검색과 정렬에 유리
    • 검색이나 정렬이 필요한 경우는 TreeMap, 검색이 필요한 경우에는 HashMap 이용
• Properties
  • HashTable을 상속받은 구현체
  • (Object, Object)  →  (String, String) 형태로 저장하는 단순화된 컬렉션 클래스
  • 사용: 애플리케이션의 환경 설정과 관련된 속성(property)를 저장, 파일로부터 읽기/쓰기 편리
• Collections
  • 컬렉션과 관련된 메서드를 제공
  • 컬렉션의 동기화
    • 멀티 쓰레드 환경에서는 데이터의 일관성을 유지하기 위해 동기화(synchronized) 필요
    • 컬렉션 클래스의 최근 자료구조들은 필요한 경우에만 Collections 클래스의 동기화 메서드를 이용해서 동기화 옵션을 추가함 (synchronizedList(Collection c))
  • 변경 불가 컬렉션 만들기
    • 읽기 전용
    • 멀티 쓰레드 환경에서 여러 쓰레드가 데이터를 사용하면 손상이 올 수 있으므로 사용 (unmodifiableCollection(Collection c))
  • 싱글톤 컬렉션 만들기
    • 메서드를 통해서만 객체에 접근하게 만듬 (singletonXXX())
  • 한 종류의 데이터만 저장하기 
    
    • 여러 종류의 객체를 저장할 수 있다는 장점이자 단점이 존재하므로 사용 (checkedXXX(Collection c, Class type))
    • 지네릭스로 대체 가능
• 컬렉션 클래스 정리 & 요약
  • ArrayList: 배열 기반, 데이터의 추가/삭제에 불리, 순차적인 추가/삭제는 빠름, 임의의 요소에 대한 접근성은 높음
  • LinkedList: 연결 기반, 데이터의 추가/삭제에 용이, 임의의 요소에 대한 접근성이 불리
  • HashMap: 배열과 연결이 된 결합 상태, 추가/삭제/검색/접근성이 모두 용이, 검색에는 최고 성능
  • TreeMap: 연결 기반, 정렬과 검색(범위 검색)에 적합, 검색 성능은 HashMap보다 떨어짐
  • Stack: Vector를 상속받아 구현
  • Queue: LinkedList가 Queue인터페이스를 구현
  • Properties: HashTable을 상속받아 구현
  • HashSet: HashMap을 상속받아 구현
  • LinkedHashMap, LinkedHashSet: HashMap과 HashSet에서 저장 기능을 추가

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