컬렉션 프레임워크(Collection Framework)

Nak Jun Choi·2022년 11월 10일

컬렉션 프레임 워크란?

컬렉션 프레임워크

컬렉션이란 여러 데이터들의 집합을 의미한다.
컬렉션을 다루는 데에 있어 편리한 메서드들을 미리 정의해놓은 것을 컬렉션 프레임 워크라고 한다.
특정 자료구조에 데이터를 추가하고, 삭제하고, 수정하고, 검색하는 등의 동작을 수행하는 편리한 메서드들을 제공한다.

컬렉션 프레임워크의 구조

컬렉션 프레임워크는 주요 인터페이스로 List, Set, Map을 제공한다.
List
- List는 데이터의 순서가 유지되며, 중복 저장이 가능한 컬렉션을 구현한다.
- ArrayList, Vector, Stack, LinkedList 등이 List 인터페이스를 구현한다.
Set
- Set은 데이터의 순서가 유지되지 않으며, 중복 저장이 불가능한 컬렉션을 구현하는 데에 사용된다.
- HashSet, TreeSet 등이 Set 인터페이스를 구현한다.
Map
- Map은 키(key)와 값(value)의 쌍으로 데이터를 저장하는 컬렉션을 구현하는 데에 사용된다.
- 데이터의 순서가 유지되지 않으며, 키는 값을 식별하기 위해 사용되므로 중복 저장이 불가능하지만, 값은 중복 저장이 가능하다.
- HashMap,HashTable, TreeMap, Properties 등이 Map 인터페이스를 구현한다.
- List와 Set은 서로 공통점이 많아 위 그림과 같이 Collecntion이라는 인터페이스로 묶인다. 이 둘의 공통점이 추출되어 추상화 된것이 Collection 인터페이스이다.

컬렉션 인터페이스

`List<E>`

List

배열과 같이 객체를 일렬로 늘어놓은 구조를 가지고 있다.
객체를 인덱스로 관리한다.
인덱스로 객체를 검색, 추가, 삭제할 수 있다.

ArrayList

기능적으로 Vector와 동일하지만 기존의 Vector를 개선한 것이므로, Vector보다는 주로 ArrayList를 사용한다.
객체가 인덱스로 관리된다.
저장용량이 초가되면 자동으로 늘어난다.
데이터가 연속적으로 존재한다.
특정 인덱스의 객체를 제거하면, 바로 뒤 인덱스부터 마지막 인덱스까지 모두 앞으로 1씩 당겨진다.

        // ArrayList를 생성하여 list에 할당
		ArrayList<String> list = new ArrayList<String>();

		// String 타입의 데이터를 ArrayList에 추가
		list.add("Java");
		list.add("egg");
		list.add("tree");

		// 저장된 총 객체 수 얻기
		int size = list.size(); 

		// 0번 인덱스의 객체 얻기
		String skill = list.get(0);

		// 저장된 총 객체 수 만큼 조회
		for(int i = 0; i < list.size(); i++){
			String str = list.get(i);
			System.out.println(i + ":" + str);
		}

		// for-each문으로 순회 
		for (String str: list) {
			System.out.println(str);
		}		

		// 0번 인덱스 객체 삭제
		list.remove(0);

LinkedList

Linked 컬렉션은 데이터를 효율적으로 추가, 삭제, 변경하기 위해 사용된다.
데이터들이 불연속적으로 존재한다.
데이터끼리 서로 연결(Link)되어 있다.
배열처럼 데이터를 이동하기 위해 복사할 필요가 없기 때문에 처리속도가 훨씬 빠르다.

        // Linked List를 생성하여 list에 할당
		ArrayList<String> list = new LinkedList<>();

		// String 타입의 데이터를 LinkedList에 추가
		list.add("Java");
		list.add("egg");
		list.add("tree");

		// 저장된 총 객체 수 얻기
		int size = list.size(); 

		// 0번 인덱스의 객체 얻기
		String skill = list.get(0);

		// 저장된 총 객체 수 만큼 조회
		for(int i = 0; i < list.size(); i++){
			String str = list.get(i);
			System.out.println(i + ":" + str);
		}

		// for-each문으로 순회
		for (String str: list) {
			System.out.println(str);
		}		

		// 0번 인덱스 객체 삭제
		list.remove(0);

ArrayList와 LinkedList의 차이

ArrayList에서 데이터를 추가 또는 삭제하려면 다른 데이터를 복사해서 이동해야한다.
- 순차적으로 저장할 때는 데이터를 이동하지 않아도 되므로 작업 속도가 빠르다.
- 중간에 위치한 객체를 추가 및 삭제할 때에는 데이터 이동이 많이 일어나므로 속도가 저하된다.
- 검색(읽기) 측면에서는 유리하다.
LinkedList
- 데이터를 중간에 추가하거나 삭제하는 경우, LinkedList는 ArrayList보다 빠른 속도를 보여준다.
- 검색에 있어서는 ArrayList보다 상대적으로 느리다.
데이터의 잦은 변경이 예상된다면 LinkedList를, 데이터의 개수가 변하지 않는다면 ArrayList를 사용하는 것이 좋다.

Iterator

반복자라는 의미를 가진다.
컬렉션에 저장된 요소들을 순차적으로 읽어오는 역할을 한다.
Collection 인터페이스를 상속받은 List와 Set 인터페이스를 구현한 클래스들은 iterator() 메서드를 사용할 수 있다.

ArrayList<String> list = ...;
Iterator<String> iterator = list.iterator();

while(iterator.hasNext()) {     // 읽어올 다음 객체가 있다면 
	String str = iterator.next(); // next()를 통해 다음 객체를 읽어온다.
	...
}

ArrayList<String> list = ...;
for(String str : list) {
	...
}

ArrayList<String> list = ...;
Iterator<String> iterator = list.iterator();

while(iterator.hasNext()){        // 다음 객체가 있다면
	String str = iterator.next();   // 객체를 읽어오고,
	if(str.equals("str과 같은 단어")){ // 조건에 부합한다면
		iterator.remove();            // 해당 객체를 컬렉션에서 제거한다. 
	}
}

TreeSet

이진 탐색 트리 형태로 데이터를 저장한다.
데이터의 중복 저장을 허용하지 않고 저장 순서를 유지하지 않는 Set 인터페이스의 특징은 그대로 유지된다.
하나의 부모 노드가 최대 두개의 자식 노드와 연결되는 이진 트리의 일종으로, 정렬과 검색에 특화된 자료 구조이다.
최상의 노드를 '루트'라고 부른다
모든 왼쪽 자식의 값이 루트나 부모보다 작고, 모든 오른쪽 자식의 값이 루트나 부모보다 큰 값을 가지는 특징이 있다.
String은 자동으로 사전 편찬 순에 따라 오름차순으로 정렬된다.(TreeSet의 기본 정렬 방식이 오름차순이다.)

Map<K,V>

키(key)와 값(value)으로 구성된 객체를 저장하는 구조이다.
객체를 Entry 객체라고 하는데, 이 Entry 객체는 키와 값을 각각 Key 객체와 Value 객체로 저장한다.
키는 중복 저장될 수 없지마, 값은 중복 저장이 가능하다.
만약 기존에 저장된 키와 동일한 키로 값을 저장하면, 기존의 값이 새로운 값으로 대처된다.

HashMap

HashMap은 Map 인터페이스를 구현한 대표적인 클래스이다. 키와 값으로 구성된 객체를 저장하는데, 이 객체를 Entry 객체라고 한다.
삽입되는 순서와 위치 또한 관계가 없다.
해싱(Hashing)을 사용하기 때문에 많은 양의 데이터를 검색하는 데 있어서 뛰어난 성능을 보인다.

Map 인터페이스의 내부 인터페이스인 Entry 인터페이스를 구현하며, Map.Entry 인터페이스에는 위와 같은 메서드가 정의되어져 있다.
HashMap 사용하는 방법

HashMap<String, Integer> hashmap = new HashMap<>();

import java.util.*;

public class HashMapExample {
    public static void main(String[] args) {

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

        // Entry 객체 저장
        map.put("피카츄", 85);
        map.put("꼬부기", 95);
        map.put("야도란", 75);
        map.put("파이리", 65);
        map.put("피존투", 15);

        // 저장된 총 Entry 수 얻기
        System.out.println("총 entry 수: " + map.size());

        // 객체 찾기
        System.out.println("파이리 : " + map.get("파이리"));
				
        // key를 요소로 가지는 Set을 생성 -> 아래에서 순회하기 위해 필요하다. 
        Set<String> keySet = map.keySet();

        // keySet을 순회하면서 value를 읽어온다. 
        Iterator<String> keyIterator = keySet.iterator();
        while(keyIterator.hasNext()) {
            String key = keyIterator.next();
            Integer value = map.get(key);
            System.out.println(key + " : " + value);
        }

        // 객체 삭제
        map.remove("피존투");

        System.out.println("총 entry 수: " + map.size());

        // Entry 객체를 요소로 가지는 Set을 생성 -> 아래에서 순회하기 위해 필요하다. 
        Set<Map.Entry<String, Integer>> entrySet = map.entrySet();

        // entrySet을 순회하면서 value를 읽어온다. 
        Iterator<Map.Entry<String, Integer>> entryIterator = entrySet.iterator();
        while(entryIterator.hasNext()) {
            Map.Entry<String, Integer> entry = entryIterator.next();
            String key = entry.getKey(); // Map.Entry 인터페이스의 메서드
            Integer value = entry.getValue(); // Map.Entry 인터페이스의 메서드
            System.out.println(key + " : " + value);
        }

        // 객체 전체 삭제
        map.clear();
    }
}

Map은 키와 값을 쌍으로 저장하기 때문에 iterator()를 직접 호출할 수 없다. 그 대신 keySet()이나 entrySet() 메서드를 이용해 Set 형태로 반환된 컬렉션에 iterator()를 호출하여 반복자를 만든 후, 반복자를 통해 순회할 수 있다.

HashTable

HashTable은 HashMap과 내부 구조가 동일하며, 사용 방법 또한 매우 유사하다. 간단하게 HashMap이 HashTable의 새로운 버전이라고 이해하면 좋다.

import java.util.*;

public class HashTableExample {
    public static void main(String[] args){

        HashTable<String, String> map = new Hashtable<String, String>();

        map.put("Spring", "345");
        map.put("Summer", "678");
        map.put("Fall", "91011");
        map.put("Winter", "1212");

        System.out.println(map);

        Scanner scanner = new Scanner(System.in);

        while (true) {
            System.out.println("아이디와 비밀번호를 입력해 주세요");
            System.out.println("아이디");
            String id = scanner.nextLine();

            System.out.println("비밀번호");
            String password = scanner.nextLine();

            if (map.containsKey(id)) {
                if (map.get(id).equals(password)) {
                    System.out.println("로그인 되었습니다.");
                    break;
                } 
                else System.out.println("비밀번호가 일치하지 않습니다. ");
            } 
            else System.out.println("입력하신 아이디가 존재하지 않습니다.");
        }
    }
}