Chapter .15 컬렉션 프레임워크

JAVA/이것이 자바다

Chapter .15 컬렉션 프레임워크

개념원리 2021. 7. 29. 20:22

15.1 컬렉션 프레임워크 소개

- 컬렉션

• 사전적 의미로 요소(객체)를 수집해 저장하는 것

애플리케이션을 개발하다 보면 다수의 객체를 저장해 두고 필요할 때마다 꺼내서 사용하는 경우가 많다.

만약 10개의 Product 객체를 저장해두고, 필요할 때마다 하나씩 꺼내서 이용한다고 가정해보자.

어떻게 추가, 검색, 삭제 할 것인지 고민해야 하는데, 가장 간단한 방법은 배열을 이용하는 것이다.

- 배열의 문제점

• 저장할 수 있는 객체 수가 배열을 생성할 때 결정

→ 불특정 다수의 객체를 저장하기에는 문제

• 객체 삭제했을 때 해당 인덱스가 비게 됨

→ 낱알 빠진 옥수수 같은 배열

→ 객체를 저장하려면 어디가 비어있는지 확인해야

자바는 배열의 이러한 문제점을 해결하고, 널리 알려져 있는 자료구조(Data Structure)를 바탕으로 객체를 효율적으로 추가, 삭제, 검색 할 수 있도록 java.util 패키지에 컬렉션과 관련된 인터페이스와 클래스들을 포함시켜 놓았다.

이들을 총칭해서 컬렉션 프레임워크(Collection Framework)라고 부른다.

■ 컬렉션 프레임워크의 주요 인터페이스

컬렉션 프레임워크의 주요 인터페이스로는 List, Set, Map이 있다.

ArrayList, Vector, LinkedList는 List 인터페이스를 구현한 클래스로, List 인터페이스로 사용 가능한 컬렉션이다.

마찬가지로 HashSet, TreeSet은 Set 인터페이스를 구현한 클래스로 Set인터페이스로 사용 가능한 컬렉션이다.

HashMap, Hashtable, TreeMap, Properties는 Map 인터페이를 구현한 클래스로 Map 인터페이스로 사용 가능한 컬렉션이다.

15.2 List 컬렉션

List 컬렉션은 객체를 일렬로 늘어놓은 구조를 가지고 있다.

객체를 인덱스로 관리하기 때문에 객체를 저장하면 자동 인덱스가 부여되고 인덱스로 객체를 검색, 삭제할 수 있는 기능을 제공한다.

List컬렉션은 객체를 자체를 저장하는 것이 아니라 다음 그림과 같이 객체의 번지를 참조한다.

동일한 객체를 중복 저장할 수 있는데, 이 경우 동일한 번지가 참조된다.

null도 저장이 가능한데, 이 경우 해당 인덱스는 객체를 참조하지 않는다.

List 컬렉션에는 ArrayList, Vector, LinkedList등이 있다.

15.2.1 ArrayList

ArrayList는 List 인터페이스의 구현 클래스로, ArrayList에 객체를 추가하면 객체가 인덱스로 관리된다.

일반 배열과 ArrayList는 인덱스로 객체를 관리한다는 점에서 유사하지만, 큰 차이점을 가지고 있다.

배열을 생성할 때 크기가 고정되고 사용중에 크기를 변경할 수 없지만, ArrayList는 저장 용량(Capacity)을 초과한 객체들이 들어오면 자동적으로 저장 용량이 늘어난다.

ArrayList를 생성하기 위해서는 저장할 객체 타입을 타입 파라미터로 표기하고 기본 생성자를 호출하면 된다.

List<String> list = new ArrayList<String>();

기본 생성자로 ArrayList 객체를 생성하면 내부에 10개의 객체를 저장할 수 있는 초기 용량(capacity)을 가지게 된다.

저장되는 객체의 수가 늘어나면 자동적으로 용량이 늘어나지만, 처음부터 용량을 크게 잡을 수도 있다.

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

ArrayList에 객체를 추가하면 인덱스 0부터 차례대로 저장된다.

ArrayList에서 특정 인덱스의 객체를 제거하면 바로 뒤 인덱스부터 마지막 인덱스까지 모두 앞으로 1씩 당겨진다.

마찬가지로 특정 인덱스에 객체를 삽입하면 해당 인덱스부터 마지막 인덱스까지 모두 1씩 밀려난다.

따라서 객체의 빈번학 삭제와 삽입이 일어나는 곳에서 ArrayList를 사용하는 것은 바람직하지 않다.

import java.util.Arrays;
import java.util.List;

public class ArraysAsListExample {
	public static void main(String[] args) {
		List<String> list1 = Arrays.asList("홍길동", "신용권", "감자바"); //asList : 고정된 객들로 List 생성
		for(String name: list1) {
			System.out.println(name);
		}
		
		List<Integer> list2 = Arrays.asList(1, 2, 3);
		for(int value : list2) {
			System.out.println(value);
		}
	}
}

15.2.2 Vector

Vector는 ArrayList와 동일한 내부 구조를 가지고 있다.

Vector를 생성하기 위해서는 저장 할 객체타입을 파라미터로 표기하고 기본 생성자를 호출하면 된다.

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

ArrayList와 다른 점은 Vector는 동괴화된(synchronized) 메소드로 구성되어 있기 때문에 멀티 스레드가 동시에 이 메소드들을 실행할 수 없고, 하나의 스레드가 실행ㅇ르 완료해야만 다른 스레드를 실행할 수 있다.

그래서 멀티 스레드 환경에서 안전하게 객체를 추가, 삭제할 수 있다.

이것을 스레드가 안전 하다(Thread Sate) 라고 말한다.

import java.util.List;
import java.util.Vector;

public class VectorExample {
	public static void main(String[] args) {
		List<Board> list = new Vector<Board>();
	
		list.add(new Board("제목1", "내용1", "글쓴이1"));
		list.add(new Board("제목2", "내용2", "글쓴이2"));
		list.add(new Board("제목3", "내용3", "글쓴이3"));
		list.add(new Board("제목4", "내용4", "글쓴이4"));
		list.add(new Board("제목5", "내용5", "글쓴이5"));
		
		list.remove(2);
		list.remove(3);
		
		for(int i=0; i<list.size(); i++) {
			Board board = list.get(i);
			System.out.println(board.subject + "\t" + board.content + "\t" + board.writer);
		}
	}
}

public class Board {
	String subject;
	String content;
	String writer;
	public Board(String subject, String content, String writer) {
		this.subject = subject;
		this.content = content;
		this.writer = writer;
	}
}

15.2.3 LinkedList

LinkedList는 List 구현 클래스이므로 ArrayList와 사용 방법은 똑같지만 내부 구조는 완전 다르다.

ArrayList는 내부 배열에 객체를 저장해서 인덱스로 관리하지만, LInkedList는 인접 참조를 링크해서 체인처럼 관리한다.

LinkedList에서 특정 인덱스의 객체를 제거하면 앞 뒤 링크만 변경되고 나머지 링크는 변경되지 않는다.

특정 인덱스에 객체를 삽입할때에도 마찬가지이다.

ArrayList는 중간 인덱스의 객체를 제거하면 뒤의 객체는 인덱스가 1씩 앞으로 당겨진다고 했다.

그렇기 때문에 빈번한 객체 삭제와 삽입이 일어나는 곳에서는 ArrayList보다 LinkedList가 더 좋은 성능을 발휘한다.

LinkedList를 생성하기 위해서는 저장할 객체 타입을 파라미터(E)에 표기하고 기본 생성자를 호출하면 된다.

LinkedList가 처음 생성될 떄에는 어떠한 링크도 만들어지지 않기 때문에 내부는 비어있다고 보면 된다.

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

ArrayList와 LinkedList의 성능 비교

import java.util.ArrayList;
import java.util.LinkedList;
import java.util.List;

public class LinkedListExample {
	public static void main(String[] args) {
		List<String> list1 = new ArrayList<String>();
		List<String> list2 = new LinkedList<String>();
		
		long startTime;
		long endTime;
		
		startTime = System.nanoTime();
		for(int i=0; i<10000; i++) {
			list1.add(0, String.valueOf(i));
		}
		endTime = System.nanoTime();
		System.out.println("ArrayList 걸린시간: " + (endTime-startTime) + " ns");
		
		startTime = System.nanoTime();
		for(int i=0; i<10000; i++) {
			list2.add(0, String.valueOf(i));
		}
		endTime = System.nanoTime();
		System.out.println("LinkedList 걸린시간: " + (endTime-startTime) + " ns");
	}
}

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

15.3 Set 컬렉션

List컬렉션은 저장 순서를 유지하지만, Set 컬렉션은 저장 순서가 유지되지 않는다.

또한 객체를 중복해서 저장할 수 없고, 하나의 Null만 저장할 수 있다.

• 수학의 집합에 비유

• 저장 순서가 유지되지 않음

• 객체를 중복 저장 불가

• 하나의 null만 저장 가능

Set컬렉션은 구슬 주머니와도 같다.

동일한 구슬을 두 개 넣을 수 없고, 들어갈(저장할) 때의 순서와 나올(찾을) 대의 순서가 다를 수도 있다.

- 구현 클래스

• HashSet, LinkedHashSet, TreeSet

- 주요 메소드

Set 컬렉션은 인덱스로 객체를 검색해서 가져오는 메소드가 없다.

대신, 전체 객체를 대상으로 한번씩 반복해서 가져오는 반복자(Iterator)를 제공한다.

반복자는 Iterator 인터페이스를 구현한 객체를 말하는데, iterator() 메소드를 호출하면 얻을 수 있다.

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

리턴 타입	메소드명	설명
boolean	hasNext()	가져올 객체가 있으면 true를 리턴하고 없으면 false를 리턴한다.
E	next()	컬렉션에서 하나의 객체를 가져온다.
void	remove()	Set 컬렉션에서 객체를 제거한다.

Set<String> set = ...;
Iterator<String> it = set.iterator();
while(it.hasNext()){
    //String 객체를 하나 가져옴
    String str = it.next();
}

Iterator를 사용하지 않더라도 향상된 for문을 이용해서 전체 객체를 대상으로 반복 할 수 있다.

Set<String> set = ...;
for(String str : set){

}

15.3.1 HashSet

HashSet은 Set 인터페이스의 구현 클래스이다.

HashSet을 생성하기 위해서는 다음과 같이 기본 생성자를 호출하면 된다.

Set<E> set = new HashSet<E>();

- 특징

• 동일 객체 및 동등 객체는 중복 저장하지 않음

• 동등 객체 판단 방법

HashSet은 객체들을 순서 없이 저장하고 동일한 객체는 중복 저장하지 않는다.

HashSet이 판단하는 동일한 객체란 꼭 같은 인스턴스를 뜻하지 않는다.

HashSet은 객체를 저장하기 전에 먼저 객체의 hashCode() 메소드를 호출해서 해시코드를 얻어낸다.

그리고 이미 저장되어 있는 객체들의 해시코드와 비교한다.

만약 동일한 해시코드가 있다면 다시 equals() 메소드로 두 객체를 비교해서 true가 나오면 동일한 객체로 판단하고 중복 저장을 하지 않는다.

문자열을 HashSet에 저장할 경우 같은 문자열을 갖는 String 객체는 동등한 객체로 간주되고 다른 문자열을 갖는 String 객체는 다른 객체로 간주되는데, 그 이유는 String 클래스가 hashCode()와 equals()메소드를 재정의해서 같은 문자열일 경우 hashCode() 리턴값을 같게, equals()의 리턴값은 true가 나오도록 했기 때문이다.

import java.util.*;

public class HashSetExample1 {
	public static void main(String[] args) {
		Set<String> set = new HashSet<String>();
		
		set.add("Java");
		set.add("JDBC");
		set.add("Servlet/JSP");
		set.add("Java");
		set.add("iBATIS");
		
		int size = set.size();
		System.out.println("총 객체수: " + size);
		
		Iterator<String> iterator = set.iterator();
		while(iterator.hasNext()) {
			String element = iterator.next();
			System.out.println("\t" + element);
		}
		
		set.remove("JDBC");
		set.remove("iBATIS");
		
		System.out.println("총 객체수: " + set.size());
		
		for(String element : set) {
			System.out.println("\t" + element);
		}
		
		set.clear();		
		if(set.isEmpty()) { System.out.println("비어 있음"); }
	}
}

15.4 Map 컬렉션

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

• 키와 값은 모두 객체

• 키는 중복될 수 없지만 값은 중복 저장 가능

Map 컬렉션은 키(key)와 값(value)으로 구성된 Entry 객체를 저장하는 구조를 가지고 있다.

여기서 키와 값은 모두 객체이다.

키는 저장될 수 없지만 값은 중복 저장될 수 있다.

만약 기존에 저장된 키와 동일한 키로 값을 저장함녀 기존의 값은 없어지고 새로운 값으로 대치된다.

- 구현 클래스

• HashMap, Hashtable, LinkedHashMap, Properties, TreeMap

- 주요 메소드

15.4.1 HashMap

HashMap은 Map 인터페이스를 구현한 대표적인 Map 컬렉션이다.

HashMap의 키로 사용할 객체는 hashCode()와 equals() 메소드를 재정의해서 동등 객체가 될 조건을 정해야 한다.

동등객체, 즉 동일한 키가 될 조건은 hashCode()의 리턴값이 같아야 하고, equals() 메소드가 true를 리턴해야 한다.

주로 키 타입은 String을 많이 사용하는데 String은 문자열이 같은 경우 동등 객체가 될 수 있도록 hashCode()와 equals()를 재정의 되어 있다.

HahsMap을 생성하기 위해서는 키 타입과 값 타입을 파라매터로 주고 기본 생성자를 호출하면 된다.

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

다음은 이름을 키로, 점수를 값으로 저장하는 HashMap 사용 방법을 보여준다.

import java.util.HashMap;
import java.util.Iterator;
import java.util.Map;
import java.util.Set;

public class HashMapExample1 {
	public static void main(String[] args) {
		//Map 컬렉션 생성
		Map<String, Integer> map = new HashMap<String, Integer>();
		
		//객체 저장
		map.put("신용권", 85);
		map.put("홍길동", 90);
		map.put("동장군", 80);
		map.put("홍길동", 95);
		System.out.println("총 Entry 수: " + map.size());
		
		//객체 찾기		
		System.out.println("\t홍길동 : " + map.get("홍길동"));
		System.out.println();
		
		//객체를 하나씩 처리
		Set<String> keySet = map.keySet();
		Iterator<String> keyIterator = keySet.iterator();
		while(keyIterator.hasNext()) {
		  String key = keyIterator.next();
		  Integer value = map.get(key);
		  System.out.println("\t" + key + " : " + value);
		}		
		System.out.println();	
		
		//객체 삭제
		map.remove("홍길동");
		System.out.println("총 Entry 수: " + map.size());
		
		//객체를 하나씩 처리
		Set<Map.Entry<String, Integer>> entrySet = map.entrySet();
		Iterator<Map.Entry<String, Integer>> entryIterator = entrySet.iterator();
		while(entryIterator.hasNext()) {
		  Map.Entry<String, Integer> entry = entryIterator.next();
		  String key = entry.getKey();
		  Integer value = entry.getValue();
		  System.out.println("\t" + key + " : " + value);
		}
		System.out.println();
		
		//객체 전체 삭제
		map.clear();
		System.out.println("총 Entry 수: " + map.size());
	}
}

15.4.2 HashTable

HashTable은 HashMap과 동일한 내부 구조를 가지고 있다.

HashTable도 키로 사용 할 객체는 hashCode()와 equals() 메소드를 재정의해서 동등 객체가 될 조건을 정해야 한다.

HashMap과의 차이점은 HashTable은 동기화된(synchronized) 메소드로 구성되어 있기 때문에 멀티 스레드가 동시에 이 메소드를 실행할 수는 없고, 하나의 스레드가 실행 완료 해야만 다른 스레드르 실행할 수 있다.

그래서 멀티 스레드 환경에서 안전하게 객체를 추가, 삭제 할 수 있다.

이것을 스레드가 안전하다(thread safe) 라고 한다.

다음은 키보드로 아이디와 비밀번호를 입력 받아서, HashTable에 저장되어 있는 키(아이디)와 값(비빌번호)으로 비교한 후 로그인 여부를 출력하는 예제이다.

import java.util.*;

public class HashtableExample {
	public static void main(String[] args) {
		Map<String, String> map = new Hashtable<String, String>();

		map.put("spring", "12");
		map.put("summer", "123");
		map.put("fall", "1234");
		map.put("winter", "12345");
		
		Scanner scanner = new Scanner(System.in);
		
		while(true) {
			System.out.println("아이디와 비밀번호를 입력해주세요");
			System.out.print("아이디: ");
			String id = scanner.nextLine();
			
			System.out.print("비밀번호: ");
			String password = scanner.nextLine();
			System.out.println();
			
			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");
			}
		}
	}
}

15.4.3 Properties

- 특징

• 키와 값을 String 타입으로 제한한 Map 컬렉션

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

Properties는 HashTable의 하위 클래스이기 때문에 HashTable의 모든 특징을 그대로 가지고 있다.

차이점은 HashTable은 키와 값을 다양한 타입으로 지정이 가능한데 비해 Properties는 키와 값을 String 타입으로 제한한 컬렉션이다.

- 프로퍼티(~.properties) 파일

• 옵션 정보, 데이터베이스 연결 정보, 국제화(다국어) 정보를 기록

– 텍스트 파일로 활용

• 애플리케이션에서 주로 변경이 잦은 문자열을 저장

– 유지 보수를 편리하게 만들어 줌

• 키와 값이 = 기호로 연결되어 있는 텍스트 파일

– ISO 8859-1 문자셋으로 저장

– 한글은 유니코드(Unicode)로 변환되어 저장

다음은 데이터베이스 연결정보가 있는 프로퍼티 파일의 내용이다.

driver=oracle.jdbc.OracleDirver
url=jdbc:oracle:thin:@localhost:1521:orcl
username=scott
password=tiger

import java.io.FileReader;
import java.net.URLDecoder;
import java.util.Properties;

public class PropertiesExample {
	public static void main(String[] args) throws Exception {
		Properties properties  = new Properties();
		String path = PropertiesExample.class.getResource("database.properties").getPath();
		path = URLDecoder.decode(path, "utf-8");
		properties.load(new FileReader(path));
		
		String driver = properties.getProperty("driver");
		String url = properties.getProperty("url");
		String username = properties.getProperty("username");
		String password = properties.getProperty("password"); 
		
		System.out.println("driver : " + driver);
		System.out.println("url : " + url);
		System.out.println("username : " + username);
		System.out.println("password : " + password);
	}
}

프로퍼티를 읽기 우ㅣ해서는 Properties 객체를 생성하고, load() 메소드를 호출하면 된다.

load() 메소드는 프로퍼티 파일로부터 데이터를 읽기 위해 FileReader 객체를 매개값으로 받는다.

15.5 검색 기능을 강화시킨 컬렉션

컬렉션 프레임워크는 검색 기능을 강화시킨 TreeSet과 TreeMap을 제공하고 있다.

이름에서 알수 있듯이 TreeSet은 Set 컬렉션이고, TreeMap은 Map 컬렉션이다.

이 컬렉션들은 이진 트리(binary Tree)를 이용해서 계층적 구조(Tree 구조)를 가지면서 객체를 저장한다.

15.5.1 이진 트리 구조

이진트리(binary tree)는 여러개의 노드(node)가 트리 형태로 연결된 구조로, 루트 노드(root node)라고 불리는 하나의 노드에서 부터 시작해서 각 노드에 최대 2개의 노드를 연결할 수 있는 구조를 가지고 있다.

■ 이진 트리 구조

- 부모 노드와 자식 노드로 구성

• 왼쪽 자식 노드: 부모 보다 적은 값

• 오른쪽 자식 노드: 부모 보다 큰 값

- 정렬 쉬움

• 올림 차순: [왼쪽노드→부모노드→오른쪽노드]

• 내림 차순: [오른쪽노드→부모노드→왼쪽노드]

첫 번째로 저장되는 값은 루트 노드가 되고, 두 번째 값은 루트 노트부터 시작해서 값의 크기를 비교하면서 트리를 따라 내려간다.

작은 값은 왼쪽에, 큰 값은 오른쪽에 저장한다.

숫자가 아닌 문자를 저장할 경우에는 문자의 유니코드 값으로 비교한다.

이렇게 트리를 구성하면, 왼쪽 마지막 노드가 제일 작은 값이 되고, 오른쪽 마지막 노드까지 [왼쪽 노드 → 오른쪽 노드 → 왼쪽 노드] 순으로 값을 읽으면 내림차순으로 정렬된 값을 얻을 수 있다.

15.2.2 TreeSet

TreeSet은 이진트리를 기반으로 한 Set컬렉션이다.

하나의 노드는 노드값인 value와 왼쪽과 오른쪽 자식 노드를 참조하기 위한 두 개의 변수로 구성된다.

TreeSet에 객체를 저장하면 자동으로 정렬되는데 부모값과 비교해서 낮은 것은 왼쪽 자식 노드에, 높은 것은 오른쪽 자식노드에 저장한다.

TreeSet을 생성하기 위해서는 저장할 객체 타입을 파라미터로 표기하고 기본 생성자를 호출하면 된다.

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

Set 인터페이스 타입 변수에 대입해도 되지만 TreeSet 클래스 타입으로 대입한 이유는 객체를 찾거나 범위 검색과 관련된 메소드를 사용하기 위해서이다.

- 주요 메소드

• 특정 객체를 찾는 메소드: first(), last(), lower(), higher(), …

• 정렬 메소드: descendingIterator(), descendingSet()

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

다음 예제는 점수를 무작위로 저장하고 특정 점수를 찾는 방법을 보여준다.

import java.util.TreeSet;

public class TreeSetExample1 {
	public static void main(String[] args) {
		TreeSet<Integer> scores = new TreeSet<Integer>();
		scores.add(new Integer(87));
		scores.add(new Integer(98));
		scores.add(new Integer(75));
		scores.add(new Integer(95));
		scores.add(new Integer(80));
		
		Integer score = null;
		
		score = scores.first();
		System.out.println("가장 낮은 점수: " + score);
		
		score = scores.last();
		System.out.println("가장 높은 점수: " + score + "\n");
		
		score = scores.lower(new Integer(95));
		System.out.println("95점 아래 점수: " + score);
		
		score = scores.higher(new Integer(95));
		System.out.println("95점 위의 점수: " + score + "\n");		
		
		score = scores.floor(new Integer(95));
		System.out.println("95점 이거나 바로 아래 점수: " + score);
		
		score = scores.ceiling(new Integer(85));
		System.out.println("85점 이거나 바로 위의 점수: " + score + "\n");
		
		while(!scores.isEmpty()) {
			score = scores.pollFirst();
			System.out.println(score + "(남은 객체 수: " + scores.size() + ")");
		}
	}
}

15.5.3 TreeMap

TreeMap은 이진 트리를 기반으로 한 Map 컬렉션이다.

TreeSet과의 차이점은 키와 값이 저장된 Map.Entry를 저장한다는 점이다.

TreeMap에 객체를 저장하면 자동으로 정렬되는데, 기본적으로 부모 키값과 비교해서 키 값이 낮은 것은 왼쪽자식노드에, 키 값이 높은 것은 오른쪽 자식 노드에 Map.Entry 객체를 저장한다.

TreeMap을 생성하기 위해서는 키로 저장할 객체 타입과 값으로 저장할 객체 타입을 타입 파라미터로 주고 기본 생성자를 호출하면 된다.

TreeMap<K, V> treeMap = new TreeMap<K, V>();

Map 인터페이스를 대입해도 되지만 TreeMap 클래스 타입으로 대입한 이유는 특정 객체를 찾거나 범위 검색과 관련된 메소드를 사용하기 위해서이다.

- 주요 메소드

• 단일 노드 객체를 찾는 메소드: firstEntry(), lastEntry(), lowerEntry(), higherEntry(), …

• 정렬 메소드: descendingKeySet(), descendingMap()

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

다음 예제는 점수를 키로, 값을 이름으로 해서 무작위로 저장하고 특정 Map.Entry를 찾는 방법을 보여준다.

import java.util.Map;
import java.util.TreeMap;

public class TreeMapExample1 {
	public static void main(String[] args) {
		TreeMap<Integer,String> scores = new TreeMap<Integer,String>();
		scores.put(new Integer(87), "홍길동");
		scores.put(new Integer(98), "이동수");
		scores.put(new Integer(75), "박길순");
		scores.put(new Integer(95), "신용권");
		scores.put(new Integer(80), "김자바");
		
		Map.Entry<Integer, String> entry = null;
		
		entry = scores.firstEntry();
		System.out.println("가장 낮은 점수: " + entry.getKey() + "-" + entry.getValue());
		
		entry = scores.lastEntry();
		System.out.println("가장 높은 점수: " + entry.getKey() + "-" + entry.getValue() + "\n");
		
		entry = scores.lowerEntry(new Integer(95));
		System.out.println("95점 아래 점수: " + entry.getKey() + "-" + entry.getValue());
		
		entry = scores.higherEntry(new Integer(95));
		System.out.println("95점 위의 점수: " + entry.getKey() + "-" + entry.getValue() + "\n");
		
		entry = scores.floorEntry(new Integer(95));
		System.out.println("95점 이거나 바로 아래 점수: " + entry.getKey() + "-" + entry.getValue());
		
		entry = scores.ceilingEntry(new Integer(85));
		System.out.println("85점 이거나 바로 위의 점수: " + entry.getKey() + "-" + entry.getValue() + "\n");
		
		while(!scores.isEmpty()) {
			entry = scores.pollFirstEntry();
			System.out.println(entry.getKey() + "-" + entry.getValue() + "(남은 객체 수: " + scores.size() + ")");
		}
	}
}

15.5.4 Comparable과 Comparator

TreeSet의 객체와 TreeMap의 키는 저장과 동시에 자동 오름차순으로 정렬되는데, 숫자 (Integer, Double) 타입일 경우에는 값으로 정렬하고, 문자열(String)일 경우에는 유니코드로 정렬한다.

TreeSet과 TreeMap은 정렬을 위해 java.lang.Comparable을 구현한 객체를 요구하는데, Integer, Double, String은 모두 Comparable 인터페이스를 구현하고 있다.

사용자 정의 클래스도 Comparable을 구현한다면 자동 정렬이 가능하다.

Comparable에는 comparaTo() 메소드가 정의되어 있기 때문에 사용자 정의 클래스에서는 이 메소드를 오버라이딩 하여 다음과 같이 리턴값을 만들어야 한다.

리턴타입	메소드	설명
int	compareTo( T o )	주어진 객체와 같으면 0을 리턴 주어진 객체보다 적으면 음수를 리턴 주어진 객체보다 크면 양수를 리턴

다음은 나이를 기준으로 Person 객체를 오름차순으로 정렬하기 위해 Comparable 인터페이스를 구현한 것이다.

나이가 적을 경우에는 -1을, 동일한 경우에는 0을, 클 경우는 1을 리턴하도록 compareTo() 메소드를 재정의 하였다.

public class Person implements Comparable<Person> {
	public String name;
	public int age;
	
	public Person(String name, int age) {
		this.name = name;
		this.age = age;
	}
	
	@Override
	public int compareTo(Person o) {
		if(age<o.age) return -1;
		else if(age == o.age) return 0;
		else  return 1;
	}
}

import java.util.Iterator;
import java.util.TreeSet;

public class ComparableExample {
	public static void main(String[] args) {
		TreeSet<Person> treeSet = new TreeSet<Person>();
		
		treeSet.add(new Person("홍길동", 45));
		treeSet.add(new Person("감자바", 25));
		treeSet.add(new Person("박지원", 31));
		
		Iterator<Person> iterator = treeSet.iterator();
		while(iterator.hasNext()) {
			Person person = iterator.next();
			System.out.println(person.name + ":" + person.age);
		}
	}
}

TreeSet의 객체와 TreeMap의 키가 Comparable을 구현하고 있지 않은 경우에는 저장하는 순간 ClassCastException이 발생한다.

그렇다면 Comparable 비구현 객체를 정렬하는 방법은 없을까?

TreeSet또는 TreeMap 생성자의 매개값으로 정렬자(Comparator)를 제공하면 된다.

TreeSet<E> treeSet = new TreeSet<E>( new AscendingComparator() ); //오름차순

TreeMap<K,V> treeMap = new TreeMap<K,V>( new DescendingComparator() ); //내림차순

15.6 LIFO와 FIFO 컬렉션

후입선출(LIFO : Last In First Out)은 나중에 넣은 객체가 먼저 빠져나가는 자료구조를 말한다. (Stack)

반대로 선입선출(FIFO : First In First Out)은 먼저 넣은 객체가 먼저 빠져나가는 구조를 말한다. (Queue)

스택(Stack)을 이용한 대표적인 응용 예가 JVM 스택 메모리이다.

스택 메모리에 저장된 변수는 나중에 저장된 것부터 제거된다.

큐(Queue)를 이용한 대표적인 예가 스레드풀(ExecutorService)의 작업큐이다.

작업 큐는 먼저 들어온 작업부터 처리한다.

15.6.1 Stack

Stack은 LIFO 자료구조를 구현한 클래스이다.

Stack 객체를 생성하기 위해서는 저장할 객체의 타입을 파라미터로 표기하고 기본 생성자를 호출하면 된다.

Stack<E> stack = new Stack<E>();

다음은 택시에서 많이 볼 수 있는 동전 케이스를 Stack클래스로 구현한 예제이다 .

동전 케이스는 위에만 오픈이 되어 있는 스택 구조를 갖는다.

먼저 넣은 동전은 제일 밑에 깔리고 나중에 넣은 동전이 위에 쌓이기 때문에 Stack에서 동전을 빼면 마지막에 넣은 동전이 먼저 나온다.

public class Coin {
	private int value;
	
	public Coin(int value) {
		this.value = value;
	}
	
	public int getValue() {
		return value;
	}
}

import java.util.Stack;

public class StackExample {
	public static void main(String[] args) {
		Stack<Coin> coinBox = new Stack<Coin>();
		
		coinBox.push(new Coin(100));
		coinBox.push(new Coin(50));
		coinBox.push(new Coin(500));
		coinBox.push(new Coin(10));
		
		while(!coinBox.isEmpty()) {
			Coin coin = coinBox.pop();
			System.out.println("꺼내온 동전 : " + coin.getValue() + "원");
		}

	}
}

15.6.2 Queue

Queue 인터페이스는 FIFO 자료구조에서 사용되는 메소드를 정의하고 있다.

Queue 인터페이스를 구현한 대표적인 클래스는 LinkedList이다.

LInkedList는 List 인터페이스를 구현했기 때문에 List컬렉션이기도 하다.

다음 코드는 LinkedList 객체를 Queue 인터페이스 타입으로 변환한 것이다.

Queueu<E> queue = new LinkedList<E>();

다음은 Queue를 이용하여 간단한 메시지 큐를 구현한 예제이다.

먼저 넣은 메시지가 반대쪽으로 먼저 나오기 때문에 먼저 넣은 순서대로 메시지가 처리된다.

public class Message {
	public String command;
	public String to;
	
	public Message(String command, String to) {
		this.command = command;
		this.to = to;
	}
}

import java.util.LinkedList;
import java.util.Queue;

public class QueueExample {
	public static void main(String[] args) {
		Queue<Message> messageQueue = new LinkedList<Message>();
		
		messageQueue.offer(new Message("sendMail", "홍길동"));
		messageQueue.offer(new Message("sendSMS", "신용권"));
		messageQueue.offer(new Message("sendKakaotalk", "홍두께"));
		
		while(!messageQueue.isEmpty()) {
			Message message = messageQueue.poll();
			switch(message.command) {
				case "sendMail":
					System.out.println(message.to + "님에게 메일을 보냅니다.");
					break;
				case "sendSMS":
					System.out.println(message.to + "님에게 SMS를 보냅니다.");
					break;
				case "sendKakaotalk": 
					System.out.println(message.to + "님에게 카카오톡를 보냅니다.");
					break;
			}
		}
	}
}

15.7 동기화 된 컬렉션

- 비 동기화된 컬렉션을 동기화된 컬렉션으로 래핑

컬렉션 프레임워크의 대부분의 클래스들은 싱글 스레드 환경에서 사용할 수 있도록 설계되었다.

그렇기 때문에 여러 스레드가 동시에 컬렉션에 접근한다면 의도치 않게 요소가 변경될 수 있는 불안전한 상태가 된다.

Vector와 HashTable은 동기화된(synchronized) 메소드로 구성되어 있기 때문에 멀티 스레드 환경에서 안전하게 요소를 처리할 수 있지만, ArrayList와 HashSet, HashMap은 동기화된 메소드로 구성되어 있지 않아 멀티 스레드 환경에서 안전하지 않다.

경우에 따라서는 ArrayList, HashSet, HashMap을 싱글 스레드 환경에서 사용하다가 멀티 스레드 환경으로 전달 할 필요도 있을 것이다.

이런 경우를 대비해서 컬렉션 프레임워크는 비동기화된 메소드를 동기화된 메소드로 래핑하는 Collections의 synchronizedXXX() 메소드를 제공하고 있다.

매개값으로 비동기화된 컬렉션을 대입하면 동기화된 컬렉션을 리턴한다.

다음은 ArrayList를 Collections.synchronizedList() 메소드를 사용해서 동기화된 List로 변환한다.

다음 코드는 HashSet을 Collections.synchronizedSet() 메소드를 사용해서 동기화된 Set으로 변환한다.

다음 코드는 HashMap을 Collections.synchronizedMap() 메소드를 사용해서 동기화된 Map 으로 변환한다.

15.8 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 가능하게 à 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>();