컬렉션 프레임워크(Collection Framework)
프레임워크란?
프로그래머들이 쓸 수 있도록 정의된 클래스들의 모임입니다. 즉 자바 프레임워크는 개발자가 자바로 응용 프로그램을 쉽게 구축할 수 있도록 돕는 소프트웨어 플랫폼입니다.
하지만 이것이 전부라면 라이브러리라고 불리게 됩니다.
컬렉션이란?
데이터를 효율적으로 저장하고 조작하기 위한 자료구조와 알고리즘의 집합을 제공합니다. 자바 컬렉션은 다양한 자료구조를 지원하며, 각 자료구조는 특정 상황에서 효율적인 데이터 처리 방법을 제공합니다.
컬렉션 프레임워크란?
즉 컬렉션 프레임워크란 자료구조와 알고리즘을 제네릭 기반의 클래스와 메소드로 미리 구현한 결과물입니다.
인터페이스
- 주요 메소드: add(), remove(), contains(), size(), isEmpty() 등
주요 하위 인터페이스
- List
- 특징: 순서가 있는 요소의 집합으로, 중복을 허용하며 인덱스를 통해 요소에 접근할 수 있습니다.
- 구현체: ArrayList, LinkedList, Vector, Stack
- Set
- 특징: 중복을 허용하지 않는 요소의 집합으로, 요소의 순서를 보장하지 않습니다.
- 구현체: HashSet, LinkedHashSet, TreeSet
- Queue
- 특징: FIFO(First-In-First-Out) 방식의 요소 처리 구조를 제공합니다.
- 구현체: LinkedList, PriorityQueue, ArrayDeque
- Deque
- 특징: 양쪽에서 삽입과 삭제가 가능한 큐
- 구현체: ArrayDeque, LinkedList
- Map
- 특징: 키-값 쌍으로 구성된 요소의 집합입니다. 키는 중복을 허용하지 않으며, 값은 중복될 수 있습니다.
- 구현체: HashMap, LinkedHashMap, TreeMap, Hashtable
알고리즘
- 정렬: Collections.sort(List<T> list), Collections.sort(List<T> list, Comparator<? super T> c)
- 검색: Collections.binarySearch(List<? extends Comparable<? super T>> list, T key)
- 최대/최소값 검색: Collections.max(Collection<? extends T> coll), Collections.min(Collection<? extends T> coll)
- 셔플링: Collections.shuffle(List<?> list)
- 동기화: Collections.synchronizedList(List<T> list), Collections.synchronizedMap(Map<K,V> map)
List<E>
공통 메소드
요소 추가
- add(E e) : 리스트의 끝에 요소를 추가합니다.
- add(int index, E element) : 지정한 인덱스에 요소를 삽입합니다.
요소 제거
- remove(int index) : 지정한 인덱스의 요소를 제거합니다.
- remove(Object o) : 리스트에서 처음으로 등장하는 지정된 요소를 제거합니다.
요소 접근 및 수정
- get(int index) : 지정한 인덱스의 요소를 반환합니다.
- set(int index, E element) : 지정한 인덱스의 요소를 새로운 요소로 대체합니다.
기타 메소드
- size() : 리스트의 요소 개수를 반환합니다.
- isEmpty() : 리스트가 비어 있는지 여부를 확인합니다.
- contains(Object o) : 리스트에 특정 요소가 포함되어 있는지 확인합니다.
- indexOf(Object o) : 리스트에서 처음으로 등장하는 지정된 요소의 인덱스를 반환합니다.
- clear() : 리스트의 모든 요소를 제거합니다.
ArrayList
import java.util.ArrayList;
public class Main {
public static void main(String[] args) {
ArrayList<String> list = new ArrayList<>();
list.add("Apple");
list.add("Banana");
list.add(1, "Orange"); // 인덱스 1에 요소 삽입
System.out.println(list); // 출력: [Apple, Orange, Banana]
list.remove("Orange");
list.remove(0); // 인덱스 0의 요소 제거
System.out.println(list); // 출력: [Banana]
String fruit = list.get(0); // 요소 접근
System.out.println(fruit); // 출력: Banana
list.set(0, "Mango"); // 요소 수정
System.out.println(list); // 출력: [Mango]
}
}ArrayList는 자바에서 가장 많이 사용되는 컬렉션 클래스 중 하나로, 동적 배열(dynamic array)을 구현한 클래스입니다.
ArrayList는 다양한 메소드를 제공하여 요소를 추가, 삭제, 수정, 검색할 수 있습니다. 주요 메소드는 다음과 같습니다.
ArrayList의 특징
- 동적 크기 조절: 요소가 추가되면 자동으로 크기가 증가하며, 필요에 따라 배열의 크기를 늘립니다.
- 인덱스를 통한 요소 접근: 배열처럼 인덱스를 사용하여 요소에 빠르게 접근할 수 있습니다.
- 중복 허용: 같은 요소를 여러 번 추가할 수 있습니다.
- null 값 허용: null 값을 요소로 허용합니다.
- 비동기적: 기본적으로 ArrayList는 스레드에 안전하지 않습니다. 멀티스레드 환경에서 사용하려면 별도의 동기화가 필요합니다.
LinkedList
import java.util.LinkedList;
public class LinkedListExample {
public static void main(String[] args) {
LinkedList<String> list = new LinkedList<>();
list.add("Apple");
list.add("Banana");
list.add(1, "Orange"); // 인덱스 1에 요소 삽입
list.addFirst("Mango");
list.addLast("Grapes");
System.out.println(list); // 출력: [Mango, Apple, Orange, Banana, Grapes]
list.remove("Orange");
list.remove(0); // 인덱스 0의 요소 제거
list.removeFirst(); // 첫 번째 요소 제거
list.removeLast(); // 마지막 요소 제거
System.out.println(list); // 출력: [Banana]
String fruit = list.get(0); // 요소 접근
System.out.println(fruit); // 출력: Banana
list.set(0, "Mango"); // 요소 수정
System.out.println(list); // 출력: [Mango]
}
}LinkedList는 자바 컬렉션 프레임워크의 일부로, 연결 리스트(data structure)를 구현한 클래스입니다. java.util 패키지에 속해 있으며, List, Deque, Queue 인터페이스를 구현하고 있어 리스트와 큐의 성질을 모두 사용할 수 있습니다. LinkedList는 요소가 이중 연결 리스트(doubly linked list)로 저장되기 때문에 삽입과 삭제가 빈번한 경우에 ArrayList보다 좋습니다.
LinkedList의 특징
- 이중 연결 리스트: 각 노드는 데이터와 다음, 이전 노드에 대한 참조를 포함합니다. 이를 통해 리스트의 양방향 탐색이 가능합니다.
- 동적 크기 조절: 필요에 따라 자동으로 크기가 조절됩니다. 삽입 및 삭제 시 다른 요소의 이동이 필요하지 않습니다.
- 중복 허용: 동일한 요소를 여러 번 추가할 수 있습니다.
- null 값 허용: null 값을 요소로 허용합니다.
- 비동기적: 기본적으로 LinkedList는 스레드에 안전하지 않습니다. 멀티스레드 환경에서 사용하려면 별도의 동기화가 필요합니다.
LinkedList 추가 메소드
요소 추가
- addFirst(E e) : 리스트의 시작에 요소를 추가합니다.
- addLast(E e) : 리스트의 끝에 요소를 추가합니다.
요소 제거
- remove() : 리스트의 첫 번째 요소를 제거하고 반환합니다.
- removeFirst() : 리스트의 첫 번째 요소를 제거하고 반환합니다.
- removeLast() : 리스트의 마지막 요소를 제거하고 반환합니다.
요소 접근 및 수정
- getFirst() : 리스트의 첫 번째 요소를 반환합니다.
- getLast() : 리스트의 마지막 요소를 반환합니다.
Set<E>
HashSet
import java.util.HashSet;
public class Main {
public static void main(String[] args) {
// HashSet 생성
HashSet<String> set = new HashSet<>();
// 요소 추가
set.add("Apple");
set.add("Banana");
set.add("Cherry");
set.add("Apple"); // 중복된 요소
// 출력
System.out.println(set); // 출력 순서는 보장되지 않음
// 요소 제거
set.remove("Banana");
// 특정 요소 존재 여부 확인
boolean hasApple = set.contains("Apple"); // true
boolean hasBanana = set.contains("Banana"); // false
// 전체 요소 출력
for (String fruit : set) {
System.out.println(fruit);
}
// 사이즈 확인
System.out.println("Size: " + set.size());
}
}Set 인터페이스: HashSet은 Set 인터페이스를 구현한 클래스입니다. Set 인터페이스는 중복된 요소를 허용하지 않는 컬렉션을 정의합니다.
해시 기반 저장: HashSet은 내부적으로 HashMap을 사용하여 요소를 저장합니다. 따라서 해시 기반으로 요소를 관리합니다.
주요 특징
- 중복 불허: HashSet은 중복된 요소를 허용하지 않습니다. 동일한 요소를 추가하려고 하면, 이미 존재하는 것으로 간주되어 추가되지 않습니다.
- 순서 없음: HashSet은 요소의 순서를 보장하지 않습니다. 즉, 요소를 삽입한 순서가 유지되지 않습니다. 순서가 필요하다면 LinkedHashSet을 사용하거나 정렬된 순서를 원할 경우 TreeSet을 사용해야 합니다.
- 빠른 검색: HashSet은 평균적으로 O(1)의 시간 복잡도로 요소를 검색할 수 있습니다. 이는 해시 기반으로 요소를 저장하고 검색하기 때문입니다.
- Null 허용: HashSet은 하나의 null 요소를 허용합니다. 하지만 여러 개의 null을 허용하지는 않습니다.
주요 메소드
요소 추가
- add(E e) : 요소를 추가합니다. 이미 존재하면 추가되지 않으며, false를 반환합니다.
요소 제거
- remove(Object o) : 지정된 요소를 제거합니다. 성공하면 true, 그렇지 않으면 false를 반환합니다.
요소 확인
- contains(Object o) : 지정된 요소가 존재하면 true, 그렇지 않으면 false를 반환합니다.
기타
- clear() : 모든 요소를 제거합니다.
- size() : HashSet에 포함된 요소의 개수를 반환합니다.
- isEmpty() : HashSet이 비어 있으면 true, 그렇지 않으면 false를 반환합니다.
- iterator() : 요소를 반복할 수 있는 Iterator를 반환합니다.
TreeSet
import java.util.TreeSet;
public class TreeSetExample {
public static void main(String[] args) {
// TreeSet 생성
TreeSet<String> set = new TreeSet<>();
// 요소 추가
set.add("Apple");
set.add("Banana");
set.add("Cherry");
set.add("Apple"); // 중복된 요소, 추가되지 않음
// 출력
System.out.println(set); // [Apple, Banana, Cherry]
// 요소 제거
set.remove("Banana");
// 특정 요소 존재 여부 확인
boolean hasApple = set.contains("Apple"); // true
boolean hasBanana = set.contains("Banana"); // false
// 전체 요소 출력
for (String fruit : set) {
System.out.println(fruit);
}
// 사이즈 확인
System.out.println("Size: " + set.size());
// 정렬된 집합에서 특정 범위의 요소 조회
System.out.println("First element: " + set.first());
System.out.println("Last element: " + set.last());
System.out.println("HeadSet (before 'Cherry'): " + set.headSet("Cherry"));
System.out.println("TailSet (from 'Apple'): " + set.tailSet("Apple"));
}
}컬렉션 프레임워크에서 Set 인터페이스를 구현한 클래스 중 하나로, 요소들이 정렬된 상태로 유지되도록 해줍니다.
주요 특징
- 정렬: TreeSet의 요소는 자동으로 정렬되며, 기본적으로 요소의 자연 순서에 따라 정렬됩니다. 정렬 방식을 변경하려면 생성자에서 Comparator를 제공할 수 있습니다.
- 반복: TreeSet은 정렬된 순서로 요소를 반복할 수 있습니다.
- null 요소: TreeSet은 null 요소를 허용하지 않습니다. null 요소를 추가하려고 하면 NullPointerException이 발생합니다.
주요 메소드
요소 추가
- add(E e) : 지정된 요소를 TreeSet에 추가합니다. 중복된 요소는 추가되지 않으며, 추가되면 true, 그렇지 않으면 false를 반환합니다.
요소 제거
- remove(Object o) : 지정된 요소를 TreeSet에서 제거합니다. 성공적으로 제거되면 true, 요소가 없으면 false를 반환합니다.
요소 확인
- contains(Object o) : TreeSet에 지정된 요소가 포함되어 있는지 확인합니다. 포함되어 있으면 true, 그렇지 않으면 false를 반환합니다.
기타
- first() : TreeSet에서 가장 첫 번째(최소) 요소를 반환합니다.
- last() : TreeSet에서 가장 마지막(최대) 요소를 반환합니다.
- SortedSet<E> headSet(E toElement) : 지정된 요소보다 작은 요소들로 구성된 SortedSet을 반환합니다.
- SortedSet<E> tailSet(E fromElement) : 지정된 요소보다 크거나 같은 요소들로 구성된 SortedSet을 반환합니다.
- SortedSet<E> subSet(E fromElement, E toElement) : 지정된 범위의 요소들로 구성된 SortedSet을 반환합니다. 범위는 fromElement(포함)와 toElement(포함되지 않음)입니다.
Map<K, V>
import java.util.HashMap;
import java.util.Map;
public class Main {
public static void main(String[] args) {
// HashMap 생성
Map<String, String> map = new HashMap<>();
// 요소 추가
map.put("key1", "value1");
map.put("key2", "value2");
// 값 조회
System.out.println("Value for key1: " + map.get("key1")); // value1
// 요소 제거
map.remove("key2");
// 전체 키-값 쌍 출력
for (Map.Entry<String, String> entry : map.entrySet()) {
System.out.println(entry.getKey() + ": " + entry.getValue());
}
// 사이즈 확인
System.out.println("Size: " + map.size()); // 1
}
}Map은 키와 값을 연관시켜 저장하며, 각 키는 고유하고 각 값은 키에 의해 매핑됩니다. Map 인터페이스는 Collection 프레임워크의 일부로, 키-값 쌍을 효율적으로 저장하고 검색하는 기능을 제공합니다.
주요 특징
- 키-값 쌍: Map은 키와 값의 쌍으로 데이터를 저장합니다. 각 키는 유일해야 하며, 같은 키를 사용하여 값을 덮어쓸 수 있습니다.
- 키의 유일성: Map에서는 같은 키를 두 번 사용할 수 없지만, 같은 값은 여러 번 사용할 수 있습니다.
- 빠른 검색: Map은 키를 사용하여 값을 빠르게 검색할 수 있는 효율적인 데이터 구조를 제공합니다.
주요 메소드
요소 추가
- put(K key, V value) : 지정된 키와 값을 Map에 추가합니다. 기존에 같은 키가 있으면 기존 값을 덮어쓰며, 이전 값을 반환합니다.
요소 제거
- remove(Object key) : 지정된 키에 대한 값을 제거하고 반환합니다. 키가 없으면 null을 반환합니다.
요소 확인
- get(Object key) : 지정된 키에 대한 값을 반환합니다. 키가 없으면 null을 반환합니다.
- containsKey(Object key) : 지정된 키가 Map에 존재하는지 확인합니다. 존재하면 true, 그렇지 않으면 false를 반환합니다.
- containsValue(Object value) : 지정된 값이 Map에 존재하는지 확인합니다. 존재하면 true, 그렇지 않으면 false를 반환합니다.
기타
- size() : Map에 저장된 키-값 쌍의 수를 반환합니다.
- isEmpty() : Map이 비어 있는지 확인합니다. 비어 있으면 true, 그렇지 않으면 false를 반환합니다.
- clear() : Map의 모든 키-값 쌍을 제거합니다.
- keySet() : Map에 있는 모든 키를 반환하는 Set을 반환합니다.
- Collection<V> values() : Map에 있는 모든 값을 반환하는 Collection을 반환합니다.
- Set<Map.Entry<K, V>> entrySet() : Map에 있는 모든 키-값 쌍을 반환하는 Set을 반환합니다. 각 요소는 Map.Entry 객체입니다.
출처
W3Schools.com
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www.w3schools.com
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