Java 컬렉션 프레임워크

Java 컬렉션 프레임워크

Java 컬렉션 프레임워크(Java Collections Framework, JCF)는 데이터를 효율적으로 저장, 관리, 검색하는 표준화된 방법을 제공하는 클래스와 인터페이스의 집합입니다. 이 프레임워크는 크게 Collection 계층과 Map 계층이라는 두 가지 메인 루트로 나뉩니다.

 

1.Collection 계층(단일 요소 저장)

Collection 인터페이스는 단일 요소(데이터 값)의 그룹을 다루는 최상위 부모입니다. 이 계층은 데이터를 저장하는 방식과 규칙에 따라 List, Set, Queue 세 가지 주요 인터페이스로 분화됩니다.

인터페이스	특징	중복허용	순서 보장	주요 구현 클래스
List	순서대로 저장되며, 인덱스를 통해 접근 가능	O	O(삽입 순서)	ArrayList, LinkedList, Vector
Set	저장된 요소들이 고유해야 함.	X	X(대부분)	HashSet, TreeSet, LinkedHashSet
Queue	삽입과 추출의 순서가 정해져 있음(FIFO 또는 LIFO)	O	O(처리 순서)	LinkedList, PriorityQueue

 

핵심 클래스 요약

• ArrayList vs LinkedList:
  • ArrayList는 내부적으로 배열을 사용해 인덱스 접근(검색)이 빠릅니다.
  • LinkedList는 노드를 연결해 데이터 추가/삭제가 빠릅니다.
• HashSet vs TreeSet:
  • HashSet은 해싱(Hashing)을 사용하여 매우 빠른 성능을 제공하지만, 순서를 보장하지 않습니다.
  • TreeSet은 트리(Tree) 구조를 사용하여 요소를 오름차순으로 정렬하여 저장합니다.

2. Map계층(키-값 쌍 저장)

Map 인터페이스는 Collection 인터페이스를 상속받지 않는 독립적인 구조입니다. 데이터를 키(Key)와 값(Value)의 쌍으로 저장하며, 키를 통해 값을 검색하는 데 특화되어 있습니다.

인터페이스	특징	키 중복	값 중복	순서 보장	주요 구현 클래스
Map	키와 값의 쌍으로 저장. 키는 고유해야함	X	O	X(대부분)	HashMap, TreeMap, LinkedHashMap

 

 

핵심 클래스 요약

• HashMap: 가장 빠르고 일반적으로 사용됩니다. 해싱을 사용하며, 삽입 순서나 정렬 순서를 보장하지 않습니다.
• LinkedHashMap: HashMap과 동일하게 작동하지만, 요소들이 삽입된 순서를 유지합니다. (순서가 필요한 경우 사용)
• TreeMap: 키를 기준으로 항상 정렬된 상태를 유지합니다. (정렬이 필요한 경우 사용)

3. 컬렉션과 맵의 주요 차이점

구분	Collection (List, Set, Queue)	Map (HashMap, TreeMap 등)
저장 단위	단일 데이터 (Value)	키(Key)와 값(Value)의 쌍
관계	IS-A관계 : Collection은 Iterable을 상속받는 계층의 일부.	독립정 : Collection 계층에 속하지 않음
핵심 목적	데이터의 집합 관리 (순서, 유일성 등)	매핑을 통한 빠른 데이터 검색

컬렉션 뷰(Views)

Map은 Collection이 아니지만, Map에 저장된 데이터를 Collection 또는 Set 형태로 볼 수 있는 메서드를 제공합니다.

• keySet(): 맵의 모든 키를 포함하는 Set을 반환합니다.
• values(): 맵의 모든 값을 포함하는 Collection을 반환합니다.
• entrySet(): 맵의 모든 키-값 쌍(Map.Entry 객체)을 포함하는 Set을 반환합니다. (정렬된 Map을 스트림으로 처리할 때 주로 사용됨)

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4. 제네릭과 동기화

제네릭 (Generics)

JCF는 제네릭을 사용하여 컬렉션에 저장되는 객체의 타입을 지정합니다. 이를 통해 컴파일 시점에 타입 안정성을 확보하고, 런타임에 불필요한 캐스팅 오류(ClassCastException)를 방지합니다.

• 예시: List<String> names = new ArrayList<>()는 이 리스트가 오직 String 객체만 저장하도록 보장합니다.

동기화 (Synchronization)

기본적으로 대부분의 JCF 구현체(ArrayList, HashMap, HashSet 등)는 비동기화(non-synchronized) 상태입니다. 이는 단일 스레드 환경에서 최고의 성능을 제공합니다.

• 멀티스레드 환경에서 안전하게 사용하려면:
  • 레거시 클래스 사용: Vector, Hashtable (성능 문제로 권장되지 않음)
  • 래퍼(Wrapper) 사용: Collections.synchronizedList(List)와 같이 Collections 클래스의 정적 메서드를 사용하여 동기화된 버전을 얻을 수 있습니다.
  • 동시성 컬렉션 사용: ConcurrentHashMap 등 java.util.concurrent 패키지의 클래스를 사용하여 더 나은 성능과 스케일링을 확보하는 것이 현대적인 방법입니다.