[Java] Collection

List Set Map

---

JavaCollection Framework

Java Collection Framework는 객체의 그룹을 저장하고 조작하기 위한 표준 아키텍처를 제공한다. 이 프레임워크는 다양한 데이터 구조(List, Set, Map)와 알고리즘(정렬, 검색 등)을 제공하여 개발자가 데이터를 효율적으로 관리할 수 있게 도와준다.

 

프레임워크의 큰 특징 중 하나는 Generics의 활용이다. 컬렉션에 저장되는 데이터의 타입을 명시적으로 지정함으로써, 잘못된 타입의 데이터를 추가하거나 처리할 때 발생할 수 있는 오류를 컴파일 타임에 방지할 수 있다.

 

사실 필자는 Generics를 이해하기 위해 Collection을 정리하는 것이 목적이다. 이제 Java Collection Framework의 핵심 인터페이스인 List, Set, Map에 대해 알아보도록 하자.

 

1. List: 순서가 있는 컬렉션

List는 요소들이 순서대로 저장되는 컬렉션이다. 각 요소는 인덱스를 통해 접근할 수 있으며, 중복된 요소를 허용한다,.

List의 대표 구현 클래스엔 ArrayList와 LinkedList가 있다.

 

List의 대표 구현 클래스: ArrayList

• `ArrayList`는 가변 크기 배열을 기반으로 한 리스트이다. 인덱스를 통한 요소 접근이 빠르고, 순차적으로 요소를 추가하거나 읽는 작업에 적합하다.
• 장점: 인덱스를 통한 빠른 접근이 가능하며, 요소의 추가는 빠르다.
• 단점: 중간에 요소를 삽입하거나 삭제하는 경우 성능이 저하될 수 있다. (뒤의 모든 요소가 이동해야 하므로)

예시코드

List<Stinrg> arrayList = new ArrayList<>();
arrayList.add("Apple");
arrayList.get(0); // 빠른 인덱스 접근

 

List의 대표 구현 클래스: LinkedList

• `LinkedList`는 이중 연결 리스트로 구현된 리스트이다. 각 요소는 다음 요소와 이전 요소를 가르키는 포인터를 가진다.
•  장점: 중간에 삽입/삭제하는 작업이 빠르다. (포인터만 변경하면 되기 때문)
•  단점: 인덱스를 통한 접근 속도가 느리다. (처음부터 순차적으로 탐색해야 하므로)

예시 코드

LinkedList<String> linkedList = new LinkedList<>();
linkedList.add("Banana");
linkedList.addFirst("Apple"); // 첫 번째 요소 추가
linkedList.remove(1); // 중간 삭제가 빠름

 

Generics와 List:

Generics를 사용하면 List에 저장할 요소의 타입을 명확히 지정할 수 잇다. 이를 통해 타입 안정성을 확보할 수 있다.

List<String> names = new ArrayList<>();
names.add("Alice");
names.add("Bob");

// 잘못된 타입을 추가하려고 하면 컴파일 오류 발생
// names.add(123); 

String firstName = names.get(0);  // "Alice" 반환, 타입 캐스팅 필요 없음

 

---

2. Set: 중복을 허용하지않는 컬렉션

Set은 중복을 허용하지 않는 요소들의 집합이다. List와 달리 순서가 유지되지 않거나(일부 구현체는 순서를 유지), 요소들이 정렬된 상태로 저장된다.

 

Set의 대표 구현 클래스: HashSet

• `HashSet`은 해시 테이블을 기반으로 한 집합(Set)이다. 중복을 허용하지 않고, 요소의 순서는 보장되지 않는다.
• 장점: 데이터 검색과 삽입이 빠르다. (해시 테이블을 사용하기 때문)
• 단점: 요소의 순서를 유지하지 않음.

예시 코드

HashSet<String> hashSet = new HashSet<>();
hashSet.add("Apple");
hashSet.add("Banana");
// 중복 허용하지 않음

 

Set의 대표 구현 클래스:LinkedHashSet

• `LinkedHashSet`은 HashSet과 달리, 요소가 추가된 순서를 유지하는 집합이다. 내부적으로 이중 연결 리스트를 사용하여 순서를 유지한다.
• 장점: 요소의 삽입 순서를 유지하면서도 `HashSet`과 유사한 빠른 검색 성능을 가진다.
• 단점: 순서를 유지하기 때문에 `HashSet`보다 약간 더 많은 메모리를 사용한다.

예시 코드

LinkedHashSet<String> linkedHashSet = new LinkedHashSet<>();
linkedHashSet.add("Apple");
linkedHashSet.add("Banana");
// 삽입 순서가 유지됨

 

Set의  대표 구현 클래스: TreeSet

• `TreeSet`은 이진 탐색 트리(Balanced Tree)를 기반으로 한 집합이다. 자동으로 정렬된 상태로 데이터를 저장한다.
•  장점: 요소가 정렬된 상태로 저장되므로, 범위 검색이나 정렬이 필요할 때 유용하다.
•  단점: 해시 테이블 사용하는 `HashSet` 보다 검색과 삽입 속도가 느림.

예시 코드

TreeSet<String> treeSet = new TreeSet<>();
treeSet.add("Banana");
treeSet.add("Apple");
treeSet.add("Orange");
// 자동으로 정렬됨: [Apple, Banana, Orange]

 

Generics와 Set:

Generics를 사용하면 Set에 어떤 타입의 요소가 저장될지 명시할 수 있어 타입 안정성을 보장한다.

Set<Integer> numbers = new HashSet<>();
numbers.add(10);
numbers.add(20);
numbers.add(10); // 중복된 값은 추가되지 않음.

System.out.println(numbers); // [10, 20]

 

---

3. Map: 키-값 쌍으로 저장하는 컬렉션

Map은 키-값 쌍으로 데이터를 저장하는 컬렉션이다. 각 키는 고유하며, 그 키와 연결된 값만 저장할 수 있다. 키는 중복을 허용하지 않지만, 값은 중복 될 수 있다.

 

Map의 대표 구현 클래스: HashMap

• `HashMap`은 해시 테이블을 기반으로 한 키-값 쌍으로 저장하는 맵이다. 키의 순서가 보장되지 않으며, 중복된 키를 허용하지 않는다.
•  장점: 키와 값의 검색/삽입이 매우 빠르다.
• 단점: 순서를 보장하지 않는다. 삽입된 순서가 필요하면 다른 Map을 사용해야 한다.

예시 코드

HashMap<String, Integer> HashMap = new HashMap<>();
hashMap.put("John", 25);
hashMap.put("Jane", 30);

 

Map의 대표 구현 클래스: LinkedHashMap

• `LinkedHashMap`은 HashMap과 동일하게 해시 테이블을 사용하지만, 삽입된 순서를 유지한다. 내부적으로 연결 리스트를 사용하여 순서를 관리한다.
•  장점: 키와 값이 삽입 순서를 유지하면서도 `HashMap`의 빠른 검색 성능을 가진다.
•  단점: 순서를 유지하기 때문에 `HashMap`보다 메모리 사용량이 더 크다.

예시 코드

LinkedHashMap<String, Integer> linkedHashMap = new LinkedHashMap<>();
linkedHashMap.put("John", 25);
linkedHashMap.put("Jane", 30);
// 삽입된 순서가 유지됨

Map의 대표 구현 클래스: TreeMap

• `TreeMap`은 이진 탐색 트리(Red-Black Tree)를 기반으로 한 정렬된 맵이다. 키를 기준으로 자동으로 정렬된다.
•  장점: 정렬된 상태로 데이터를 저장하고 탐색할 수 있다.
•  단점: 해시 테이블을 사용하는 `HashMap`에 비해 검색/삽입 속도가 느림.

예시 코드

TreeMap<String, Integer> treeMap = new TreeMap<>();
treeMap.put("John", 25);
treeMap.put("Jane", 30);
treeMap.put("Alice", 22);
// 키 기준으로 자동으로 정렬됨: [Alice, Jane, John]

 

Generics와 Map:

Generics를 사용하면 Map의 키와 값의 타입을 지정하여, 타입 안전한 데이터를 저장 할 수 있다.

Map<String, Integer> scoreMap = new HashMap<>();
scoreMap.put("Alice", 90);
socreMap.put("Bob", 85);

// 잘못된 타입을 추가하려 하면 컴파일 오류 발생
// scoreMap.put(123, "Invalid");

System.out.println(ScoreMap.get("Alice")); // 90

 

요약표

List	ArrayList	가변 크기 배열, 인덱스 접근 가능	빠른 요소 접근 (O(1)), 순차적 삽입/삭제 효율적	중간 삽입/삭제가 느림
	LinkedList	이중 연결 리스트, 순차 탐색 필요	빠른 중간 삽입/삭제	인덱스 접근 느림 (O(n))
Set	HashSet	순서 없는 집합, 중복 허용 안함	빠른 삽입/삭제, 검색 (O(1))	순서 보장 안됨
	LinkedHashSet	순서가 유지되는 집합, 중복 허용 안함	삽입 순서 유지, 빠른 검색	메모리 사용이 많음
	TreeSet	자동 정렬되는 집합, 중복 허용 안함	정렬된 상태로 저장, 범위 탐색 가능	삽입/삭제, 검색이 느림 (O(log n))
Map	HashMap	순서 없는 키-값 쌍, 중복 키 허용 안함	빠른 검색/삽입 (O(1))	순서 보장 안됨
	LinkedHashMap	순서가 유지되는 키-값 쌍	삽입 순서 유지, 빠른 검색/삽입	메모리 사용이 많음
	TreeMap	자동 정렬되는 키-값 쌍	정렬된 상태로 저장, 범위 검색 가능	삽입/삭제, 검색이 느림 (O(log n))

 

---

ℹ️참고

https://bangu4.tistory.com/194

[Java] Java Collection 구조 정리