[JAVA] Collections Framework...1

1. Collections Framework

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컬렉션 프레임웍이란, '데이터 군을 저장하는 클래스들을 표준화한 설계'를 뜻합니다.  컬렉션 프레임웍은 컬렉션을 다루는 데 필요한 다양하고 풍부한 클래스들을 제공하기 때문에 개발의 짐을 상당히 덜어 주고 있으며, 또한 인터페이스와 다형성을 이용한 객체지향적 설계를 통해 표준화되어 있기 때문에 재사용성이 높은 코드를 작성할 수 있다는 장점이 있습니다.

 

컬렉션 프레임웍에는 컬렉션 그룹을 크게 3가지 타입이 존재한다고 인식하고 3개의 인터페이스를 정의하였습니다. 그리고 인터페이스 List와 Set의 공통된 부분을 다시 뽑아서 새로운 인터페이스인 Collections를 추가로 정의하였습니다.

 

컬렉션 프레임웍에는 세 가지의 인터페이스에 뿌리를 두고 있는 다양한 클래스들이 존재하며, 같은 인터페이스에 뿌리를 두고 있는 클래스들이라고 해도 다양한 특징을 가지고 있습니다. 상황에 따라 다양한 퍼포먼스를 보여주기도 하며, 꼭 사용해야만 하는 상황이 분명히 닥칠 수도 있을 것입니다. 그렇기에 적절한 컬렉션 클래스를 사용하기 위해서 개발자는 다양한 클래스의 특징에 대해 전반적인 이해를 하고 있어야만 합니다.

 

2. Collection 인터페이스

List와 Set의 조상인 Collection 인터페이스는 컬렉션 클래스에 저장된 데이터를 읽고, 추가하고 삭제하는 등 컬렉션을 다루는데 가장 기본적인 메서드를 정의하고 있습니다. 예를 들어서 'add' 메서드를 사용해서 객체를 컬렉션에 추가할 수 있으며, 'isEmpty()' 메서드를 사용하여 컬렉션에 데이터가 존재하는지 쉽게 확인할 수 있습니다. 

3. List 인터페이스

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List 인터페이스는 중복을 허용하면서 저장순서가 유지되는 컬렉션을 구현하는데 사용됩니다. List 인터페이스에는 컬렉션 데이터들을 컨트롤할 수 있는 다양한 메서드들이 존재합니다.

 

3.1. ArrayList 

ArrayList는 컬렉션 프레임웍에서 가장 많이 사용되는 컬렉션 클래스일 것입니다. ArrayList는 List 인터페이스를 구현하기 때문에 데이터의 저장순서가 유지되고 중복을 허용한다는 공통적인 특징을 갖고 있습니다. 

 

ArrayList는 Object배열을 이용해서 데이터를 순차적으로 저장합니다. 예를 들면, 첫 번째로 저장한 객체는 Object배열의 0번째 위치에 저장되고 그 다음에 저장하는 객체는 1번째 위치에 젖아됩니다. 이런 식으로 계속 배열에 순서대로 저장되며, 배열에 더 이상 저장할 공간이 없으면 보다 큰 새로운 배열을 생성해서 기존의 배열에 저장된 내용을 새로운 배열로 복사한 다음에 저장합니다.

 

이러한 ArrayList의 특징 때문에, ArrayList를 처음 생성할 때, 저장할 요소의 개수를 고려하여 실제 저장할 개수보다 약간 여유 있는 크기로 하는 것이 좋습니다. 생성할 때 지정한 크기보다 더 많은 객체를 저장하면 ArrayList의 크기를 확장하는 작업이 굉장한 오버헤드를 유발하기 때문입니다.

 

3.2. LinkedList 

배열은 가장 기본적인 형태의 자료구조로 구조가 간단하며 사용하기 쉽고 데이터를 얻어오는데 걸리는 시간이 가장 빠르다는 장점을 가지고 있지만 크기를 변경할 수 없고, 배열의 중간에 데이터를 추가하려면 빈자리를 만들기 위해 큰 오버헤드를 유발한다는 단점이 있습니다. 

 

이러한 배열의 단점을 보완하기 위해 LinkedList라는 자료구조가 고안되었습니다. 배열은 모든 데이터가 연속적으로 존재하지만 LinkedList는 불연속적으로 존재하는 데이터를 서로 연결한 형태로 구성되어 있습니다. 즉 각 노드가 자신과 연결된 노드의 참조와 데이터로 구성되어있는 것이죠. 

 

LinkedList에서의 데이터 삭제는 간단합니다. 삭제하고자 하는 요소의 이전요소가 삭제하고자 하는 요소의 다음 요소를 참조하도록 변경하기만 하면 됩니다. 즉, 단 하나의 참조만 변경하면 삭제가 이루어지는 것입니다. 배열처럼 데이터를 복사하는 과정이 없기 때문에 처리속도가 굉장히 빠를 수 밖에 없습니다.  새로운 데이터를 추가할 때 또한 새로운 요소를 생성 후 추가하고자 하는 위치의 이전요소의 참조를 새로운 요소에 대한 참조로 변경해주고, 새로운 요소가 그 다음 요소를 참조하도록 변경하기만 하면 됩니다. 

 

하지만 LinkedList의 이동방향이 단방향이기 때문에 다음 요소에 대한 접근은 쉽지만, 이전 요소에 대한 접근이 어렵다는 단점이 존재합니다. 이 점을 보완한 것이 바로 더블 LinkedList입니다. 더블 LinkedList는 단순히 LinkedList에 참조변수를 하나 더 추가하여 다음 요소에 대한 참조뿐만 아니라 이전 요소에 대한 참조가 가능하도록 한 것입니다. 보통 LinkedList보다 더블 LinkedList가 각 요소에 대한 접근과 이동이 쉽기에 많이 사용되는 편입니다.

 

실제로 LinkedList는 위에서 언급한 LinkedList가 아닌 더블 LinkedList로 구현되어 있습니다. 이는 LinkedList의 단점인 낮은 접근성을 높이기 위해 한것이지요.  LinkedList 역시 List 인터페이스를 구현했기 때문에 ArrayList와 내부구현방법만 다를뿐 제공하는 메서드와 종류의 기능은 거의 같습니다.

ArrayList vs LinkedList
순차적으로 추가/삭제하는 경우에는 ArrayList가 LinkedList보다 빠르다.
중간 데이터를 추가/삭제하는 경우에는 LinkedList가 ArrayList보다 빠르다.

3.3. Stack과 Queue 

자바에서는 또한 Stack과 Queue를 따로 구현할 필요 없이 바로 사용할 수 있도록 클래스를 제공합니다. 하지만 스택은 Stack클래스로 구현하여 제공하고 있지만 큐는 Queue인터페이스로만 정의해 놓았을 뿐 별도의 클래스를 제공하고 있지 않습니다. 대신 Queue인터페이스를 구현한 클래스들이 있어서 javadoc을 참고하여 나와있는 클래스들 중 하나를 선택해서 사용해야만 합니다.