Java Collection Framework

Collection

컨테이너라고도 하는 컬렉션은 단순히 여러 요소를 단일 단위로 그룹화하는 개체입니다. 컬렉션은 집계 데이터를 저장, 검색, 조작 및 전달하는 데 사용됩니다. 컬렉션은 집계 데이터를 저장, 검색, 조작 및 전달하는 데 사용됩니다. 일반적으로 포커 핸드(카드 모음), 메일 폴더(문자 모음) 또는 전화번호부(전화 번호에 대한 이름 매핑)와 같은 자연 그룹을 형성하는 데이터 항목을 나타냅니다.

Data structure

일반적으로 데이터에 대한 효율적인 접근을 위해 선택되는 데이터 구성, 관리 및 저장 형식입니다. 보다 정확하게는 데이터 구조는 데이터 값들과 그들 사이의 관계 및 데이터에 적용될 수 있는 기능이나 연산의 집합이다.

What Is a Collections Framework?

컬렉션 프레임워크는 컬렉션을 표현하고 조작하기 위한 통합 아키텍처입니다. 모든 컬렉션 프레임워크에는 다음이 포함됩니다.

• Interfaces: 컬렉션을 나타내는 추상 데이터 유형입니다. 인터페이스를 사용하면 컬렉션을 표현의 세부 사항과 독립적으로 조작할 수 있습니다. 객체 지향 언어에서 인터페이스는 일반적으로 계층 구조를 형성합니다.

• Implementations: 컬렉션 인터페이스의 구체적인 구현입니다. 본질적으로 이들은 재사용 가능한 데이터 구조입니다.

• Algorithms: 컬렉션 인터페이스를 구현하는 객체에서 검색 및 정렬과 같은 유용한 계산을 수행하는 메서드입니다. 알고리즘은 다형성(polymorphic)이라고 합니다. 즉, 적절한 컬렉션 인터페이스의 다양한 구현에서 동일한 메서드를 사용할 수 있습니다. 본질적으로 알고리즘은 재사용 가능한 기능입니다.

핵심 Collection Interfaces

Collection

• Collection 계층 구조의 root입니다. Collection은 요소로 알려진 객체의 그룹니다. Collection 인터페이스는 모든 collections이 구현하는 최소 공통 요소이며 최대 일반성이 필요할 때 collections을 전달하고 조작하는 데 사용됩니다. 일부 유형의 컬렉션은 중복 요소를 허용하고 일부는 허용하지 않습니다. 일부는 정렬되여 있고 일부는 정렬되여 있지 않다. Java 플랫폼은 이 인터페이스의 직접적인 구현을 제공하지 않지만 Set 및 List와 같은 보다 구체적인 하위 인터페이스의 구현을 제공합니다.

Set

• 중복 요소를 포함할 수 없는 컬렉션입니다. 이 인터페이스는 수학적 집합 추상화를 모델링하고 포커 핸드를 구성하는 카드, 학생의 일정을 구성하는 과정 또는 기계에서 실행되는 프로세스와 같은 집합을 나타내는 데 사용됩니다.

List

• 정렬된 컬렉션(시퀀스라고도 함). Lists에는 중복 요소가 포함될 수 있습니다. List의 사용자는 일반적으로 list에서 각 요소가 삽입되는 위치를 정확하게 제어할 수 있으며 정수 인덱스(위치)로 요소에 액세스할 수 있습니다.

Queue

• 처리하기 전에 여러 요소를 보유하는 데 사용되는 컬렉션입니다. 기본 Collection operations 외에도 Queue는 추가 삽입, 추출 및 검사 operations을 제공합니다.

• Queues은 일반적으로 반드시 그런 것은 아니지만 FIFO(선입선출) 방식으로 요소를 정렬합니다. 예외 중에는 제공된 comparator 또는 요소의 natural 순서에 따라 요소를 정렬하는 priority queues이 있습니다. 사용된 순서가 무엇이든 queue의 헤드는 remove 또는 poll 호출에 의해 제거되는 요소입니다. FIFO queue에서 모든 새 요소는 queue의 끝에 삽입됩니다. 다른 종류의 queues은 다른 배치 규칙을 사용할 수 있습니다. 모든 Queue 구현은 순서 지정 속성을 지정해야 합니다.

Deque

• 처리하기 전에 여러 요소를 보유하는 데 사용되는 컬렉션입니다. 기본 Collection operations 외에도 Deque는 추가 삽입, 추출 및 검사 operations을 제공합니다.

• Deques는 FIFO(선입선출) 및 LIFO(후입선출) 방식을 모두 사용할 수 있습니다. deque에서 모든 새 요소는 양쪽 긑에서 삽입, 검색 및 제거될 수 있습니다.

Map

• 키를 값에 매핑하는 객체입니다. Map에는 중복 키가 포함될 수 없습니다. 각 키는 최대 하나의 값에 매핑할 수 있습니다.

SortedSet

• 요소를 오름차순으로 유지하는 Set입니다. 정렬을 활용하기 위해 몇 가지 추가 작업이 제공됩니다.Sorted sets은 단어 목록 및 회원 목록과 같이 naturally 정렬된 집합에 사용됩니다.

SortedMap

• 오름차순 키 순서로 매핑을 유지 관리하는 Map입니다. 이것은 SortedSet의 Map 아날로그입니다. 정렬된 Map은 사전 및 전화번호부와 같이 자연스럽게 정렬된 키/값 쌍 모음에 사용됩니다.

구조

Java Collection Framework

Benefits of the Java Collections Framework

Java 컬렉션 프레임워크는 다음과 같은 이점을 제공합니다.

• 프로그래밍 노력을 감소: Collections Framework는 유용한 데이터 구조와 알고리즘을 제공함으로써 프로그램 작동에 필요한 낮은 수준의 "배관"이 아닌 프로그램의 중요한 부분에 집중할 수 있도록 해줍니다.

• 프로그램 속도 및 품질 향상: 이 컬렉션 프레임워크는 유용한 데이터 구조 및 알고리즘의 고성능, 고품질 구현을 제공합니다. 각 인터페이스의 다양한 구현은 상호 교환 가능하므로 컬렉션 구현을 전환하여 프로그램을 쉽게 조정할 수 있습니다. 자신만의 데이터 구조를 작성하는 번거로움에서 벗어나 프로그램의 품질과 성능을 개선하는 데 더 많은 시간을 할애할 수 있습니다.

• 관련 없는 APIs 간의 상호 운용성을 허용: Collection 인터페이스는 APIs가 Collection을 앞뒤로 전달하는 전문언어입니다. 내 네트워크 관리 API가 노드 이름 모음을 제공하고 GUI 도구 키트가 열 머리글 모음을 예상하는 경우 API는 독립적으로 작성되었더라도 원활하게 상호 운용됩니다.

• 새로운 APIs를 배우고 사용하기 위한 노력 감소: 많은 API는 자연스럽게 입력에 대한 컬렉션을 가져와 출력으로 제공합니다. 과거에는 이러한 각 API에 컬렉션 조작을 전담하는 작은 하위 API가 있었습니다. 이러한 임시 컬렉션 하위 API 간에는 일관성이 거의 없었기 때문에 처음부터 하나씩 배워야 했고 사용할 때 실수하기 쉬웠습니다. 표준 collection 인터페이스가 등장하면서 문제가 사라졌습니다.

• 새로운 API 설계 노력 감소: 디자이너와 구현자는 컬렉션에 의존하는 API를 만들 때마다 바퀴를 재발명할 필요가 없습니다. 대신 표준 컬렉션 인터페이스를 사용할 수 있습니다.

• 소프트웨어 재사용 촉진: 표준 컬렉션 인터페이스를 준수하는 새로운 데이터 구조는 본질적으로 재사용이 가능합니다. 이러한 인터페이스를 구현하는 객체에서 작동하는 새로운 알고리즘도 마찬가지입니다.

ArrayList VS Vector

point	ArrayList	Vector
synchronization	no	synchronized
size growth	increases only by half of its length	doubles its size
iteration	can only use Iterator	can use iterator and Enumeration
performance	faster	slower(due to synchronization)
framework	Collections	legacy class

Arrays VS Collection

No.	Arrays	Collection Framework
1	배열은 크기가 고정되어 있으므로 일단 배열을 만들면 요구 사항에 따라 늘리거나 줄일 수 없습니다.	컬렉션은 우리의 요구 사항에 따라 본질적으로 확장 할 수 있습니다. 크기를 늘리거나 줄일 수 있습니다.
2	기본 유형(boolean, byte, short, int, long 등)과 객체 유형을 모두 보유할 수 있습니다.	객체 유형만 보유할 수 있음
3	배열에는 기본 데이터 구조가 없습니다. 자바에서 데이터 구조로 사용되는 배열 자체입니다.	모든 Collection 클래스에는 기본 데이터 구조가 있습니다.
4	배열에는 유틸리티 메서드가 없습니다	모든 Collection은 유틸리티 메서드를 제공합니다.

Why Collection ?

1. 배열은 크기가 고정되어 있으며 개발 단계에서는 항상 배열의 크기를 정의할 수 없습니다. 요구 사항에 따라 크기를 늘려야 합니다. 컬렉션은 크기가 고정되어 있지 않고 확장 가능합니다(최대 크기에 도달하면 크기가 증가함).

2. 배열은 한 가지 유형의 요소만 보유할 수 있습니다. 컬렉션은 다양한 유형의 요소를 보유할 수 있습니다.

3. 정렬, 검색 등을 위한 배열의 기본 메서드 지원은 없지만 컬렉션에는 기본 유틸리티 메서드 지원이 있어 개발자가 편리하게 사용할 수 있습니다. 코딩 시간이 단축됩니다.

시간 복잡도

ArrayList VS LinkedList

비교 목록	ArrayList	LinkedList
Add/remove element in the beginning	O(n)	O(1)
Add/remove element in the middle	O(n)	O(1)
Add/remove element in the end	O(1)	O(1)
Get i-th element (random access)	O(1)	O(n)
Find element	O(n), O(log(n)) if sorted	O(n)
Traversal order	삽입된 대로	삽입된 대로

Set의 구현체

비교 목록	HashSet	LinkedHashSet	TreeSet	EnumSet
Add element	amoritize O(1)	amoritize O(1)	O(log(n))	O(1)
Remove element	amoritize O(1)	amoritize O(1)	O(log(n))	O(1)
Find Element	O(1)	O(1)	O(log(n))	O(1)
Traversal order	무작위, 해시 함수에 의해 흩어짐	삽입된 대로	요소 비교 기준에 따라 정렬됨	enum 값의 정의 순서에 따라

Map의 구현체

비교 목록	HashMap	LinkedHashMap	TreeMap	EnumMap
Add element	amoritize O(1)	amoritize O(1)	O(log(n))	O(1)
Remove element	amoritize O(1)	amoritize O(1)	O(log(n))	O(1)
Find element	O(1)	O(1)	O(log(n))	O(1)
Traversal order	무작위, 해시 함수에 의해 흩어짐	삽입된 대로	요소 비교 기준에 따라 정렬됨	enum 값의 정의 순서에 따라

Reference

https://github.com/JaeYeopHan/Interview_Question_for_Beginner/tree/master/Java#collection

https://www.baeldung.com/java-arraylist-vs-vector

https://www.geeksforgeeks.org/difference-between-arrays-and-collection-in-java/

https://en.wikipedia.org/wiki/Data_structure

https://www.baeldung.com/java-choose-list-set-queue-map

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