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Map 컬렉션 클래스

Map 컬렉션 클래스

• Map인터페이스는 Collection 인터페이스와는 다른 저장 방식을 가집니다.
• Map인터페이스를 구현한 Map컬렉션 클래스들은 키와 값을 하나의 쌍으로 저장하는 방식(key-value 방식)을 사용합니다.
• 여기서 키(key)란 실질적인 값(value)을 찾기 위한 이름의 역할을 합니다.
• Map인터페이스를 구현한 모든 Map컬렉션 클래스는 다음과 같은 특징을 가집니다.
  1. 요소의 저장 순서를 유지하지 않습니다.
  2. 키는 중복을 허용하지 않지만, 값의 중복은 허용합니다.
• 대표적인 Map컬렉션 클래스에 속하는 클래스는 다음과 같습니다.
  1. HashMap<K, V>
  2. Hashtable<K, V>
  3. TreeMap<K, V>

HashMap<K, V> 클래스

• HashMap클래스는 Map컬렉션 클래스에서 가장 많이 사용되는 클래스 중 하나입니다.
• JDK 1.2부터 제공된 HashMap클래스는 해시 알고리즘(hash algorithm)을 사용하여 검색 속도가 매우 빠릅니다.
• HashMap클래스는 Map인터페이스를 구현하므로, 중복된 키로는 값을 저장할 수 없습니다.
• 하지만 같은 값을 다른 키로 저장하는 것은 가능합니다.

다음 예제는 여러 HashMap메소드를 이용하여 맵을 생성하고 조작하는 예제입니다.

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

// put() 메소드를 이용한 요소의 저장
hm.put("삼십", 30);
hm.put("십", 10);
hm.put("사십", 40);
hm.put("이십", 20);

// Enhanced for 문과 get() 메소드를 이용한 요소의 출력
System.out.println("맵에 저장된 키들의 집합 : " + hm.keySet());
for (String key : hm.keySet()) {
    System.out.println(String.format("키 : %s, 값 : %s", key, hm.get(key)));
}

// remove() 메소드를 이용한 요소의 제거
hm.remove("사십");

// iterator() 메소드와 get() 메소드를 이용한 요소의 출력
Iterator<String> keys = hm.keySet().iterator();
while (keys.hasNext()) {
    String key = keys.next();
    System.out.println(String.format("키 : %s, 값 : %s", key, hm.get(key)));
}

// replace() 메소드를 이용한 요소의 수정
hm.replace("이십", 200);

for (String key : hm.keySet()) {
    System.out.println(String.format("키 : %s, 값 : %s", key, hm.get(key)));
}

// size() 메소드를 이용한 요소의 총 개수
System.out.println("맵의 크기 : " + hm.size());

위의 예제에서 사용된 keySet()메소드는 해당 맵에 포함된 모든 키 값들을 하나의 집합(Set)으로 반환해 줍니다.

HashMap<K, V> 메소드

HashMap<K, V>클래스에서 제공하는 주요 메소드는 다음과 같습니다.

TreeMap<K, V> 메소드

TreeMap<K, V>클래스에서 제공하는 주요 메소드는 다음과 같습니다.

[참고 자료]

http://www.tcpschool.com/java/java_collectionFramework_map

Set 컬렉션 클래스

Set 컬렉션 클래스

Set인터페이스를 구현한 모든 Set컬렉션 클래스는 다음과 같은 특징을 가집니다.

1. 요소의 저장 순서를 유지하지 않습니다.
2. 같은 요소의 중복 저장을 허용하지 않습니다.

대표적인 Set컬렉션 클래스에 속하는 클래스는 다음과 같습니다.

1. HashSet<E>
2. TreeSet<E>

HashSet<E> 클래스

• HashSet클래스는 Set컬렉션 클래스에서 가장 많이 사용되는 클래스 중 하나입니다.
• JDK 1.2부터 제공된 HashSet클래스는 해시 알고리즘(hash algorithm)을 사용하여 검색 속도가 매우 빠릅니다.
• 이러한 HashSet클래스는 내부적으로 HashMap인스턴스를 이용하여 요소를 저장합니다.
• HashSet클래스는 Set인터페이스를 구현하므로, 요소를 순서에 상관없이 저장하고 중복된 값은 저장하지 않습니다.
• 만약 요소의 저장 순서를 유지해야 한다면 JDK 1.4부터 제공하는 LinkedHashSet클래스를 사용하면 됩니다.

다음 예제는 여러 HashSet메소드를 이용하여 집합을 생성하고 조작하는 예제입니다.

HashSet<String> hs01 = new HashSet<String>();
HashSet<String> hs02 = new HashSet<String>();

// add() 메소드를 이용한 요소의 저장
hs01.add("홍길동");
hs01.add("이순신");
System.out.println(hs01.add("임꺽정"));
System.out.println(hs01.add("임꺽정")); // 중복된 요소의 저장

// Enhanced for 문과 get() 메소드를 이용한 요소의 출력
for (String e : hs01) {
    System.out.print(e + " ");
}
System.out.print("\n");

// add() 메소드를 이용한 요소의 저장
hs02.add("임꺽정");
hs02.add("홍길동");
hs02.add("이순신");

// iterator() 메소드를 이용한 요소의 출력
Iterator<String> iter02 = hs02.iterator();
while (iter02.hasNext()) {
    System.out.print(iter02.next() + " ");
}
System.out.print("\n");

// size() 메소드를 이용한 요소의 총 개수
System.out.println("집합의 크기 : " + hs02.size());

• 위의 예제에서 요소의 저장 순서를 바꿔도 저장되는 순서에는 영향을 미치지 않는 것을 확인할 수 있습니다.
• 또한, add()메소드를 사용하여 해당 HashSet에 이미 존재하는 요소를 추가하려고 하면, 해당 요소를 저장하지 않고 false를 반환하는 것을 볼 수 있습니다.
• 이때 해당 HashSet에 이미 존재하는 요소인지를 파악하기 위해서는 내부적으로 다음과 같은 과정을 거치게 됩니다.
  1. 해당 요소에서 hashCode()메소드를 호출하여 반환된 해시값으로 검색할 범위를 결정합니다.
  2. 해당 범위 내의 요소들을 equals()메소드로 비교합니다.
• 따라서 HashSet에서 add()메소드를 사용하여 중복 없이 새로운 요소를 추가하기 위해서는 hashCode()와 equals()메소드를 상황에 맞게 오버라이딩해야 합니다.

다음 예제는 사용자가 정의한 Animal 클래스의 인스턴스를 HashSet에 저장하기 위해 hashCode()와 equals()메소드를 오버라이딩한 예제입니다.

class Animal {
   String species;
   String habitat;

   Animal(String species, String habitat) {
	    this.species = species;
	    this.habitat = habitat;
	}

	 public int hashCode() { return (species + habitat).hashCode(); }
	
   public boolean equals(Object obj) {
	     if(obj instanceof Animal) {
	         Animal temp = (Animal)obj;
	         return species.equals(temp.species) && habitat.equals(temp.habitat);
	     } else {
	         return false;
	     }
	 }
}

public class Set02 {
    public static void main(String[] args) {
        HashSet<Animal> hs = new HashSet<Animal>();

        hs.add(new Animal("고양이", "육지"));
        hs.add(new Animal("고양이", "육지")); // 무효
        hs.add(new Animal("고양이", "육지")); // 무효

        System.out.println(hs.size());
    }
}

add()메소드를 통해 같은 값을 가지는 Animal 인스턴스를 여러 번 저장하지만, size()메소드를 통해 살펴본 HashSet요소의 총 개수는 1개만 저장되었음을 확인할 수 있습니다.

해시 알고리즘(hash algorithm)

해시 알고리즘(hash algorithm)이란 해시 함수(hash function)를 사용하여 데이터를 해시 테이블(hash table)에 저장하고, 다시 그것을 검색하는 알고리즘입니다.

• 자바에서 해시 알고리즘을 이용한 자료 구조는 위의 그림과 같이 배열과 연결 리스트로 구현됩니다.
• 저장할 데이터의 키값을 해시 함수에 넣어 반환되는 값으로 배열의 인덱스를 구합니다.
• 그리고서 해당 인덱스에 저장된 연결 리스트에 데이터를 저장하게 됩니다.
• 예를 들어, 정수형 데이터를 길이가 10인 배열에 저장한다고 한다면 1,000,002를 검색하는 방법은 다음과 같을 수 있습니다.
• 1,000,002를 10으로 나눈 나머지가 2이므로 배열의 세 번째 요소에 연결된 연결 리스트에서 검색을 시작합니다.
• 매우 간략화한 예제이지만 이렇게 해시 알고리즘을 이용하면 매우 빠르게 검색 작업을 수행할 수 있습니다.

TreeSet<E> 클래스

• TreeSet클래스는 데이터가 정렬된 상태로 저장되는 이진 검색 트리(binary search tree)의 형태로 요소를 저장합니다.
• 이진 검색 트리는 데이터를 추가하거나 제거하는 등의 기본 동작 시간이 매우 빠릅니다.
• JDK 1.2부터 제공되는 TreeSet클래스는 NavigableSet인터페이스를 기존의 이진 검색 트리의 성능을 향상시킨 레드-블랙 트리(Red-Black tree)로 구현합니다.
• TreeSet클래스는 Set인터페이스를 구현하므로, 요소를 순서에 상관없이 저장하고 중복된 값은 저장하지 않습니다.

다음 예제는 여러 TreeSet메소드를 이용하여 집합을 생성하고 조작하는 예제입니다.

TreeSet<Integer> ts = new TreeSet<Integer>();

// add() 메소드를 이용한 요소의 저장
ts.add(30);
ts.add(40);
ts.add(20);
ts.add(10);

// Enhanced for 문과 get() 메소드를 이용한 요소의 출력
for (int e : ts) {
    System.out.print(e + " ");
}
System.out.println();

// remove() 메소드를 이용한 요소의 제거
ts.remove(40);

// iterator() 메소드를 이용한 요소의 출력
Iterator<Integer> iter = ts.iterator();
while (iter.hasNext()) {
    System.out.print(iter.next() + " ");
}
System.out.println();

// size() 메소드를 이용한 요소의 총 개수
System.out.println("이진 검색 트리의 크기 : " + ts.size());

// subSet() 메소드를 이용한 부분 집합의 출력
System.out.println(ts.subSet(10, 20));              // ①
System.out.println(ts.subSet(10, true, 20, true));　// ②

위의 예제처럼 TreeSet인스턴스에 저장되는 요소들은 모두 정렬된 상태로 저장됩니다.

또한, 위의 예제에서 사용된 subSet()메소드는 TreeSet인스턴스에 저장되는 요소가 모두 정렬된 상태이기에 동작이 가능한 해당 트리의 부분 집합만을 보여주는 메소드입니다.

// 원형
// ①
public NavigableSet<E> subSet(E fromElement, E toElement)
// ②
public NavigableSet<E> subSet(E fromElement, boolean fromInclusive, E toElement, 
                              boolean toInclusive)

①번 라인에서 사용된 subSet()메소드는 첫 번째 매개변수로 전달된 값에 해당하는 요소부터 시작하여 두 번째 매개변수로 전달된 값에 해당하는 요소의 바로 직전 요소까지를 반환합니다.

②번 라인에서 사용된 subSet()메소드는 두 번째와 네 번째 매개변수로 각각 첫 번째와 세 번째 매개변수로 전달된 값에 해당하는 요소를 포함할 것인지 아닌지를 명시할 수 있습니다.

즉, ②번 라인에서 네 번째 매개변수를 false로 변경하면 20을 포함하지 않게 되므로, ①번 라인과 같은 결과를 출력할 것입니다.

Set 인터페이스 메소드

Set인터페이스는 Collection 인터페이스를 상속받으므로, Collection 인터페이스에서 정의한 메소드도 모두 사용할 수 있습니다.

Set인터페이스에서 제공하는 주요 메소드는 다음과 같습니다.

[참고 자료]

http://www.tcpschool.com/java/java_collectionFramework_set

Stack과 Queue

Stack<E> 클래스

• Stack클래스는 List컬렉션 클래스의 Vector클래스를 상속받아, 전형적인 스택 메모리 구조의 클래스를 제공합니다.
• 스택 메모리 구조는 선형 메모리 공간에 데이터를 저장하면서 후입선출(LIFO)의 시멘틱을 따르는 자료 구조입니다.
• 즉, 가장 나중에 저장된(push) 데이터가 가장 먼저 인출(pop)되는 구조입니다.

Stack클래스는 스택 메모리 구조를 표현하기 위해, Vector클래스의 메소드를 5개만 상속받아 사용합니다.

더욱 복잡하고 빠른 스택을 구현하고 싶다면 Deque인터페이스를 구현한 ArrayDeque클래스를 사용하면 됩니다.

Deque<Integer> st = new ArrayDeque<Integer>();

다음 예제는 여러 Stack 메소드를 이용하여 스택 메모리 구조를 구현한 예제입니다.

Stack<Integer> st = new Stack<Integer>(); // 스택의 생성
//Deque<Integer> st = new ArrayDeque<Integer>();

// push() 메소드를 이용한 요소의 저장
st.push(4);
st.push(2);
st.push(3);
st.push(1);

// peek() 메소드를 이용한 요소의 반환
System.out.println(st.peek());
System.out.println(st);

// pop() 메소드를 이용한 요소의 반환 및 제거
System.out.println(st.pop());
System.out.println(st);

// search() 메소드를 이용한 요소의 위치 검색
System.out.println(st.search(4));
System.out.println(st.search(3));

Queue<E> 인터페이스

• 클래스로 구현된 스택과는 달리 자바에서 큐 메모리 구조는 별도의 인터페이스 형태로 제공됩니다.
• 이러한 Queue인터페이스를 상속받는 하위 인터페이스는 다음과 같습니다.
  1. Deque<E>
  2. BlockingDeque<E>
  3. BlockingQueue<E>
  4. TransferQueue<E>
• 따라서 Queue인터페이스를 직간접적으로 구현한 클래스는 상당히 많습니다.
• 그중에서도 Deque인터페이스를 구현한 LinkedList클래스가 큐 메모리 구조를 구현하는 데 가장 많이 사용됩니다.
• 큐 메모리 구조는 선형 메모리 공간에 데이터를 저장하면서 선입선출(FIFO)의 시멘틱을 따르는 자료 구조입니다.
• 즉, 가장 먼저 저장된(push) 데이터가 가장 먼저 인출(pop)되는 구조입니다.

Queue인터페이스는 큐 메모리 구조를 표현하기 위해, 다음과 같은 Collection 인터페이스 메소드만을 상속받아 사용합니다.

더욱 복잡하고 빠른 큐를 구현하고 싶다면 Deque인터페이스를 구현한 ArrayDeque클래스를 사용하면 됩니다.

Deque<Integer> qu = new ArrayDeque<Integer>();

다음 예제는 여러 LinkedList메소드를 이용하여 큐 메모리 구조를 구현한 예제입니다.

LinkedList<String> qu = new LinkedList<String>(); // 큐의 생성
//Deque<String> qu = new ArrayDeque<String>();

// add() 메소드를 이용한 요소의 저장
qu.add("넷");
qu.add("둘");
qu.add("셋");
qu.add("하나");

// peek() 메소드를 이용한 요소의 반환
System.out.println(qu.peek());
System.out.println(qu);

// poll() 메소드를 이용한 요소의 반환 및 제거
System.out.println(qu.poll());
System.out.println(qu);

// remove() 메소드를 이용한 요소의 제거
qu.remove("하나");
System.out.println(qu);

[참고 자료]

http://www.tcpschool.com/java/java_collectionFramework_stackQueue

List 컬렉션 클래스

List인터페이스를 구현한 모든 List컬렉션 클래스는 다음과 같은 특징을 가집니다.

1. 요소의 저장 순서가 유지됩니다.
2. 같은 요소의 중복 저장을 허용합니다.

대표적인 List컬렉션 클래스에 속하는 클래스는 다음과 같습니다.

1. ArrayList<E>
2. LinkedList<E>
3. Vector<E>
4. Stack<E>

ArrayList<E> 클래스

• ArrayList클래스는 가장 많이 사용되는 컬렉션 클래스 중 하나입니다.
• JDK 1.2부터 제공된 ArrayList클래스는 내부적으로 **배열**을 이용하여 요소를 저장합니다.
• ArrayList클래스는 배열을 이용하기 때문에 인덱스를 이용해 배열 요소에 빠르게 접근할 수 있습니다.
• 하지만 배열은 크기를 변경할 수 없는 인스턴스이므로, 크기를 늘리기 위해서는 새로운 배열을 생성하고 기존의 요소들을 옮겨야 하는 복잡한 과정을 거쳐야 합니다.
• 물론 이 과정은 자동으로 수행되지만, 요소의 추가 및 삭제 작업에 걸리는 시간이 매우 길어지는 단점을 가지게 됩니다.

다음 예제는 여러 ArrayList메소드를 이용하여 리스트를 생성하고 조작하는 예제입니다.

ArrayList<Integer> arrList = new ArrayList<Integer>();

// add() 메소드를 이용한 요소의 저장
arrList.add(40);
arrList.add(20);
arrList.add(30);
arrList.add(10);

// for 문과 get() 메소드를 이용한 요소의 출력
for (int i = 0; i < arrList.size(); i++) {
    System.out.print(arrList.get(i) + " ");
}
System.out.print("\n");

// remove() 메소드를 이용한 요소의 제거
arrList.remove(1);

// Enhanced for 문과 get() 메소드를 이용한 요소의 출력
// 반복 대상:arrList
// 반복 대상의 요소:e
for (int e : arrList) {
    System.out.print(e + " ");
}
System.out.print("\n");

// Collections.sort() 메소드를 이용한 요소의 정렬
Collections.sort(arrList);
 
// iterator() 메소드와 get() 메소드를 이용한 요소의 출력
Iterator<Integer> iter = arrList.iterator();
while (iter.hasNext()) {
    System.out.print(iter.next() + " ");
}
System.out.print("\n");

// set() 메소드를 이용한 요소의 변경
arrList.set(0, 20);

for (int e : arrList) {
    System.out.print(e + " ");
}
System.out.print("\n");

// size() 메소드를 이용한 요소의 총 개수
System.out.println("리스트의 크기 : " + arrList.size());

위 예제처럼 컬렉션 클래스의 요소를 출력하는 방법에는 for문과 enhanced for문, iterator()메소드를 이용한 방법 등 다양한 방법을 사용할 수 있습니다.

LinkedList<E> 클래스

• LinkedList클래스는 ArrayList클래스가 배열을 이용하여 요소를 저장함으로써 발생하는 단점을 극복하기 위해 고안되었습니다.
• JDK 1.2부터 제공된 LinkedList클래스는 내부적으로 연결 리스트(linked list)를 이용하여 요소를 저장합니다.
• 배열은 저장된 요소가 순차적으로 저장됩니다.
• 하지만 연결 리스트는 저장된 요소가 비순차적으로 분포되며, 이러한 요소들 사이를 링크(link)로 연결하여 구성합니다.

다음 요소를 가리키는 참조만을 가지는 연결 리스트를 단일 연결 리스트(singly linked list)라고 합니다.

이러한 단일 연결 리스트는 요소의 저장과 삭제 작업이 다음 요소를 가리키는 참조만 변경하면 되므로, 아주 빠르게 처리될 수 있습니다.

하지만 단일 연결 리스트는 현재 요소에서 이전 요소로 접근하기가 매우 어렵습니다.

따라서 이전 요소를 가리키는 참조도 가지는 이중 연결 리스트(doubly linked list)가 좀 더 많이 사용됩니다.

LinkedList클래스도 위와 같은 이중 연결 리스트를 내부적으로 구현한 것입니다.

또한, LinkedList클래스 역시 List 인터페이스를 구현하므로, ArrayList클래스와 사용할 수 있는 메소드가 거의 같습니다.

다음 예제는 여러 LinkedList메소드를 이용하여 리스트를 생성하고 조작하는 예제입니다.

LinkedList<String> lnkList = new LinkedList<String>();

// add() 메소드를 이용한 요소의 저장

lnkList.add("넷");
lnkList.add("둘");
lnkList.add("셋");
lnkList.add("하나");

// for 문과 get() 메소드를 이용한 요소의 출력
for (int i = 0; i < lnkList.size(); i++) {
    System.out.print(lnkList.get(i) + " ");
}
System.out.print("\n");

// remove() 메소드를 이용한 요소의 제거
lnkList.remove(1);

// Enhanced for 문과 get() 메소드를 이용한 요소의 출력
for (String e : lnkList) {
    System.out.print(e + " ");
}
System.out.print("\n");

// set() 메소드를 이용한 요소의 변경
lnkList.set(2, "둘");

for (String e : lnkList) {
    System.out.print(e + " ");
}
System.out.print("\n");

// size() 메소드를 이용한 요소의 총 개수
System.out.println("리스트의 크기 : " + lnkList.size());

위의 예제를 살펴보면 앞선 예제와 연결 리스트를 생성하는 한 줄의 코드만이 다른 것을 확인할 수 있습니다.

이처럼 ArrayList와 LinkedList의 차이는 사용 방법이 아닌, 내부적으로 요소를 저장하는 방법에 있습니다.

• Vector클래스는 JDK 1.0부터 사용해 온 ArrayList클래스와 같은 동작을 수행하는 클래스입니다.
• 현재의 Vector클래스는 ArrayList클래스와 마찬가지로 List인터페이스를 상속받습니다.
• 따라서 Vector클래스에서 사용할 수 있는 메소드는 ArrayList클래스에서 사용할 수 있는 메소드와 거의 같습니다.
• 하지만 현재에는 기존 코드와의 호환성을 위해서만 남아있으므로, Vector클래스보다는 ArrayList클래스를 사용하는 것이 좋습니다.

List 인터페이스 메소드

[참고 자료]

http://www.tcpschool.com/java/java_collectionFramework_list