[Java] Collection

본 포스트는 자바의 신 Vol.2 이상민 저의 내용을 정리한 포스트입니다
더 자세한 내용과 깊이 있는 내용은 책에 있습니다.

Java Collection

자바는 개발자 편의를 위해 여러 가지 자료구조를 구현해놓은 라이브러리
Collection을 제공합니다.

어떤 정보를 '여러 개'담을 자료 구조를 선택할 때 우리는 주로
이 자바의 Collection 또는 Map을 사용합니다.

자바의 Collection, 그리고 Map은 다음과 같은 관계를 가지고 있습니다.
Set, List, Queue가 Collection 인터페이스를 구현하고 있으며 그 아래에
여러 구현 클래스들이 존재하며

Map은 Collection과 독립적으로 HashMap, TreeMap등이 Map 인터페이스를
구현하고 있습니다.

그럼 모든 자료구조들을 하나하나 살펴보겠습니다.

Collection

Iterator

Collection은, Iterable 인터페이스를 확장한 인터페이스입니다. 따라서
Collection을 구현한 모든 클래스는 Iterable을 구현해야 하는데
Iterable 인터페이스는 Iterator를 포함하고 있으며

따라서 모든 Collection 구현체들은 Iterator를 사용하여 내부 데이터를
조회할 수 있습니다.
Iterator의 메소드는 다음과 같습니다.

리턴 타입	메소드 이름, 파라미터	설명
boolean	add(E e)	요소 추가
boolean	addAll(Collection)	파라미터로 받은 컬렉션의 모든 데이터를 추가한다
void	clear()	컬렉션에 존재하는 모든 데이터 삭제
boolean	contains(Object)	해당 Object가 컬렉션에 존재하는지 확인하고 존재하면 true를 리턴한다
boolean	containsAll(Collection)	파라미터로 받은 컬렉션에 존재하는 모든 데이터와 해당 컬렉션의 데이터를 비교한다
boolean	equals(Object)	파라미터로 넘어온 Object가 동일한 Object인지 확인한다
int	hashCode()	컬렉션의 해시코드값을 리턴한다
boolean	isEmpty()	컬렉션이 비어있는지 확인한다
Iterator	iterator()	데이터를 하나씩 처리하기 위한 Iterator 객체를 리턴한다
boolean	remove(Object)	파라미터와 동일한 객체를 삭제한다
boolean	removeAll(Collection)	파라미터로 넘어온 콜렉션의 데이터를 해당 컬렉션에서 삭제한다
boolean	retainAll(Collection)	파라미터로 넘어온 콜렉션의 데이터만 해당 컬렉션에 남겨둔다
int	size()	컬렉션에 저장된 데이터의 개수를 리턴한다
Object[ ]	toArray()	컬렉션에 존재하는 데이터들을 배열로 복사한다
< T > T[ ]	toArray(T[ ])	컬렉션에 있는 데이터들을 지정한 타입의 배열로 복사한다

ArrayList

가장 많이 사용되는 컬렉션 중 하나입니다. Vector 클래스와 그 사용법 및 구조가
거의 비슷하며, Vector와의 차이는 Thread Safe여부입니다. Vector는 Thread Safe하지만
ArrayList는 Thread Safe하지 않습니다.

ArrayList가 구현한 인터페이스

ArrayList는 총 6개의 인터페이스를 구현했습니다. ArrayList가 구현한 인터페이스는
다음과 같습니다.

인터페이스	용도
Serializable	원격으로 객체를 전송하거나, 파일에 저장할 수 있음을 지정
Cloneable	Object Class의 clone()메소드가 제대로 수행될 수 있음을 지정한다. 즉 복사 가능한 객체임을 의미
Iterable< E >	객체가 "foreach"문장을 사용할 수 있음
Collection < E >	콜렉션 인터페이스 구현
List< E >	목록형 데이터를 처리하는 것과 관련된 메소드 지정
RandomAccess	목록형 데이터에 보다 빠르게 접근할 수 있도록 random 접근하는 알고리즘이 적용됨

ArrayList의 생성자

생성자	설명
ArrayList()	객체를 저장할 공간이 10개인 ArrayList를 만든다
ArrayList(Collection< ? extends E > c )	파라미터로 넘어온 컬렉션 객체가 저장된 ArrayList를 생성한다
ArrayList(int initialCapacity)	파라미터로 넘어온 개수만큼의 저장 공간을 가지는 ArrayList를 생성한다

ArrayList의 메소드

리턴 타입	메소드 이름, 파라미터	설명
boolean	add(E e)	파라미터로 넘어온 데이터를 가장 끝에 담는다
void	add(int index, E e)	파라미터로 넘어온 데이터를 지정된 index위치에 담는다, 한 칸씩 밀어내기
boolean	addAll(Collection< ? extends E > c)	매개 변수로 넘어온 컬렉션 데이터를 가장 마지막부터 담는다
boolean	addAll(int index, Collection< ? extends E > c)	매개 변수로 넘어온 컬렉션 데이터를 지정된 index부터 담는다
int	size()	ArrayList 객체에 존재하는 데이터의 개수를 리턴한다
E	get(int index)	파라미터로 지정한 위치에 있는 데이터를 리턴한다
int	indexOf(Object o)	파라미터로 넘어온 객체와 동일한 데이터의 위치를 리턴한다
int	lastIndexOf(Object o)	파라미터로 넘어온 객체와 동일한 마지막 데이터의 위치를 리턴한다
Object[ ]	toArray()	ArrayList에 존재하는 값들을 Object[ ] 타입의 배열로 생성한다
< T > T[ ]	toArray(T[ ] a)	ArrayList 객체에 있는 값들을 매개 변수로 넘어온 T타입의 배열로 만든다
void	clear()	ArrayList 객체의 모든 데이터를 삭제한다
E	remove(int index)	파라미터에서 지정한 인덱스의 데이터를 삭제하고 그 데이터를 리턴한다
boolean	remove(Object o)	파라미터로 넘어온 객체와 동일한 '첫 번째'데이터를 삭제한다
boolean	removeAll(Collection< ? > c )	파라미터로 넘어온 컬렉션 객체에 있는 데이터와 동일한 모든 데이터를 삭제한다.
E	set(int index, E element)	지정한 위치에 있는 데이터를 element로 대체한다. 그리고 해당 위치의 데이터를 리턴한다

Stack

List 인터페이스를 구현한 클래스는 ArrayList, LinkedList만이 아닙니다.
LIFO(Last in First Out)을 구현한 리스트인 Stack이 존재합니다.
하지만 LIFO 구현을 위한다면 ArrayDeque를 사용하는게 더 유리할 수 있습니다.

ArrayDeque는 Stack보다 속도가 빠르지만 Thread Safe하진 않습니다.
따라서 Thread Safe한 LIFO 자료구조가 필요하다면 Stack을, Thread Safe가 필요하지 않다면
ArrayDeque를 선택하여 사용하면 됩니다.

Stack의 메소드

Stack은 기본적으로 Collection, List, Vector를 상속받기 때문에 해당 인터페이스에
존재하는 메소드들을 모두 구현하고 있습니다. 사실 이 메소드들을 모두 구현받으면
LIFO 원칙에 어긋나는 경우가 생기지만, 자바의 하위 호환을 위하여 이 관계를 유지하고 있습니다.

리턴 타입	메소드 이름, 파라미터	설명
boolean	empty()	객체가 비어있는지 확인한다
E	peek()	객체의 가장 위에 있는 데이터를 리턴한다
E	pop()	객체의 가장 위에 있는 데이터를 지우고 리턴한다
E	push(E item)	파라미터로 넘어온 item을 가장 위에 저장한다
int	search(Object o)	파라미터로 넘어온 데이터의 위치를 리턴합니다

Set

Set을 사용하는 이유

Set 컬렉션은 순서가 중요하지 않은 데이터를 저장할 때 주로 사용합니다.
Set은 순서에 관계 없이 저장되기 때문에 오직 데이터가 중복되는지를 검사하고
원하는 값이 존재하는지만 검사할 때 사용하면 유리한 자료구조입니다.

Set을 구현한 컬렉션의 단순한 특징은 다음과 같습니다.

• HashSet : 순서가 전혀 필요 없는 데이터를 해시 테이블에 저장합니다. Set 중에 가장 성능이 좋습니다.
• TreeSet : 저장된 데이터의 값에 따라서 정렬됩니다. Red-Black Tree 알고리즘으로 구현되어 있으며 HashSet보다
  약간 성능이 떨어집니다.
• LinkedHashSet : 연결된 목록 타입으로 구현된 해시 테이블에 데이터를 저장합니다. 저장된 순서에 따라서
  값이 정렬되며 이와 같은 특징으로 셋 중에 가장 성능이 떨어집니다.

이와 같이 Set을 구현한 구현체들 사이에 성능을 나누는 가장 중요한 기준은 정렬 여부입니다.
단순히 적은 데이터를 다루는 데에는 성능 차이가 크게 느껴지지 않을 수 있지만 몇 천건, 몇 만건의
데이터를 다루다 보면 이 성능 차이가 중요하게 다가올 수 있습니다.

Set에서 가장 중요하다고 할 수 있는 부분은 데이터의 중복 여부입니다. 따라서 데이터가
같은지 확인하는 작업은 Set의 핵심이라고 할 수 있습니다.

HashSet

HashSet 구현 인터페이스

HashSet은 위의 ArrayList와 구현한 인터페이스가 조금 다른데, 나머지는 동일하지만
HashSet은 List와 RandomAccess를 구현하지 않습니다. 대신 Set< E > 인터페이스를
구현합니다.

Set 인터페이스는 데이터의 위치에 관련된 메소드들이 포함되지 않는 특성을
가지고 있습니다.

HashSet의 생성자

생성자	설명
HashSet()	데이터를 저장할 수 있는 16개의 공간과 0.75의 loadFactor를 가지는 객체를 생성합니다.
HashSet(Collection< ? extends E > c)	파라미터로 들어온 컬렉션 객체의 데이터를 HashSet에 담습니다.
HashSet(int initialCapacity)	파라미터로 들어온 값 만큼의 데이터 저장 공간과 0.75의 로드팩터를 가지는 객체를 생성합니다.
HashSet(int initalCapacity, float loadFactor)	위의 생성자에서 로드팩터를 추가적으로 설정합니다.

loadFactor
로드팩터는 데이터의 개수 / 저장 공간을 의미합니다. 로드팩터값보다 적재율이 커지면 해시 재정리
작업(rehash)을 수행합니다 이 작업은 성능에 영향을 끼칩니다.

HashSet의 메소드

리턴 타입	메소드 이름, 파라미터	설명
boolean	add(E e)	데이터를 추가합니다
void	clear()	모든 데이터를 제거합니다.
Object	clone()	HashSet 객체를 복사하지만, 담겨 있는 데이터는 복사하지 않습니다
boolean	contains(Object o)	지정한 객체가 존재하는지 검사합니다
boolean	isEmpty()	데이터가 존재하는지 확인합니다
Iterator< E >	iterator()	데이터를 꺼내기 위한 Iterator 객체를 리턴합니다
boolean	remove(Object o)	파라미터로 넘어온 객체를 삭제합니다
int	size()	데이터의 개수를 확인합니다

TreeSet, LinkedHashSet

TreeSet, LinkedHashSet은 추가적인 설명으로만 작성하도록 하겠습니다.
TreeSet은 add의 순서에 관계없이 '1-9', 'a-z'와 같은 값의 순서대로 정렬을 해
가지고 있는 Set을 뜻하며

LinkedHashSet은 들어온 순서에 따라서 값을 가지고 있는 마치 ArrayList와 같은
Set입니다.

Set의 성능은 위에도 말했듯이 HashSet > TreeSet > LinkedHashSet 입니다.

Queue

LinkedList

LinkedList는, 특이하게 List와 Queue를 모두 구현하는 구현체입니다. LinkedList는
데이터간의 연결 관계에 집중하여 데이터를 저장하며 이와 같은 구조는
배열 또는 ArrayList, Vector보다 메모리 관리 측면에서 이점을 가집니다.

삭제 또는 삽입에서 그 부분 데이터간의 관계만 조정해주면 되기 때문에
LinkedList가 메모리 관리 측면에서는 더 이점을 가진다고 할 수 있습니다.

LinkedList는 Queue, Deque를 모두 구현하므로 LinkedList를 가지고
해당 클래스에 포함된 메소드들도 같이 설명하도록 하겠습니다.

LinkedList가 구현한 인터페이스

LinkedList는 ArrayList와 달리 RandomAccess를 구현하지 않으며 대신
Deque< E >, Queue< E > 를 추가적으로 구현합니다.

Deque는 맨 앞과 맨 뒤의 값을 처리하는 큐라고 생각하면 되고
Queue는 FIFO(First-In First-Out)을 구현하는 구현체입니다.

LinkedList의 생성자

생성자	설명
LinkedList()	비어 있는 LinkedList 객체를 생성합니다
LinkedList(Collection< ? extends E > c)	파라미터로 받은 컬렉션 객체의 데이터를 LinkedList에 담습니다

LinkedList의 메소드

리턴 타입	메소드 이름, 파라미터	설명
void	addFirst(Object)	LinkedList 객체의 가장 앞에 데이터를 추가합니다
boolean	offerFirst(Object)	" "
void	push(Object)	" "
boolean	add(Object)	LinkedList 객체의 가장 뒤에 데이터를 추가합니다
void	addLast(Object)	" "
boolean	offer(Object)	" "
boolean	offerLast(Object)	" "
void	add(int Object)	LinkedList 객체의 특정 위치에 데이터를 추가합니다
Object	set(int, Object)	LinkedList 객체의 특정 위치의 데이터를 교체하고 원래의 데이터를 리턴합니다
boolean	addAll(Collection)	파라미터로 넘긴 컬렉션의 데이터를 추가합니다
boolean	addAll(int, Collection)	파라미터로 넘긴 컬렉션의 데이터를 특정 인덱스 위치부터 추가합니다
Object	getFirst()	LinkedList 객체의 맨 앞에 있는 데이터를 리턴합니다
Object	peekFirst()	" "
Object	peek()	" "
Object	element()	" "
Object	getLast()	LinkedList 객체의 맨 뒤에 있는 데이터를 리턴합니다
Object	peekLast()	" "
Object	get(int)	LinkedList 객체의 특정 인덱스에 위치한 데이터를 가져옵니다
boolean	contains(Object)	파라미터로 넘긴 데이터를 보유하고 있는지 검사합니다
int	indexOf(Object)	파라미터로 넘긴 데이터의 위치를 리턴합니다. 없으면 -1을 리턴합니다
int	lastIndexOf(Object)	파라미터로 넘긴 데이터의 위치를 끝에서부터 검색하여 리턴합니다. 없는 경우 -1을 리턴합니다
Object	remove()	LinkedList 객체의 가장 앞에 있는 데이터를 삭제하고 리턴합니다
Object	removeFirst()	" "
Object	poll()	" "
Object	pollFirst()	" "
Object	pop()	" "
Object	pollLast()	LinkedList 객체의 가장 끝에 있는 데이터를 삭제하고 리턴합니다.
Object	removeLast()	" "
Object	remove(int)	특정 위치에 있는 데이터를 삭제하고 리턴합니다
boolean	remove(Object)	파라미터로 넘긴 데이터와 동일한 데이터 중 앞에서부터 색인하여 삭제합니다
boolean	removeFirstOccurrence(Object)	" "
boolean	removeLastOccurrenct(Object)	파라미터로 넘긴 데이터 중 뒤에서부터 색인하여 삭제합니다

LinkedList는 여러 종류의 인터페이스를 구현하기 때문에 동일한 기능을 제공하는
메소드들을 많이 가지고 있다는 특징이 있습니다.