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      • 10장: 상속과 코드 재사용
      • 11장: 합성과 유연한 설계
      • 12장: 다형성
      • 13장: 서브클래싱과 서브타이핑
      • 14장: 일관성 있는 협력
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      • 5장: 스프링 데이터 JPA를 이용한 조회 기능
      • 6장: 응용 서비스와 표현 영역
      • 7장: 도메인 서비스
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    • 이펙티브 자바
      • 2장: 객체의 생성과 파괴
        • item 1) 생성자 대신 정적 팩토리 메서드를 고려하라
        • item2) 생성자에 매개변수가 많다면 빌더를 고려하라
        • item3) private 생성자나 열거 타입으로 싱글톤임을 보증하라
        • item4) 인스턴스화를 막으려면 private 생성자를 사용
        • item5) 자원을 직접 명시하는 대신 의존 객체 주입 사용
        • item6) 불필요한 객체 생성 지양
        • item7) 다 쓴 객체는 참조 해제하라
        • item8) finalizer와 cleaner 사용 자제
        • item9) try-with-resources를 사용하자
      • 3장: 모든 객체의 공통 메서드
        • item 10) equals는 일반 규약을 지켜 재정의 하자
        • item 11) equals 재정의 시 hashCode도 재정의하라
        • item 12) 항상 toString을 재정의할 것
        • item 13) clone 재정의는 주의해서 진행하라
        • item 14) Comparable 구현을 고려하라
      • 4장: 클래스와 인터페이스
        • item 15) 클래스와 멤버의 접근 권한을 최소화하라
        • item 16) public 클래스에서는 public 필드가 아닌 접근자 메서드를 사용하라
        • item 17) 변경 가능성을 최소화하라
        • item 18) 상속보다는 컴포지션을 사용하라
        • item 19) 상속을 고려해 설계하고 문서화하고, 그러지 않았다면 상속을 금지하라
        • item 20) 추상 클래스보다는 인터페이스를 우선하라
        • item 21) 인터페이스는 구현하는 쪽을 생각해 설계하라
        • item 22) 인터페이스는 타입을 정의하는 용도로만 사용하라
        • item 23) 태그 달린 클래스보다는 클래스 계층구조를 활용하라
        • item 24) 멤버 클래스는 되도록 static으로 만들라
        • item 25) 톱레벨 클래스는 한 파일에 하나만 담으라
      • 5장: 제네릭
        • item 26) 로 타입은 사용하지 말 것
        • item 27) unchecked 경고를 제거하라
        • item 28) 배열보다 리스트를 사용하라
        • item 29) 이왕이면 제네릭 타입으로 만들라
        • item 30) 이왕이면 제네릭 메서드로 만들라
        • item 31) 한정적 와일드카드를 사용해 API 유연성을 높이라
        • item 32) 제네릭과 가변 인수를 함께 사용
        • item 33) 타입 안전 이종 컨테이너를 고려하라
      • 6장: 열거 타입과 어노테이션
        • item 34) int 상수 대신 열거 타입을 사용하라
        • item 35) ordinal 메서드 대신 인스턴스 필드를 사용하라
        • item 36) 비트 필드 대신 EnumSet을 사용하라
        • item 37) ordinal 인덱싱 대신 EnumMap을 사용하라
        • item 38) 확장할 수 있는 열거 타입이 필요하면 인터페이스를 사용하라
        • item 39) 명명 패턴보다 어노테이션을 사용하라
        • item 40) @Override 어노테이션을 일관되게 사용하라
        • item 41) 정의하려는 것이 타입이라면 마커 인터페이스를 사용하라
      • 7장: 람다와 스트림
        • item 42) 익명 클래스보다는 람다를 사용하라
        • item 43) 람다보다는 메서드 참조를 사용하라
        • item 44) 표준 함수형 인터페이스를 사용하라
        • item 45) 스트림은 주의해서 사용하라
        • item 46) 스트림에서는 부작용 없는 함수를 사용하라
        • item 47) 반환 타입으로는 스트림보다 컬렉션이 낫다
        • item 48) 스트림 병렬화는 주의해서 적용하라
      • 8장: 메서드
        • item 49) 매개변수가 유효한지 검사하라
        • item 50) 적시에 방어적 복사본을 만들라
        • item 51) 메서드 시그니처를 신중히 설계하라
        • item 52) 다중정의는 신중히 사용하라
        • item 53) 가변인수는 신중히 사용하라
        • item 54) null이 아닌, 빈 컬렉션이나 배열을 반환하라
        • item 55) 옵셔널 반환은 신중히 하라
        • item 56) 공개된 API 요소에는 항상 문서화 주석을 작성하라
      • 9장: 일반적인 프로그래밍 원칙
        • item 57) 지역 변수의 범위를 최소화하라
        • item 58) 전통적인 for문보다 for-each문을 사용하기
        • item 59) 라이브러리를 익히고 사용하라
        • item 60) 정확한 답이 필요하다면 float, double은 피하라
        • item 61) 박싱된 기본타입보단 기본 타입을 사용하라
        • item 62) 다른 타입이 적절하다면 문자열 사용을 피하라
        • item 63) 문자열 연결은 느리니 주의하라
        • item 64) 객체는 인터페이스를 사용해 참조하라
        • item 65) 리플렉션보단 인터페이스를 사용
        • item 66) 네이티브 메서드는 신중히 사용하라
        • item 67) 최적화는 신중히 하라
        • item 68) 일반적으로 통용되는 명명 규칙을 따르라
      • 10장: 예외
        • item 69) 예외는 진짜 예외 상황에만 사용하라
        • item 70) 복구할 수 있는 상황에서는 검사 예외를, 프로그래밍 오류에는 런타임 예외를 사용하라
        • item 71) 필요 없는 검사 예외 사용은 피하라
        • item 72) 표준 예외를 사용하라
        • item 73) 추상화 수준에 맞는 예외를 던지라
        • item 74) 메서드가 던지는 모든 예외를 문서화하라
        • item 75) 예외의 상세 메시지에 실패 관련 정보를 담으라
        • item 76) 가능한 한 실패 원자적으로 만들라
        • item 77) 예외를 무시하지 말라
      • 11장: 동시성
        • item 78) 공유 중인 가변 데이터는 동기화해 사용하라
        • item 79) 과도한 동기화는 피하라
        • item 80) 스레드보다는 실행자, 태스크, 스트림을 애용하라
        • item 81) wait와 notify보다는 동시성 유틸리티를 애용하라
        • item 82) 스레드 안전성 수준을 문서화하라
        • item 83) 지연 초기화는 신중히 사용하라
        • item 84) 프로그램의 동작을 스레드 스케줄러에 기대지 말라
      • 12장: 직렬화
        • item 85) 자바 직렬화의 대안을 찾으라
        • item 86) Serializable을 구현할지는 신중히 결정하라
        • item 87) 커스텀 직렬화 형태를 고려해보라
        • item 88) readObject 메서드는 방어적으로 작성하라
        • item 89) 인스턴스 수를 통제해야 한다면 readResolve보다는 열거 타입을 사용하라
        • item 90) 직렬화된 인스턴스 대신 직렬화 프록시 사용을 검토하라
    • 모던 자바 인 액션
      • 1장: 자바의 역사
      • 2장: 동작 파라미터화
      • 3장: 람다
      • 4장: 스트림
      • 5장: 스트림 활용
      • 6장: 스트림으로 데이터 수집
      • 7장: 병렬 데이터 처리와 성능
      • 8장: 컬렉션 API 개선
      • 9장: 람다를 이용한 리팩토링, 테스팅, 디버깅
      • 10장: 람다를 이용한 DSL
      • 11장: null 대신 Optional
      • 12장: 날짜와 시간 API
      • 13장: 디폴트 메서드
      • 14장: 자바 모듈 시스템
      • 15장: CompletableFuture와 Reactive 개요
      • 16장: CompletableFuture
      • 17장: 리액티브 프로그래밍
      • 18장: 함수형 프로그래밍
      • 19장: 함수형 프로그래밍 기법
      • 20장: 스칼라 언어 살펴보기
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  • 특징
  • HashMap
  • 내부 구현
  • 사용 방법
  • LinkedHashMap
  • TreeMap
  1. CS
  2. 자료 구조

Map

Key와 Value 형태로 이뤄진 데이터 구조

PreviousListNextSet

Last updated 1 year ago

특징

  • Key-Value 쌍의 집합을 저장하는 데이터 구조

  • 하나의 Key는 하나의 Value와 매핑된다.

  • 맵의 구현 방식으로 여러 종류가 있다.

HashMap

  • Key-Value 형태로 매핑하여 저장하는 자바의 대표적인 자료구조이다.

  • Key 값을 해시 함수를 통해 해싱하여 나온 인덱스에 Value를 저장한다.

  • 따라서 일반적인 상황(해시 충돌이 발생하지 않는 상황)에서는 조회 및 삽입에 O(1)이 소요된다.

  • Key와 Value에는 null이 들어갈 수 있으므로 주의해야 한다.

  • 정렬되지 않은 형태이며 Key는 중복될 수 없지만 Value는 중복되어도 상관 없다.

  • Thread-safe하지 않으므로 만약 여러 스레드에서 접근될 수 있다면 ConcurrentHashMap를 사용해야 한다.

내부 구현

  • Boolean, Number 객체를 대상으로 하는 해시 함수의 경우 해시 충돌이 발생하지 않는 완전한 해시 함수를 만들어 낼 수 있지만, String이나 POJO(Plain old java object)에 대해서는 완전한 해시 함수를 만들어 낼 가능성이 사실상 없다.

  • 해시 충돌이란 서로 다른 값을 해싱했을 때 같은 결과(해시 버킷)가 나오는 경우를 말한다.

  • 예를 들어 키 A와 B의 해시 버킷이 같은 상황이고 A라는 key의 value에 Hello 를 입력한 후 B라는 key의 value에 World를 입력하면 A의 값의 결과가 덮어쓰여져 문제가 발생할 것이다.

  • 해시 충돌을 해결하기 위해 Open Addressing 과 Separate Chaining이라는 방법이 존재한다.

  • Open Addressing

    • 데이터를 삽입하려는 해시 버킷이 이미 사용 중인 경우 다른 비어있는 해시 버킷에 데이터를 삽입한다.

    • 데이터를 저장/조회할 해시 버킷을 찾는 방법으로는 충돌 발생 시 다음 해시 버킷으로 1칸씩 이동하는 Linear Probing, 충돌 발생 시 오른쪽으로 1,3,5, ... 칸씩 이동하는 Quadratic Probing, 충돌 발생 시 이동할 칸의 수를 새로운 해시 함수로 계산하는 Double Hashing 방식 등이 존재한다.

    • Linear Probing, Quadratic Probing의 경우 데이터가 연속적으로 저장되기 때문에 Cache hit rate가 높지만, 데이터가 일정 부분에 뭉쳐있는 Clustering 현상이 발생하기 쉬워 다음 빈칸을 찾기 어려워진다는 단점이 있다. Double Hashing 방식은 Clustering 현상이 발생하진 않지만 넓게 분포되어 Cache hit rate가 낮아지게 된다.

    • 데이터를 삭제할 때 효율적인 처리가 어렵고 저장할 데이터가 많아질수록 다음 해시 버킷을 찾는 작업의 소요 시간도 오래걸리게 된다.

  • Separate Chaining

    • 각 해시 버킷에 LinkedList를 두어 해시 충돌이 일어난다면 해당 리스트에 원소를 추가하는 방식이다.

    • Java HashMap에서는 이 방식을 차용해 특정 데이터 개수 이하면 LinkedList를, 이상이면 Red-Black Tree를 해시 버킷마다 두어 해시 충돌을 해결한다.

      • 데이터가 많아질수록 조회하기 위해 LinkedList를 순회하는 것은 비효율적이므로 Red-Black Tree를 사용하여 성능상 이점을 취할 수 있다.

      • 삽입, 검색, 제거 작업이 O(1) 소요되지만, 두 Key가 동일 인덱스에 매핑되는 해시 충돌이 발생할 경우 LinkedList 혹은 Red-Black Tree로부터 데이터를 조회해야 하므로 성능이 저하될 수 있다.

    • HashMap의 데이터가 일정 개수(load factor * size) 이상이 되면 해시 버킷의 개수를 두 배로 늘려 해시 충돌을 줄일 수 있다. 다만 이 때 모든 데이터를 읽어 새로운 Seperate Chaining 을 구성해야 한다.

    • 따라서 성능을 높이려면 HashMap 생성 시 적절한 해시 버킷 개수를 지정해야 한다.

  • 보조 해시 함수

    • 해시 버킷의 개수를 늘릴 때 2배로 확장하기 때문에 해시 버킷의 개수 M이 2a2^a2a형태가 되어 X.hashcode() % M 로 인덱스 위치를 계산할 때 일부 비트만을 사용하게 된다. 따라서 해시 함수가 32비트 영역을 고르게 사용하도록 만들더라도 해시 값을 2의 승수로 나누면 해시 충돌이 쉽게 발생할 수 있다.

    • 이를 방지하기 위해 상위 16비트 값을 XOR하는 형태의 보조 해시 함수를 두어 나머지 연산 대신 사용할 수 있도록 한다.

    static final int hash(Object key) {
        int h;
        return (key == null) ? 0 : (h = key.hashCode()) ^ (h >>> 16);
    }

사용 방법

// 선언 (생성 시 크기를 지정하면 효율적이다)
Map<Integer,String> map = new HashMap<>();
Map<Integer,String> map = new HashMap<>(10);
Map<Integer,String> map = new HashMap<>(10, 0.5f); // load factor를 float 타입으로 지정
Map<Integer,String> map = new HashMap<>(map);
Map<Student,Integer> map = new HashMap<>(Comparator::comparingInt(Student::getScore));

// 추가
map.put(10, "Geeks");
map.putAll(anotherMap);
map.putIfAbsent(10, "Bob");

// 값 변경
map.replace(10, "hello");
map.compute(10, (key, oldValue) -> oldValue + "!");

// 키 또는 값이 존재하는지 확인
map.containsKey(3);
map.containsValue("Ann");

// 키에 해당하는 값 조회
map.get(10);
map.getOrDefault(10, "Bob");

// 키 제거
map.remove(10);

// 크기 조회
int size = map.size();

// 전체 순회 (순회 도중 특정 원소 제거 불가)
for (Map.Entry<Integer, String> e : map.entrySet()) {
  System.out.println(e.getKey() + " " + e.getValue());
}

map.forEach((k, v) -> System.out.println(k + " : " + v));

LinkedHashMap

  • HashMap과 동일한 방식으로 저장하면서 내부적으로 Doubly Linked List로 관리되어 원소의 삽입 순서 혹은 접근 순서를 유지하는 특징을 가진다.

// 생성
Map<Integer,String> map = new LinkedHashMap<>();
Map<Integer,String> map = new LinkedHashMap<>(10);
Map<Integer,String> map = new LinkedHashMap<>(10, 0.75f); // load factor를 float 타입으로 지정
Map<Integer,String> map = new LinkedHashMap<>(10, 0.75f, true); // 마지막 액세스 순서를 유지하려면 true, 삽입 순서를 유지하려면 false 지정

// 가장 첫 요소 조회
Map.Entry<Integer, String> entry = map.entrySet().iterator().next();

// 순회
for (Map.Entry<Integer, String> e : map.entrySet()) {
  System.out.println(e.getKey() + " " + e.getValue());
}

TreeMap

  • key를 기준으로 정렬되며, NavigableMap 인터페이스를 구현하여 특정 키 구간만 조회하거나, 주어진 키를 기준으로 크거나 작은 Entry를 조회하는 등의 기능도 제공한다.

  • 따라서 key의 타입은 반드시 Comparable 인터페이스를 구현하거나 직접 정의한 Comparator가 존재해야 한다.

  • 내부적으로 레드블랙트리를 사용하기 때문에 HashMap에 비해 성능이 떨어지지만, 잘 정렬된 데이터를 갖고 있어야 하는 경우 효율적으로 사용할 수 있다.

  • key 값을 사용해 value를 조회하는 get 메서드의 경우 시간이 많이 소모되므로 많은 양의 데이터를 가져올 경우 entrySet 메서드를 사용하는 것이 좋다.

// 선언 (생성 시 크기를 지정할 수 없다)
TreeMap<Integer,String> map = new TreeMap<>();
TreeMap<Integer,String> map = new TreeMap<>(map);
TreeMap<Student,Integer> map = new TreeMap<>(Comparator::comparingInt(Student::getScore));

// 추가
map.put(10, "Geeks");
map.putAll(anotherMap);

// 값 변경
map.replace(10, "hello");

// 키 또는 값이 존재하는지 확인
map.containsKey(3);
map.containsValue("Ann");

// 키에 해당하는 값 조회
map.get(10);

// 키 제거
map.remove(10);

// 크기 조회
int size = map.size();

// 전체 순회 (순회 도중 특정 원소 제거 불가)
for (Map.Entry<Integer, String> e : map.entrySet()) {
  System.out.println(e.getKey() + " " + e.getValue());
}

// 부분 맵 조회
int start = 1;
int end = 20;
int mid = (start + end) / 2;

Map headMap = map.headMap(mid); // 첫 원소부터 주어진 키의 원소까지 반환
Map tailMap = map.tailMap(mid); // 주어진 키의 원소부터 마지막 원소까지 반환
Map subMap = map.subMap(start, end); // 주어진 키 범위 내의 원소들을 반환

// 최소, 최대 조회
Map.Entry<Integer, String> entry = map.firstEntry();
Map.Entry<Integer, String> entry = map.lastEntry();
Integer minKey = map.firstKey(); // 가장 작은 키 반환
Integer maxKey = map.lastKey(); // 가장 큰 키 반환
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