[Java] Collection Framework

이번 포스팅에서는 자바의 핵심 중 하나인 Collection Framework에 대해 알아보는 시간을 가지겠습니다.

 

Collection Framework란 무엇인지, 그 구성은 어떻게 이루어져 있는지에 대해 알아보겠습니다.

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Collection이란?

Collection은 여러 객체(데이터)들을 그룹화 하여 관리하는 하나의 객체입니다. 여러 개별적인 객체들을 구조화하여 저장, 검색, 조직하는데 사용되며, 각각의 Collection은 자신만의 구조를 가집니다. 예를들면 Set, List, Queue 와 같은 자료구조가 있습니다. 

 

Collection Framework란?

Collection Framework는 Collection들을 표현하고 조작하기 위한 하나의 아키텍쳐 입니다. 주요 구성으로  인터페이스, 구현클래스, 알고리즘이 있으며 이를 통해 다양한 Collection들을 일관되게 관리할 수 있습니다. 각각에 대해 간단히 알아보도록 하겠습니다.

 

• Collection 인터페이스
  모든 Collection들에 대해 통합된 인터페이스를 제공합니다. 구체적으로 어떤 Collection을 사용하는지에 관심을 둘 필요 없이 일관된 연산을 수행할 수 있습니다. 또한, 콜렉션 끼리의 연산도 제공합니다. 

import java.util.Collection;
import java.util.HashSet;
import java.util.LinkedList;

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        Collection listCollection = getList();
        Collection setCollection = getSet();

        listCollection.add(1);
        setCollection.add(2);
        
        listCollection.addAll(setCollection);
        
        System.out.println(listCollection.size());
        // >> 2

    }
    public static LinkedList getList() {
        return new LinkedList<>();
    }
    public static HashSet getSet() {
        return new HashSet<>();
    }
}

 

• Collection 구현체
  Collectoin Framework는 미리 구현된 Collection들을 제공합니다. 각각의 Collection은 데이터를 자신만의 방법으로 관리하며, 그 종류는 List형, Map형, Set형이 있습니다. 아래의 예시는 Collection마다의 상이한 구조에 따라 같은 메소드의 실행시간이 다른것을 확인할 수 있습니다. 

package org.example;

import java.util.ArrayList;
import java.util.Collection;
import java.util.HashSet;
import java.util.LinkedList;
import java.util.stream.IntStream;

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

        Collection linkedListCollection = getLinkedList();
        Collection setCollection = getArrayList();

        long startTime = System.currentTimeMillis();
        insertThousandTimes(linkedListCollection);
        System.out.println(" LinkedList add Time : " + (System.currentTimeMillis() - startTime));
        // >> 589
        startTime = System.currentTimeMillis();
        insertThousandTimes(setCollection);
        System.out.println(" Set add Time : " + (System.currentTimeMillis() - startTime));
        // >> 238
    }
    
    public static void insertThousandTimes(Collection<Integer> collection) {
        IntStream.range(0, 10000000)
                .forEach( value -> {
                    collection.add(value);
                });
    } 
    public static LinkedList getLinkedList() {
        return new LinkedList<>();
    }
    public static HashSet getArrayList() {
        return new HashSet();
    }
}

Collection Framework가 여러 종류의 Collection들에 대해 일관된 인터페이스를 제공한다는 점을 알 수 있습니다.

 

• Collection 알고리즘 
  Collcetion Framework는 Collection 인터페이스를 구현한 객체에 대해 공통적으로 적용될 수 있는 유용한 메소드를 제공합니다. 
  List, Map, Set 에 적용될 수 있는 다양한 메소드들을 가지고 있으며 이분탐색, 정렬, 셔플 등의 알고리즘들을 제공합니다.
  아래의 예시는 Collection Framework가 리스트형 컬렉션에 제공하는 셔플 기능으로 리스트 내의 요소를 뒤섞습니다.

 

import java.util.*;
import java.util.stream.IntStream;

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        List<Integer> list = getLinkedList();
        insertTenTimes(list);
        
        Collections.shuffle(list);
        System.out.println(list);
        // >> [3, 1, 4, 8, 5, 0, 2, 7, 9, 6]
    }

    public static void insertTenTimes(Collection<Integer> collection) {
        IntStream.range(0, 10)
                .forEach( value -> {
                    collection.add(value);
                });
    }

    public static LinkedList getLinkedList() {
        return new LinkedList<>();
    }
}

 

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Collection Framework 구조

Java Collection Framework는 다양한 유형의 Collection을 캡슐화하는 여러 인터페이스들을 제공합니다. 인터페이스들은 아래 사진과 같이 계층적 구조를 가집니다. 

 

Colleciton Framework의 인터페이스 계층구조

위 그림을 봤을 때 Collection Framework가 두가지 루트 노드 Collection Interface와 Map Interface를 가지는것을 볼 수 있습니다. 이는 두 인터페이스가 다른 유형의 데이터 구조를 관리하기 때문입니다. Collection interface는 단일 데이터를 관리하도록, Map Interface는 Key-Value 형태의 데이터를 관리하도록 관심사를 분리함으로써 더 유연하게 인터페이스를 구성할 수 있습니다.

1. Collection interface
   최상위 인터페이스 입니다. 단일 데이터 항목들을 가지는 Collection을 관리하기 위한 인터페이스 단일 항목에 대한 작업에 대해 초점이 맞춰져 있으며, 단일 데이터의 추가, 삭제, 순회 등의 컬렉션 작업을 제공합니다. 
   - Set Interface
   - List Interface
   - Queue Interface
   - Deque Interface
2. Map interface 
   최상위 인터페이스 입니다. Key-Value같은 데이터들을 관리하는 Collection의 인터페이스이며, 키-값에 대한 작업에 초점이 맞춰진 인터페이스 입니다. 
   - Sorted Interface

Collection Framework 활용

Collection Framework의 알고리즘들을 활용하기 위해선 java.util.Collections 라이브러리를 활용할 수 있습니다.

해당 라이브러리는 위에서 정리한 인터페이스들 각각에 적용될 수 있는 다양한 알고리즘을 제공합니다. binarySearch와 같은 알고리즘도 리스트 인터페이스에 대해 제공되며, Map 인터페이스에 대해서도 다양한 메소드를 제공하니 이를 개발할때 적절히 활용해 보시면 좋을 것 같습니다.

 

 

긴 글 읽어주셔서 감사합니다. 

 

 

 

 

참조 : https://docs.oracle.com/javase/tutorial/collections/intro/index.html