[Java] Collection / Annotation / Generic 정리

JaeYeopHan님의 자료를 바탕으로 정리한 글입니다

• 출처
• 시간 복잡도 출처

Collection

• List, Map, Set 인터페이스를 기준으로 여러 구현체 존재
• Stack과 Queue 인터페이스도 존재
• 이러한 Collection을 사용하는 이유
  • 다수의 Data를 다루는 데 표준화된 클래스들을 제공해주기 때문에
    • Data Structure를 직접 구현하지 않고 편하게 사용할 수 있기 때문
  • 배열과 다르게 객체를 보관하기 위한 공간을 미리 정하지 않아도 되므로
    • 상황에 따라 객체의 수를 동적으로 정할 수 있음
      • 이는 프로그램의 공간적인 효율성 또한 높여줌

List

• List 인터페이스를 직접 @Override를 통해 사용자가 정의하여 사용할 수 있음
  • 대표적인 구현체: ArrayList
    • 이는 기존에 있었던 Vector를 개선한 것
      • 오브젝트에서 Vector와 Stack과의 관계에 대해서 읽은 적이 있는데
      • 막상 쓰지 않는 이유는 ArrayList였구나 👀
  • 이외에도 LinkedList 등의 구현체 존재

ArrayList 시간 복잡도

• add(): $O(1)$
• remove(): $O(N)$
• get(): $O(1)$
• contains(): $O(N)$
• iterator.remove(): $O(N)$

ArrayList 특징

• 데이터 추가, 삭제를 위해 임시 배열을 생성해 데이터를 복사
  • 대량의 자료를 추가/삭제시 복사가 일어나게 되어 성능 저하를 일으킴
  • 데이터의 인덱스를 가지고 있어 데이터 검색시 빠름

LinkedList 시간 복잡도

• add(): $O(1)$
• remove(): $O(1)$
• get(): $O(N)$
• contains(): $O(N)$
• iterator.remove(): $O(1)$

LinkedList 특징

• 데이터를 저장하는 각 노드가 이전 노드와 다음 노드의 상태만 알고 있음
  • 데이터 추가/삭제시 빠름
  • 데이터 검색시 처음부터 노드를 순회해야 되기 때문에 느림

CopyOnWriteArrayList 시간 복잡도

• add(): $O(N)$
• remove(): $O(N)$
• get(): $O(1)$
• contains(): $O(N)$
• iterator.remove(): $O(N)$

CopyOnWriteArrayList 특징

• 처리에 여분의 오버로드를 가져오지만 순회 작업 수에 비해, 수정 횟수가 최소일 때 효과적
  • add()는 ArrayList, LinkedList보다 느리지만
  • get()은 LinkedList보단 빠르고 ArrayList보단 살짝 느림

Map

• 대표적인 구현체: HashMap
• key-value의 구조로 이루어져 있음
  • Map에 대한 구체적인 내용은 Data Structure 부분의 Hash Table과 일치
• key를 기준으로 중복된 값을 저장하지 않으며 순서를 보장하지 않음
  • 순서를 보장해주기 위해 LinkedHashMap 사용
    • 이건 파이썬에만 있는 줄 알았는데 아니었구나

List에서는 CopyOnWriteArray까지 정리했지만 List를 제외하고는 너무 지엽적인 것들이 많기 때문에 대표적인 것들만 정리

HashMap 시간 복잡도

• get(): $O(1)$
• containsKey(): $O(1)$
• next(): $O(h/n)$
  • h는 테이블 용량

HashMap 특징

• 순서에 상관없이 저장됨
• Null을 허용함
• thread-safe가 보장되지 않음

LinkedHashMap 시간 복잡도

• get(): $O(1)$
• containsKey(): $O(1)$
• next(): $O(1)$

LinkedHashMap 특징

• 순서대로 저장됨
• Null을 허용함
• thread-safe 보장되지 않음

ConcurrentHashMap 시간 복잡도

김영한님 강의에서 알게 되었다.

• get(): $O(1)$
• containsKey(): $O(1)$
• next(): $O(h/n)$
  • h는 테이블 용량

ConcurrentHashMap 특징

• thread-safe 보장
• SynchronizedMap보다 속도가 빠름
• Null을 허용하지 않음

Set

• 대표적인 구현체: HashSet
• value에 대해 중복된 값을 저장하지 않음
• Set 자료구조는 Map의 key-value 구조에서
  • key 대신 value가 들어가 value를 key로 하는 자료구조일 뿐임
    • 마찬가지로 순서를 보장해주기 위해 LinkedHashSet 사용
      • 이건 예전에 프로그래머스 문제 풀면서 사용해본 적 있음!

HashSet 시간 복잡도

• add(): $O(1)$
• contains(): $O(1)$
• next(): $O(h/n)$
  • h는 테이블 용량

HashSet 특징

• 객체들을 순서없이 저장하고 동일한 객체를 중복 저장하지 않음
• 중복되지 않는 값을 등록할 때 용의
• 순서없이 저장되는 것을 주의
• Null을 허용함

LinkedHashSet 시간 복잡도

• add(): $O(1)$
• contains(): $O(1)$
• next(): $O(1)$

LinkedHashSet 특징

• 속도는 HashSet에 비해 느리지만 좋은 성능을 보장함
• 등록한 순으로 정렬
• Null을 허용함

TreeSet 시간 복잡도

• add(): $O(log n)$
• contains(): $O(log n)$
• next(): $O(log n)$

TreeSet 특징

• 객체기준으로 정렬
• 느림
• Null을 허용하지 않음

Stack과 Queue

• Stack 객체는 직접 new 키워드로 사용할 수 있음
• Queue 인터페이스는 JDK 1.5부터 Linkedlist에 new 키워드를 적용하여 사용할 수 있음

PriorityQueue 시간 복잡도

• offer() (입력): $O(log n)$
• peek() (get): $O(1)$
• poll() (반환): $O(log n)$
• size(): $O(1)$

PriorityQueue 특징

• JVM에서 제공하는 것과 순서가 다를 수 있음
  • 문자는 ASCII 순서로 정렬
• 일반적은 Queue는 FIFO의 구조를 가지지만 natural-order에 따라 정렬
• Null을 허용하지 않음

Annotation

• 어노테이션: 본래 주석이란 뜻으로, 인터페이스를 기반으로한 문법
• Java 5부터 등장한 기능
• AOP(Aspect Oriented Programming: 관점 지향 프로그래밍)을 편리하게 구성할 수 있음
  • 관점 지향은 어떤 로직을 기준으로 핵심적인 관점, 부가적인 관점으로 나누어서 보고
    • 그 관점을 기준으로 모듈화하겠다는 것
• 주석과는 그 역할이 다르지만
  • 주석처럼 코드에 달아서 클래스에 특별한 의미를 부여하거나 기능을 주입할 수 있음
  • 해석되는 시점을 정할 수도 있음

Annotaiton의 3가지 종류

Built-In Annotation

• JDK에 내장되어 있음
• 상속을 받아서 메서드를 오버라이딩 할 때 나타나는 @Override 어노테이션이 그 예
• 이외에도
  • @Deprecated
    • 메서드를 사용하지 않도록 유도, 사용한다면 컴파일 에러
  • @SuppressWarnings
    • 컴파일 경고를 무시하도록 함
  • @SafeVarargs
    • 제네릭 같은 가변 인자 매개변수를 사용할 때 경고를 무시함 (Java 7 이상)
  • @FuncationallInterface
    • 람다 함수 등을 위한 인터페이스를 지정
      • 메서드가 없거나 두 개 이상 되면 컴파일 에러 (Java 8 이상)

Meta Annotation

• 정보를 나타내기 위함
• 어노테이션의 동작 대상을 결정하고, 여러 가지가 존재함
• 다른 Annotation에서도 사용되는 Annotation의 경우
  • Custom Annotation을 생성할 때 주로 사용됨
• 종류
  • @Target
    • 어노테이션을 어느 요소에 적용할지 지정
  • @Retention
    • 어노테이션이 얼마나 유지될지 범위를 지정
  • @Inherited
    • 해당 어노테이션이 상속됨을 나타냄

Custom Annotation

• 개발자가 직접 정의하여 사용하는 Annotation
• 프레임워크나 API 등을 만들어 사용할 때 주로 이용
• Custom Annotation을 사용하기 위해 @interface를 이용할 수 있음
• Annotation은 내부에 값을 가질 수 있으며, 값을 설정할 수 있음
  • 값을 설정하기 위해서는 default 값 형태로 저장
• Custom Annotation을 선언할 때 Meta Annotation을 함께 사용할 수 있음

Generic

• 제네릭은 자바에서 안정성을 맡고 있음
• 다양한 타입의 객체들을 다루는 메서드나 컬렉션 클래스에서 사용하는 것으로
  • 컴파일 과정에서 타입 체크를 해주는 기능
• 객체의 타입을 컴파일 시에 체크하기 때문에
  • 객체의 타입 안정성을 높이고 형변환은 번거로움을 줄여줌 -> 자연스럽게 코드도 더 간결해짐
    • 예를 들어
      • Collection에 특정 객체만 추가될 수 있도록
      • 특정한 클래스의 특징을 갖고 있는 경우에만 추가할 수 있도록 함
    • 이로 인한 장점
      • Collection 내부에서 들어온 값이 내가 원하는 값인지 별도의 로직 처리를 구현할 필요가 없어짐
      • API를 설계하는 데 있어서, 보다 명확한 의사 전달이 가능해짐