Java Collections Framework (JCF)

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Java Collections Framework에서 제공하는 Interface와 Class를 분석한다.

1. Collection Interface

[Figure 1] Java Collection Interface 관계도

Collection Interface는 Object Group을 관리하는 Interface를 제공하는 뼈대 역할을 수행한다. [Figure 1]은 Collection Interface의 관계도를 나타내고 있다.

1.1. Interface

1.1.1. Collection

Collection Interface는 Object Group 관리에 필요한 기본적인 Interface를 제공한다. Group의 크기(size()), Object 추가(add()), Object 삭제(remove()), Iterator(Iterator())등의 Method를 제공한다.

1.1.2. Set

Set Interface는 동일한 Object를 갖지 않는 Object Group 관리에 필요한 Interface를 제공한다. 현재 Collection Interface에서 상속받은 Method만 제공하고 있기 때문에 Collection Interface와 동일한 Method를 가지고 있다.

1.1.3. SortedSet, NavigableSet

SortedSet, NavigableSet Interface는 동일한 Object를 갖지 않으면서 정렬된 Object Group 관리에 필요한 Interface를 제공한다. 상속받은 Set Interface의 Method와 더불어 정렬의 이점을 살린 추가 Method를 포함하고 있다. 가장 큰 Object(head()), 가장 작은 Object(tail()), 범위(subSet(), headSet(), tailSet())등의 추가 Method를 가지고 있다.

1.1.4. List

List Interface는 Indexing된 Object Group 관리에 필요한 Interface를 제공한다. 중복 Object를 허용한다. 상속받은 Collection Interface의 Method와 더불어 Indexing의 이점을 살린 추가 Method를 포함하고 있다. 위치 기반 접근(get(index)), 검색(indexOf(), lastIndexOf())등의 추가 Method를 가지고 있다.

1.1.5. Queue

Queue Interface는 Queue 자료구조 동작을 수행하는 Object Group 관리에 필요한 Interface를 제공한다. 중복 Object를 허용한다. 상속받은 Collection Interface의 Method와 더불어 Queueing 동작을 수행하기 위한 추가 Method를 가지고 있다. Push(offer()), Pop(poll())등의 추가 Method를 가지고 있다.

1.1.6. Dequeue

Dequeue Interface는 Dequeue 자료구조 동작을 수행하는 Object Group 관리에 필요한 Interface를 제공한다. 중복 Object를 허용한다. Queue의 앞에 Object를 삽입(addFirst()), 삭제(removeFirst()), Queue의 뒤에 Object를 삽입(addLast()), 삭제(removeLast()) 등의 추가 Method를 가지고 있다.

1.2. Class

1.2.1. HashSet

Hashtable + Chaining을 이용하여 Set Interface를 구현한 Class이다. 빠른 Object 삽입/삭제 속도를 보인다. HashSet은 순회시 Object의 삽입 순서순으로 순회를 보장하지 않는다.

1.2.2. LinkedHashSet

LinkedHashSet은 HashSet과 달리 순회시 Object의 삽입 순서대로 순회를 수행한다. Double Linked List를 추가적으로 이용하여 Object의 삽입 순서를 관리한다. 하지만 Double Linked List에 따른 Overhead로 인하여 HashSet에 비교하여 상대적으로 느린 Object 삽입/삭제 속도를 보인다.

1.2.3. TreeSet

Red-Black Tree를 이용하여 SortedSet Interface를 구현한 Class이다. Red-Black Tree에 따른 Object 삽입/제거시 많은 Overhead가 발생하지만 빠른 Object 검색 속도를 보인다.

1.2.4. ArrayList

Array를 이용하여 List Interface를 구현한 Class이다. Array 기반이기 때문에 Index 기반의 Object 접근이 매우 빠르지만, Object 삽입/삭제시 Object Shift 연산으로 인해 느리다는 단점이 존재한다. 또한 Array의 크기 변경시에도 Object Copy 연산으로 인해 느리다.

1.2.5. Vector

Vector는 ArrayList와 유사하지만 모든 Method에 동기화를 위한 synchronized keyword가 붙어 있기 때문에 Single Thread 환경에서 비효율적이다. ArrayList가 나오기 전에 등장한 Class로 현재는 잘 이용되지 않고 있고 하위 호환을 위해 존재한다.

1.2.6. LinkedList

LinkedList를 이용하여 List Inteface, Queue Interface, Dequeue Interface를 구현한 Class이다. LinkedList 기반이기 때문에 ArrayList와 비교하여 Object 삽입/삭제가 빠르다. 하지만 Index 기반의 Object 접근이나 Object 검색시 순회 동작으로 인해 느리다.

1.2.7. PriorityQueue

Heap을 이용하여 Queue Interface를 구현한 Class이다. Heap의 정렬 기능을 이용하여 Priority가 가장 높은 Object를 빠르게 얻을 수 있다.

1.2.8. ArrayDequeue

Array를 이용하여 Dequeue Interface를 구현한 Class이다. Array 기반인 ArrayList와 동일한 특징을 갖는다.

2. Map Interface

[Figure 2] Java Collection Interface 관계도

Map Interface는 Key-Value Group을 관리하는 Interface를 제공하는 뼈대 역할을 수행한다. [Figure 2]는 Map Interface의 관계도를 나타내고 있다.

2.1. Interface

2.1.1. Map

Map Interface는 key-Value Group 관리에 필요한 기본적인 Interface를 제공한다. Key는 중복될 수 없다. Group의 크기(size()), Key-Value 추가(put()), Value 얻기(get()), Key-Value 삭제(remove()), Set Interface 얻기(entrySet(), keySet())등의 Method를 제공한다. Map Interface에서는 Iterator를 제공하지 않는다. entrySet(), ketSet() Method를 통해 얻은 Set Interface의 Iterator를 이용한다.

2.1.1. SortedMap, NavigableMap

SortedMap, NavigableMap Interface는 동일한 Key를 갖지 않으면서 Key를 기준으로 정렬된 Key-Value Group 관리에 필요한 Interface를 제공한다. 상속받은 Map Interface의 Method와 더불어 정렬의 이점을 살린 추가 Method를 포함하고 있다. 가장 큰 Key(firstKey()), 가장 작은 Key(lastKey()), 범위(subMap(), headMap(), tailMap())등의 추가 Method를 가지고 있다.

2.2. Class

2.2.1. HashMap

Key를 기준으로 Hashtable + Chaining을 이용하여 Map Interface를 구현한 Class이다. Key에 한개의 Null이 들어 갈 수 있고, Value에도 Null이 들어갈 수 있다. 또한 HashMap은 순회시 Object의 삽입 순서순으로 순회를 보장하지 않는다. HashMap의 Method은 synchronized 하지 않는다. 따라서 Multi-Thread 환경에서 이용시 문제가 발생한다. Multi-Thread 환경에서는 ConcurrentHashMap Class를 이용하면 된다.

2.2.2. LinkedHashMap

LinkedHashMap은 HashMap과 달리 순회시 Key-Value의 삽입 순서대로 순회를 수행한다. Double Linked List를 추가적으로 이용하여 Key-Value의 삽입 순서를 관리한다. 하지만 Double Linked List에 따른 Overhead로 인하여 HashMap에 비교하여 상대적으로 느린 Key-Value 삽입/삭제 속도를 보인다.

2.2.3. HashTable

HashTable는 HashMap와 유사하지만 모든 Method에 동기화를 위한 synchronized keyword가 붙어 있기 때문에 Single Thread 환경에서 비효율적이다. Key와 Value에 Null이 들어갈 수 없다. ConcurrentHashMap보다도 Lock Granularity가 크기 때문에 성능이 느리다. HashMap과 ConcurrentHashMap이 나오기 전에 등장한 Class로 현재는 잘 이용되지 않고 있고 하위 호환을 위해 존재한다.

2.2.4. EnumMap

Key를 Enum으로 이용하여 Map Interface를 구현한 Class이다. Key가 Enum이기 때문에 들어갈 수 있는 Key의 값이 매우 한정적이다. 따라서 EnumMap은 Enum 개수와 동일한 길이의 Array를 할당하고 이용한다. 고정된 길이의 Array를 이용하기 때문에 Resize가 발생하지 않고, 언제나 O(1)의 복잡도를 보장한다.

2.2.5. TreeMap

Key를 기준으로 Red-Black Tree를 이용하여 SortedMap Interface를 구현한 Class이다. Red-Black Tree에 따른 Key-Value 삽입/제거시 많은 Overhead가 발생하지만 빠른 Key 검색 속도를 보인다.

3. 참조

Golang Tracing Java Design Pattern Command