순회1 - 직접 구현하는 Iterable, Iterator
순회라는 단어는 여러 곳을 돌아다닌다는 뜻이다.
자료 구조에 순회는 자료 구조에 들어있는 데이터를 차례대로 접근해서 처리하는 것을 순회라 한다.
그런데 다양한 자료 구조가 있고, 각각의 자료 구조마다 데이터를 접근하는 방법이 모두 다르다.
예를 들어 배열 리스트는 index를 size까지 차례로 증가하면서 순회해야 하고, 연결 리스트는 node.next를 사용해서 node의 끝이 null일떄까지 순회해야 한다. 이렇듯 각 자료 구조의 순회 방법이 서로 다르다.
배열리스트, 연결 리스트, 해시 셋, 연결 해시 셋, 트리 셋 등 다양한 자료 구조가 있다. 각각의 자료 구조마다 순회하는 방법이 서로 다르기 때문에, 각 자료 구조의 순회 방법을 배워야 한다. 그리고 순회 방법을 배우려면 자료 구조의 내부 구조도 알아야 한다. 결과적으로 너무 많은 내용을 알아야 하는 것이다. 하지만 자료 구조를 사용하는 개발자 입장에서 보면 단순히 자료 구조에 들어있는 모든 데이터에 순서대로 접근해서 출력하거나 계산하고 싶을 뿐이다.
자료 구조의 구현과 관계 없이 모든 자료 구조를 동일한 방법으로 순회할 수 있는 일관성 있는 방법이 있다면, 자료구조를 사용하는 개발자 입장에서 매우 편리할 것이다.
자바는 이런 문제를 해결하기 위해 Iterable과 Iterator를 제공한다.
Iterable, Iterator
Iterable : "반복 가능한"이라는 뜻이다.
Iterator : "반복자"라는 뜻이다.
Iterable 인터페이스의 주요 메서드
public interface Iterable<T> {
Iterator<T> iterator();
}
- 단순히 Iterator 반복자를 반환한다.
Iterator 인터페이스의 주요 메서드
public interface Iterator<E>{
boolean hasNext();
E next();
}
- hasNext() : 다음 요소가 있는지 확인한다. 다음 요소가 없으면 false를 반환한다.
- next() : 다음 요소를 반환한다. 내부에 있는 위치를 다음으로 이동한다.
자료 구조에 들어있는 데이터를 처음부터 끝까지 순회하는 방법은 간단하다. 자료 구조에 다음 요소가 있는지 물어보고, 있으면 다음 요소를 꺼내는 과정을 반복하면 된다. 만약 다음 요소가 없다면 종료하면 된다. 이렇게 하면 자료 구조에 있는 모든 데이터를 순회할 수 있다.
코드를 통해 확인해보자.
public class MyArrayIterator implements Iterator<Integer> {
private int currentIndex = -1;
private int[] targetArr;
public MyArrayIterator(int[] targetArr) {
this.targetArr = targetArr;
}
@Override
public boolean hasNext() {
boolean result = currentIndex < targetArr.length - 1;
}
@Override
public Integer next() {
return targetArr[++currentIndex];
}
}
- 생성자를 통해 반복자가 사용할 배열을 참조한다. 여기서 참조한 배열을 순회할 것이다.
- currentIndex : 현재 인덱스, next()를 호출할 때마다 하나씩 증가한다.
- hasNext() : 다음 항목이 있는지 검사한다. 배열의 끝에 다다르면 순회가 끝났으므로 false를 반환한다.
- 참고로 인덱스의 길이는 0부터 시작하므로 배열의 길이에 1을 빼야 마지막 인덱스가 나혼다.
- next() : 다음 항목을 반환한다.
- currentIndex를 하나 증가하고 항목을 반환한다.
- 인덱스는 0부터 시작하기 때문에 currentIndex는 처음에는 -1을 가진다. 이렇게 하면 다음 항목을 조회했을 때 0이 된다. 따라서 처음 next()를 호출하면 0번 인덱스를 가리킨다.
Iterator는 단독으로 사용할 수 없다. Iterator를 통해 순회의 대상이 되는 자료 구조를 만들어보자.
여기서는 매우 간단한 자료 구조를 하나 만들자. 내부에는 숫자 배열을 보관한다.
public class MyArray implements Iterable<Integer>{
private int[] numbers;
public MyArray(int[] numbers) {
this.numbers = numbers;
}
@Override
public Iterator<Integer> iterator() {
return new MyArrayIterator(numbers);
}
}
- 배열을 가지는 매우 단순한 자료구조이다.
- Iterable 인터페이스를 구현한다.
- 이 인터페이스는 이 자료 구조에 사용할 반복자(Iterator)를 반환하면 된다.(Iterator 형을 반환할 수 있게 구현되었다)
- 앞서 만든 반복자인 MyArrayIterator를 반환한다.
- 이때 MyArrayIterator는 생성자를 통해 MyArray의 내부 배열인 numbers를 참조한다.
- 내 자료구조는 반복할 수 있어~(Iterable을 통해 알게 된다. -> 반복자를 반환하기 때문에)
Main문을 통해 구현해보자.
public class MyArrayMain {
public static void main(String[] args) {
MyArray myArray = new MyArray(new int[]{1,2,3,4});
Iterator<Integer> iterator = myArray.iterator();
System.out.println("iterator 사용");
while (iterator.hasNext()){
Integer value = iterator.next();
System.out.println("value = " + value);
}
}
}
iterator 사용
value = 1
value = 2
value = 3
value = 4
- MyArray는 Iterable(반복할 수 있는) 인터페이스를 구현한다. 따라서 MyArray는 반복할 수 있다는 의미가 된다.
- Iterable 인터페이스를 구현하면 iterator()메서드를 구현해야 한다. 이 메서드는 Iterator 인터페이스를 구현한 반복자를 반환한다. 여기서는 MyArrayIterator를 생성해서 반환했다.
- MyArrayIterator의 인스턴스를 생성할 때 순회할 대상을 지정해야 한다. 여기서는 MyArray의 배열을 지정했다.
- MyArrayIterator 인스턴스는 내부에서 MyArray의 배열을 참조한다.
- 이제 MyArrayIterator를 통해 MyArray가 가진 내부 데이터를 순회할 수 있다.
(화살표 방향에 주의하자 targetArr은 numbers[]의 참조값을 가지고 있기 때문에 화살표가 저렇게 나간다)
순회2 - 향상된 for문
Iterable과 향상된 for문(Enhanced For Loop)
Iterable, Iterator를 사용하면 또 하나의 큰 장점을 얻을 수 있다. 다음 코드를 보자
//main문에 추가
System.out.println("for-each 사용");
for (Integer value : myArray) {
System.out.println("value = " + value);
}iterator 사용
value = 1
value = 2
value = 3
value = 4
for-each 사용
value = 1
value = 2
value = 3
value = 4
for-each문으로 불리는 향상된 for문은 자료 구조를 순회하는 것이 목적이다.
자바는 Iterable 인터페이스를 구현한 객체에 대해서는 향상된 for문을 사용할 수 있게 해준다.
for (Integer value : myArray) {
System.out.println("value = " + value);
}위의 코드를 자바는 컴파일 시점에 다음과 같이 코드를 변경한다.
while (iterator.hasNext()){
Integer value = iterator.next();
System.out.println("value = " + value);
}
두 코드는 같은 코드이다. 물론 모든 데이터를 순회한다면 둘 중 깔끔한 향상된 for문을 사용하는 것이 좋다.
참고 - 쉽게 이해하기
Iterable : "반복 가능한"이라는 뜻이다.
Iterator : "반복자"라는 뜻이다.
용어를 잘 보면 Iterable은 반복 가능한 이라는 뜻이다. 우리가 만든 MyArray는 Iterable을 구현했다. 따라서 MyArray는 반복 가능하다는 뜻이다. MyArray가 반복 가능하기 때문에 iterator를 반환하고, for-each문도 작동한다.
정리 : 특정 자료 구조가 Iterable, Iterator를 구현한다면, 해당 자료 구조를 사용하는 개발자는 단순히 hasNext(), next()또는 for-each문을 사용해서 순회할 수 있다. 자료 구조가 아무리 복잡해도 해당 자료 구조를 사용하는 개발자는 동일한 방법으로 매우 쉽게 자료 구조를 순회할 수 있다. 이것이 인터페이스가 주는 큰 장점이다.
물론 자료 구조를 만드는 개발자 입장에서는 Iterable, Iterator를 구현해야 하니 수고롭겠지만, 해당 자료 구조를 사용하는 개발자 입장에서는 매우 편리하다.
순회3 - 자바가 제공하는 Iterable, Iterator
- 자바 컬렉션 프레임워크는 배열 리스트, 연결 리스트, 해시 셋, 트리 셋 등등 다양한 자료 구조를 제공한다.
- 자바는 컬렉션 프레임워크를 사용하는 개발자가 편리하고 일관된 방법으로 자료 구조를 순회할 수 있도록 Iterable 인터페이스를 제공하고, 이미 각각의 구현체에 맞는 Iterator도 다 구현해 두었다.
- 자바 Collection 인터페이스의 상위에 Iterable이 있다는 것은 모든 컬렉션을 Iterable과 Iterator를 사용해서 순회할 수 있다는 뜻이다./
- Map의 경우 Key뿐만 아니라 Value까지 있기 때문에 바로 순회를 할 수는 없다. 대신에 Key나 Value를 정해서 순회할 수 있는데, keySet(), values()를 호출하면 Set, Collection을 반환하기 때문에 Key나 Value를 정해서 순회할 수 있다. 물론 Entry를 Set 구조로 반환하는 entrySet()도 순회가 가능하다.
정리하면 자바가 제공하는 컬렉션 프레임워크의 모든 자료 구조는 Iterable과 Iterator를 사용해서 편리하고 일관된 방법으로 순회할 수 있다. 물론 Iterable을 구현하기 때문에 향상된 for문도 사용할 수 있다.
public class JavaIterableMain {
public static void main(String[] args) {
List<Integer> list = new ArrayList<>();
list.add(1);
list.add(2);
list.add(3);
printMethod(list.iterator());
foreach(list);
Set<Integer> set = new HashSet<>();
set.add(1);
set.add(2);
set.add(3);
printMethod(set.iterator());
foreach(set);
}
private static void foreach(Iterable<Integer> iterable) {
System.out.println("iterable = " + iterable.getClass());
for (Integer i : iterable) {
System.out.println(i);
}
}
private static void printMethod(Iterator<Integer> iterator){
System.out.println("iterator = " + iterator.getClass());
while (iterator.hasNext()){
System.out.println(iterator.next());
}
}
}iterator = class java.util.ArrayList$Itr
1
2
3
iterable = class java.util.ArrayList
1
2
3
iterator = class java.util.HashMap$KeyIterator
1
2
3
iterable = class java.util.HashSet
1
2
3
- Iterator, Iterable은 인터페이스이다. 따라서 다형성을 적극 활용할 수 있다.
- printAll(), foreach() 메서드는 새로운 자료 구조가 추가되어도 해당 자료 구조가 Iterator, Iterable만 구현하고 있다면 코드 변경 없이 사용할 수 있다.
참고 : Iterator(반복자) 디자인 패턴은 객체 지향 프로그래밍에서 컬렉션의 요소들을 순회할 때 사용되는 디자인 패턴이다. 이 패턴은 컬렉션의 내부 표현 방식을 노출시키지 않으면서도, 그 안의 각 요소에 순차적으로 접근할 수 있게 해준다. Iterator 패턴은 컬렉션의 구현과는 독립적으로 요소들을 탐색할 수 있는 방법을 제공하며, 이로 인해 코드의 복잡성을 줄이고 재사용성을 높일 수 있다.
정렬1 - Comparable, Comparator
데이터를 정렬하는 방법을 배워보자.
예제를 통해서 배열에 들어있는 데이터를 순서대로 정렬해보자.
public class SortMain1 {
public static void main(String[] args) {
Integer[] array = {3,2,1};
System.out.println(Arrays.toString(array));
System.out.println("기본 정렬 후");
Arrays.sort(array);
System.out.println(Arrays.toString(array));
}
}
[3, 2, 1]
기본 정렬 후
[1, 2, 3]
Arrays.sort()를 사용하면 배열에 들어있는 데이터를 순서대로 정렬할 수 있다.
원래 3, 2, 1 순서로 데이터가 들어있었는데, 정렬 후에는 1, 2, 3의 순서로 데이터가 정렬된 것을 확인할 수 있다.
정렬의 순서를 확인해보자.
지금 설명한 정렬은 가장 단순한 정렬의 예시이다. 실제로는 정렬 성능을 높이기 위한 다양한 정렬 알고리즘이 존재한다. 자바는 초기에는 퀵소드를 사용했다가 지금은 데이터가 작을 때(32개 이하)는 듀얼 피벗 퀵소트(Duas-Pivot QuickSort)를 사용하고, 데이터가 많을때는 팀소트(TimSort)를 사용한다. 이런 알고리즘은 평균 O(n log n)의 성능을 제공한다.
참고 : 정렬 알고리즘은 자료구조와 알고리즘을 학습하며 배워야 한다.
비교자 - Comparator
그런데 정렬을 할 때 1, 2, 3 순서가 아니라 반대로 3, 2, 1로 정렬하고 싶다면 어떻게 해야할까?
이때는 비교자(Comparator)를 사용하면 된다. 이름 그대로 두 값을 비교할 때 비교 기준을 직접 제공할 수 있다.
public interface Comparator<T>{
int compare(T o1, T o2);
}
-두 인수를 비교해서 결과 값을 반환하면 된다.
- 첫번째 인수가 더 작으면 음수, -1
- 두 값이 같으면 0
- 첫번째 인수가 더 크면 양수, 1
public class SortMain2 {
public static void main(String[] args) {
Integer[] array = {3,2,1};
System.out.println(Arrays.toString(array));
System.out.println("comparator 비교");
Arrays.sort(array, new AscComparator());
System.out.println("AscComparator: " + Arrays.toString(array));
// asc = 오름차순, desc = 내림차순
Arrays.sort(array, new DescComparator());
System.out.println("DescComparator: " + Arrays.toString(array));
Arrays.sort(array, new AscComparator().reversed());
System.out.println("AscComparator.reversed: "+Arrays.toString(array));
}
static class AscComparator implements Comparator<Integer>{
@Override
public int compare(Integer o1, Integer o2) {
System.out.println("o1=" + o1 + ", o2="+o2);
return (o1<o2) ? -1 : ((o1==o2) ? 0 : 1);
}
}
static class DescComparator implements Comparator<Integer>{
@Override
public int compare(Integer o1, Integer o2) {
System.out.println("o1=" + o1 + ", o2="+o2);
return (o1<o2) ? -1 : ((o1==o2) ? 0 : 1) * -1;
}
}
}
Arrays.sort()를 사용할 때 비교자(Comparator)를 넘겨주면 알고리즘에서 어떤 값이 더 큰지 두 값을 비교할 때, 비교자를 사용한다.
Arrays.sort(array, new AscComparator())
Arrays.sort(array, new DescComparator())
- AscComparator를 사용하면 숫자가 점점 올라가는 오름차순으로 정렬된다.
- DescComparator를 사용하면 숫자가 점점 내려가는 내림차순으로 정렬된다. 왜냐하면 DescComparator 구현의 마지막에 -1을 곱해주었기 때문에 이렇게 하면 양수는 음수로, 음수는 양수로 반환된다. 쉽게 이야기해서 계산의 결과가 반대로 된다. 따라서 정렬의 결과도 반대가 된다.
new AscComparator().reversed()
- 정렬을 반대로 하고 싶으면 reversed() 메서드를 사용하면 된다. 이렇게 하면 비교의 결과를 반대로 변경한다. 앞서 설명한 -1을 곱한 것과 같은 결과가 나온다.
정렬2 - Comparable, Comparator
자바가 기본으로 제공하는 Integer, String같은 객체를 제외하고 MyUser와 같이 직접 만든 객체를 정렬하려면 어떻게 해야 할까? 내가 만든 객체이기 때문에 정렬을 할 때 내가 만든 두 객체 중에 어떤 객체가 더 큰지 알려줄 방법이 있어야 한다.
이때 Comparable 인터페이스를 구현하면 된다. 이 인터페이스는 이름 그대로 비교 가능한, 비교할 수 있는 이라는 뜻으로, 객체에 비교 기능을 추가해 준다.
public interface Comparable<T>{
public int compareTo(T o);
}
- 자기 자신과 인수로 넘어온 객체를 비교해서 반환한다.
- 현재 객체가 인수로 주어진 객체보다 더 작으면 음수, -1
- 두 객체의 크기가 같으면 0
- 현재 객체가 인수로 주어진 객체보다 더 크면 양수 1
public class MyUser implements Comparable<MyUser>{
private String id;
private int age;
public MyUser(String id, int age) {
this.id = id;
this.age = age;
}
public String getId() {
return id;
}
public int getAge() {
return age;
}
@Override
public int compareTo(MyUser o) {
return this.age < o.age ? -1 : (this.age == o.age ? 0 : 1);
}
@Override
public String toString() {
return "MyUser{" +
"id='" + id + '\'' +
", age=" + age +
'}';
}
}
- MyUser가 Comparable 인터페이스를 구현한 것을 확인할 수 있다.
- compareTo() 구현을 보면 여기서는 정렬의 기준을 나이(age)로 정했다.
- MyUser 클래스의 기본 정렬 방식을 나이 오름차순으로 정한 것이다.
- Comparabale을 통해 구현한 순서를 자연 순서(Natural Ordering)라 한다.
public class SortMain3 {
public static void main(String[] args) {
MyUser myUser1 = new MyUser("a", 30);
MyUser myUser2 = new MyUser("b", 20);
MyUser myUser3 = new MyUser("c", 10);
MyUser[] array = {myUser1,myUser2,myUser3};
System.out.println("기본 데이터");
System.out.println(Arrays.toString(array));
System.out.println("Comparable 기본 정렬");
Arrays.sort(array);
System.out.println(Arrays.toString(array));
}
}
실행결과는 다음과 같다
기본 데이터
[MyUser{id='a', age=30}, MyUser{id='b', age=20}, MyUser{id='c', age=10}]
Comparable 기본 정렬
[MyUser{id='c', age=10}, MyUser{id='b', age=20}, MyUser{id='a', age=30}]
Arrays.sort(array)
기본 정렬을 시도한다. 이때는 객체가 스스로 가지고 있는 Comparable 인터페이스를 사용해서 비교한다.
MyUser가 구현한 대로 나이(age) 오름차순으로 정렬된 것을 확인할 수 있다. MyUser의 자연적인 순서를 사용했다.
다른 방식으로 정렬
만약 객체가 가지고 있는 Comparable 기본 정렬이 아니라 다른 정렬을 사용하고 싶다면 어떻게 해야할까?
나이가 아니라 아이디로 비교하는 예제를 추가로 만들어보자.
*comparable은 자체적으로 compareTo를 가지고 비교한다.
** Comparator 비교자를 만들어서 sort에 비교자를 넣어 비교한다.(새로 만든 정렬 기준을 적용하려 하기 때문에
아이디로 비교할 수 있는 IdComparator를 하나 만들자.
public class IdComparator implements Comparator<MyUser> {
@Override
public int compare(MyUser o1, MyUser o2) {
return o1.getId().compareTo(o2.getId());
}
}
public class SortMain3 {
public static void main(String[] args) {
MyUser myUser1 = new MyUser("a", 30);
MyUser myUser2 = new MyUser("b", 20);
MyUser myUser3 = new MyUser("c", 10);
MyUser[] array = {myUser1,myUser2,myUser3};
System.out.println("기본 데이터");
System.out.println(Arrays.toString(array));
System.out.println("Comparable 기본 정렬");
Arrays.sort(array);
System.out.println(Arrays.toString(array));
//추가
System.out.println("IdComparator 정렬");
Arrays.sort(array, new IdComparator());
System.out.println(Arrays.toString(array));
System.out.println("IdComparator().reversed() 정렬");
Arrays.sort(array, new IdComparator().reversed());
System.out.println(Arrays.toString(array));
}
}
Arrays.sort(array, Comparator)
기본 정렬이 아니라 정렬 방식을 지정하고 싶다면 Arrays.sort의 인수로 비교자(Comparator)를 만들어서 넘겨주면 된다. 이렇게 비교자를 따로 전달하면 객체가 기본으로 가지고 있는 Comparable을 무시하고, 별도로 전달한 비교자를 사용해서 정렬한다.
(기존에 있던 비교 대신 새로운 비교기준을 만들어서 비교를 하고 싶을때 Comparator를 쓰면 된다)
여기서는 기본으로 나이를 기준으로 정렬하지만, 아이디로 정렬하고 싶다면 IdComparator를 넘겨주면 된다.
결과를 보면 아이디(id)순으로 정렬된 것을 확인할 수 있다.
주의 : 만약 Comparable도 구현하지 않고, Comparator도 제공하지 않으면 런타임 오류가 발생한다.
Comparator가 없으니, 객체가 가지고 있는 기본 정렬을 사용해야 한다. 이때 Comparable을 사용한다. 그런데 Comparable도 찾는데 없으니, 예외가 발생한다.
Comparable, Comparator 정리
객체의 기본 정렬 방법은 객체에 Comparable을 구현해서 정의한다. 이렇게 하면 객체는 이름 그대로 비교할 수 있는 객체가 되고 기본 정렬 방법을 가진다. 그런데 기본 정렬 외에 다른 정렬 방법을 사용해야 하는 경우 비교자(Comparator)를 별도로 구현해서 정렬 메서드에 전달하면 된다. 이 경우 전달한 Comparator가 항상 우선권을 가진다.
자바가 제공하는 Integer, String 같은 기본 객체들은 대부분 Comparable을 구현해 두었다.
정렬3 - Comparable, Comparator
정렬은 배열 뿐만 아니라 순서가 있는 List같은 자료 구조에도 사용할 수 있다.
public class SortMain4 {
public static void main(String[] args) {
MyUser myUser1 = new MyUser("a", 30);
MyUser myUser2 = new MyUser("b", 20);
MyUser myUser3 = new MyUser("c", 10);
LinkedList<MyUser> list = new LinkedList<>();
list.add(myUser1);
list.add(myUser2);
list.add(myUser3);
System.out.println("기본 데이터");
System.out.println(list);
System.out.println("Comparable 기본 정렬");
// list.sort(null);
Collections.sort(list);
System.out.println(list);
System.out.println("IdComparator 정렬");
// list.sort(new IdComparator());
Collections.sort(list, new IdComparator());
System.out.println(list);
}
}
Collections.sort(list)
- 리스트는 순서가 있는 컬렉션이므로 정렬할 수 있다.
- 이 메서드를 사용하면 기본 정렬이 적용된다.
- 하지만 이 방식보다는 객체 스스로 정렬 메서드를 가지고 있는 list.sort() 사용을 더 권장한다.
list.sort(null)
- 별도의 비교자가 없으므로 Comparable로 비교해서 정렬한다.
- 자연적인 순서로 비교한다.
- 자바 1.8부터 사용되었다.
Collections.sort(list, new IdComparator())
- 별도의 비교자로 비교하고 싶다면 다음 인자에 비교자를 넘기면 된다.
- 하지만 이 방식보다는 객체 스스로 정렬 메서드를 가지고 있는 list.sort()사용을 더 권장한다. 참고로 둘의 결과는 같다
list.sort(new IdComparator())
- 전달한 비교자로 비교한다
- 자바 1.8부터 사용
Tree 구조와 정렬
TreeSet과 같은 이진 탐색 트리 구조는 데이터를 보관할 때, 데이터를 정렬하면서 보관한다. 따라서 정렬 기준을 제공하는 것이 필수이다.
이진 탐색 트리는 데이터를 저장할 때 왼쪽 노드에 저장해야 할지, 오른쪽 노드에 저장해야 할지 비교가 필요하다.
따라서 TreeSet, TreeMap은 Comparable 또는 Comparator가 필수이다.
public class SortMain5 {
public static void main(String[] args) {
MyUser myUser1 = new MyUser("a", 30);
MyUser myUser2 = new MyUser("b", 20);
MyUser myUser3 = new MyUser("c", 10);
TreeSet<MyUser> treeSet1 = new TreeSet<>();
treeSet1.add(myUser1);
treeSet1.add(myUser2);
treeSet1.add(myUser3);
System.out.println("Comparable 기본 정렬");
System.out.println(treeSet1);
TreeSet<MyUser> treeSet2 = new TreeSet<>(new IdComparator());
treeSet2.add(myUser1);
treeSet2.add(myUser2);
treeSet2.add(myUser3);
System.out.println("IdComparator 정렬");
System.out.println(treeSet2);
}
}
Comparable 기본 정렬
[MyUser{id='c', age=10}, MyUser{id='b', age=20}, MyUser{id='a', age=30}]
IdComparator 정렬
[MyUser{id='a', age=30}, MyUser{id='b', age=20}, MyUser{id='c', age=10}]
new TreeSet<>()
- TreeSet을 생성할 때 별도의 비교자를 제공하지 않으면 객체가 구현한 Comparable을 사용한다.
new TreeSet<>>(new IdComparator())
- TreeSet을 생성할 때 별도의 비교자를 제공하면 Comparable 대신 비교자(Comparator)를 사용해서 정렬한다.
주의 : Comparable도 구현하지 않고, Comparator도 제공하지 않으면 다음과 같은 런타임 오류가 발생한다.
정리 : 자바의 정렬 알고리즘은 매우 복잡하고, 또 거의 완성형에 가깝다. 자바는 개발자가 복잡한 정렬 알고리즘은 신경쓰지 않으면서 정렬의 기준만 간단히 변경할 수 있도록, 정렬의 기준을 Comparable, Comparator 인터페이스를 통해 추상화해두었다.
객체의 정렬이 필요한 경우 Comparable을 통해 기본 자연 순서를 제공하자. 자연 순서 외에 다른 정렬 기준이 추가로 필요하면 Comparator를 제공하자.
컬렉션 유틸
컬렉션을 편리하게 다룰 수 있는 기능들을 알아보자.
public class CollectionsSortMain {
public static void main(String[] args) {
List<Integer> list = new ArrayList<>();
list.add(1);
list.add(2);
list.add(3);
list.add(4);
list.add(5);
Integer max = Collections.max(list);
Integer min = Collections.min(list);
System.out.println("max = " + max);
System.out.println("min = " + min);
System.out.println("list = " + list);
Collections.shuffle(list);
System.out.println("list = " + list);
Collections.sort(list);
System.out.println("list = " + list);
Collections.reverse(list);
System.out.println("list = " + list);
}
}
max = 5
min = 1
list = [1, 2, 3, 4, 5]
list = [5, 1, 3, 2, 4]
list = [1, 2, 3, 4, 5]
list = [5, 4, 3, 2, 1]
public class OfMain {
public static void main(String[] args) {
//편리한 불변 컬렉션 생성
List<Integer> list = List.of(1, 2, 3);
Set<Integer> set = Set.of(1, 2, 3);
Map<Integer, String> map = Map.of(1, "one", 2, "two");
System.out.println("list = " + list);
System.out.println("set = " + set);
System.out.println("map = " + map);
System.out.println("list class = " + list.getClass());
//java.lang.UnsupportedOperationException 예외 발생
//list.add(4);
}
}
list = [1, 2, 3]
set = [2, 1, 3]
map = {1=one, 2=two}
list class = class java.util.ImmutableCollections$ListN
public class ImmutableMain {
public static void main(String[] args) {
//불변 리스트 생성
List<Integer> list = List.of(1,2,3);
//가변 리스트
ArrayList<Integer> mutableList = new ArrayList<>(list);
mutableList.add(4);
System.out.println("list = " + list);
System.out.println("mutableList = " + mutableList);
System.out.println("mutableList.getClass() = " + mutableList.getClass());
//불변 리스트
List<Integer> unmodifiableList = Collections.unmodifiableList(mutableList);
System.out.println("unmodifiableList.getClass() = " + unmodifiableList.getClass());
//java.lang.UnsupportedOperationException
//unmodifiableList.add(5);
}
}
list = [1, 2, 3]
mutableList = [1, 2, 3, 4]
mutableList.getClass() = class java.util.ArrayList
unmodifiableList.getClass() = class java.util.Collections$UnmodifiableRandomAccessList
public class EmptyListMain {
public static void main(String[] args) {
//빈 가변 리스트 생성
List<Integer> list1 = new ArrayList<>();
List<Integer> list2 = new ArrayList<>();
//빈 불변 리스트 생성
List<Integer> list3 = Collections.emptyList(); //자바5
List<Object> list4 = List.of(); //자바9
System.out.println("list3.getClass() = " + list3.getClass());
System.out.println("list4.getClass() = " + list4.getClass());
}
}
list3.getClass() = class java.util.Collections$EmptyList
list4.getClass() = class java.util.ImmutableCollections$ListN
-빈 가변 리스트는 원하는 컬렉션의 구현체를 직접 생성해주기만 하면 된다.
- 빈 불변리스트는 2가지 생성 방법이 있다.
- Collections.emptyList() : 자바5부터 제공되는 기능이다.
- List.of() : 자바9부터 제공되는 최신 기능이다.
- List.of()가 더 간결하고, List.of(1,2,3)도 불변이기 때문에 사용법에 일관성이 있다. 자바 9 이상을 사용한다면 이 기능을 권장한다.
Arrays.asList()
Arrays.asList를 사용해도 다음과 같이 리스트를 생성할 수 있다.
참고로 이 메서드는 자바 1.2부터 존재했다. 자바9를 사용한다면 List.of()를 권장한다.
List<Integer> list = Arrays.asList(1,2,3);
List<Integer> list = List.of(1,2,3);
- Arrays.asList()로 생성된 리스트는 고정된 크기를 가지지만, 요소들은 변경할 수 있다. 즉, 리스트의 길이는 변경할 수 없지만, 기존 위치에 있는 요소들을 다른 요소로 교체할 수 있다.
- set()을 통해 요소를 변경할 수 있다.
- add(), remove() 같은 메서드를 호출하면 예외가 발생한다. 크기를 변경할 수 없다.
- 고정도 가변도 아닌 애매한 리스트이다.
정리하면 일반적으로 List.of()를 사용하는 것을 권장한다. 다음과 같은 경우 Arrays.asList()를 선택할 수 있다.
- 변경 가능한 요소 : 리스트 내부의 요소를 변경해야 하는 경우
- 하위 호환성 : Java 9 이전 버전에서 작업해야 하는 경우
멀티스레드 동기화
public class SyncMain {
public static void main(String[] args) {
ArrayList<Integer> list = new ArrayList<>();
list.add(1);
list.add(2);
list.add(3);
System.out.println("list.getClass() = " + list.getClass());
List<Integer> synchronizedList = Collections.synchronizedList(list);
System.out.println("synchronizedList.getClass() = " + synchronizedList.getClass());
}
}
list.getClass() = class java.util.ArrayList
synchronizedList.getClass() = class java.util.Collections$SynchronizedRandomAccessList
- Collections.synchronizedList를 사용하면 일반 리스트를 멀티스레드 상황에서 동기화 문제가 발생하지 않는 안전한 리스트로 만들 수 있다.
- 동기화 작업으로 인해 일반 리스트보다 성능은 더 느리다.
- 이 부분은 멀티스레드를 학습해야 이해할 수 있으므로 지금은 이런 것이 있다 정도만 참고하고 넘어가자.
정리
선택 가이드
순서가 중요하고 중복이 허용되는 경우 : List 인터페이스를 사용하자. ArrayList가 일반적인 선택이지만, 추가/삭제 작업이 앞쪽에서 빈번한 경우에는 LinkedList가 성능상 더 좋은 선택이다.
중복을 허용하지 않고 순서가 중요하지 않은 경우 : HashSet을 사용하자. 순서를 유지해야하면 LinkedHashSet을, 정렬된 순서가 필요하면 TreeSet을 사용하자.
요소를 키-값 쌍으로 저장하려는 경우 : Map 인터페이스를 사용하자. 순서가 중요하지 않다면 HashMap을 순서를 유지해야한다면 LinkedHashMap을, 정렬된 순서가 필요하면 TreeMap을 사용하자.
요소를 처리하기 전에 보관해야하는 경우 : Queue, Deque 인터페이스를 사용하자. 스택, 큐, 구조 모두 ArrayDeque를 사용하는 것이 가장 빠르다. 만약 우선순위에 따라 요소를 처리해야 한다면 PriorityQueue를 고려하자.
실무 선택 가이드
- List의 경우 대부분 ArrayList를 사용한다.
- Set의 경우 대부분 HashSet을 사용한다.
- Map의 경우 대부분 HashMap을 사용한다.
- Queue의 경우 대부분 ArrayDeque를 사용한다.
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