자바 컬렉션 프레임워크 기초 – 자료구조를 쉽게 다루는 표준 도구

들어가며

자바에서 데이터를 효율적으로 저장하고 처리하려면 컬렉션(Collection) 프레임워크에 대한 이해가 필수입니다.
컬렉션은 배열의 한계를 보완하면서, 데이터를 담고 꺼내고 정렬하는 등의 작업을 더욱 유연하고 표준화된 방식으로 처리할 수 있게 해줍니다.

이 글에서는 컬렉션의 기본 개념부터 핵심 인터페이스, 주요 클래스들의 특징과 차이점까지 실용적으로 정리합니다.

 

 

 

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1. 컬렉션 프레임워크란?

데이터를 저장하고 조작하기 위한 자료구조 클래스들의 집합

• 모든 컬렉션 클래스는 java.util 패키지에 존재
• 배열과 달리 크기 변경이 자유롭고, **자료구조별 특성(순서, 중복, 정렬 등)**을 갖춤
• 공통 인터페이스를 통해 일관된 API 제공 → 다형성 활용 가능

• List, Set, Queue 등은 인터페이스이므로 다양한 구현체(ArrayList, HashSet 등)로 교체가 가능합니다.
• 즉, 같은 메서드명 (add, remove, contains)으로 다른 자료구조의 특성에 맞는 동작을 수행할 수 있어 유연하고 확장성 있는 설계를 가능하게 합니다.

2. 주요 인터페이스 구조

java.util.Collection (인터페이스)
├─ List         (인터페이스| 순서 있음, 중복 허용)
│  ├─ ArrayList
│  └─ LinkedList
├─ Set          (인터페이스| 순서 없음, 중복 불가)
│  ├─ HashSet
│  └─ TreeSet
└─ Queue        (인터페이스| 선입선출 구조)
   └─ LinkedList (Queue 구현도 가능)

Map (인터페이스) (key-value 구조, Collection과 별도 계층)
├─ HashMap
└─ TreeMap

🔹 List, Set, Map은 **인터페이스(interface)**입니다.
🔹 ArrayList, HashSet, HashMap 등은 이 인터페이스를 **구현한 클래스(implements)**입니다. ( **상속(extends)**이 아니라 구현(implements) 관계. 예외계층에서는 상속관계였던 것이 차이가 있음)

List<String> list = new ArrayList<>();
Set<Integer> set = new HashSet<>();
Map<String, Integer> map = new HashMap<>();

 

• 여기서 List, Set, Map은 인터페이스 타입으로 선언된 변수
• 실제 객체는 ArrayList, HashSet, HashMap 등으로 인터페이스를 구현한 클래스 인스턴스

✅ 그럼 추상 클래스는 없나요?

있습니다! 일부 구현체는 인터페이스 + 추상 클래스 + 구체 클래스 구조를 가집니다.

List (interface)
↑
AbstractList (추상 클래스)
↑
ArrayList (구현 클래스)

• AbstractList, AbstractSet, AbstractMap → 중복 구현을 줄이기 위한 추상 클래스
• ArrayList나 HashMap은 이걸 상속(extends) 받으며, 동시에 인터페이스를 implements합니다

• Collection은 단일 요소 집합(List, Set, Queue)이고,
• Map은 키와 값의 쌍을 다루는 완전히 다른 구조의 자료형이기 때문에 별도로 설계되었습니다.
• 즉, Map은 “요소”가 아닌 “매핑 관계”를 다루므로, add() 대신 put()을 사용하고, 순회 방식도 다릅니다.

✔️ "매핑 관계"란?
Key를 기준으로 고유하게 대응되는 Value를 가지는 구조를 의미합니다. 예: 주민등록번호(키) → 이름(값)

 

 

항목	구현 기반 (Collection)	상속 기반 (Exception)
설계 목적	다양한 자료구조를 유연하게 교체 가능	특정 종류의 예외를 구분하고, 계층적으로 처리
확장 방식	implements로 기능을 구현	extends로 의미 계층 정의
이유	동작 방식은 클래스마다 다름 (ex. ArrayList vs LinkedList)	의미 구조는 고정되어야 함 (ex. RuntimeException은 예외다)

✔️ "의미 구조 고정"이란?
NullPointerException, IOException 등 예외 클래스 이름만 보고 어떤 오류인지 바로 이해할 수 있도록 계층적 이름과 관계를 유지하는 설계입니다.
의미적으로도 일관된 구조를 유지하는 것이 중요하기 때문에, 예외는 상속 기반으로 표현합니다.

→ 즉, 컬렉션은 행동 다형성, 예외는 의미 분류 중심 설계입니다.

자바 컬렉션은 자료구조와 객체지향의 만남입니다.
기초 개념을 정확히 잡고, 각 자료구조의 특성을 이해하면 효율적인 데이터 처리가 가능합니다.

 

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3. List – 순서를 보장하고 중복을 허용

✅ 특징

• 인덱스로 접근 가능
• 순서를 유지
• 중복 데이터 허용

중복 허용과 순서 유지의 조합은 데이터의 삽입 순서나 위치가 중요할 때 필수적입니다.
예: 장바구니 목록, 순위표, 최근 본 항목 등

✅ 대표 구현체

클래스	특징
ArrayList	배열 기반, 탐색 빠름, 삽입/삭제 느림
LinkedList	노드 기반, 삽입/삭제 빠름, 탐색 느림

✅ 예시

List<String> list = new ArrayList<>();
list.add("A");
list.add("B");
list.add("A"); // 중복 허용

new ArrayList<>()에서 꺾쇠 괄호 안을 생략한 이유는, 앞에서 이미 제네릭 타입을 List<String>으로 지정했기 때문에 컴파일러가 타입 추론을 할 수 있기 때문입니다.
이를 Java 7부터 도입된 다이아몬드 연산자(<>) 문법이라고 부릅니다.

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4. Set – 중복을 허용하지 않는 집합

✅ 특징

• 순서를 보장하지 않음 (단, TreeSet은 정렬됨)
• 중복 불가

Set은 중복 제거와 **집합 연산(합집합, 교집합 등)**이 필요한 경우 유용합니다.
예: 유저 고유 ID 저장, 태그 목록, 중복 없는 이벤트 로그 수집 등

✅ 대표 구현체

클래스	특징
HashSet	해시 기반, 빠른 검색, 순서 없음
TreeSet	이진트리 기반, 자동 정렬, 성능 다소 느림

✅ 예시

Set<String> set = new HashSet<>();
set.add("A");
set.add("B");
set.add("A"); // 중복 무시됨

 

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5. Map – 키와 값의 쌍으로 구성된 구조

Collection 인터페이스는 아니지만, 컬렉션처럼 함께 다루는 자료구조

✅ 특징

• Key → Value 매핑 구조
• Key는 중복 불가, Value는 중복 허용

Map은 JS의 Object, Python의 dict와 매우 유사한 구조입니다.

✅ 대표 구현체

클래스	특징
HashMap	순서 없음, null 허용
TreeMap	Key 기준 정렬, 성능 느림

✅ 예시

Map<String, Integer> map = new HashMap<>();
map.put("apple", 3);
map.put("banana", 5);
map.put("apple", 10); // key 중복 → 덮어쓰기

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6. Queue – 순서대로 처리하는 선입선출 구조

✅ 특징

• FIFO(First-In-First-Out)
• LinkedList, ArrayDeque 등으로 구현 가능

Queue는 작업 예약, 요청 처리, 비동기 이벤트 처리 등에서 자주 사용됩니다.예: 프린터 대기열, 메시지 큐, 게임 이벤트 처리 등

✅ 예시

Queue<String> queue = new LinkedList<>();
queue.add("A");
queue.add("B");
System.out.println(queue.poll()); // A
System.out.println(queue.poll()); // B

 

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7. 컬렉션 사용 시 유의점

• ✅ **제네릭(Generic)**을 사용하여 타입 안정성 확보

List<String> names = new ArrayList<>();

→ List 인터페이스나 클래스 선언 시 타입을 지정함으로써 런타임 오류를 줄이고 컴파일러가 타입을 체크하도록 도와줌

• ✅ null 처리 주의
  • 일부 컬렉션 구현체는 null 허용 (ArrayList, HashMap)
  • TreeMap, TreeSet 등은 null 사용 시 NullPointerException 발생 가능 → 문서 확인 필수
• ✅ 동기화 필요 시
  • 기본 컬렉션은 스레드 안전하지 않음
  • 멀티스레드 환경에서 공유할 경우 Collections.synchronizedList() 등으로 감싸야 함

List<String> syncList = Collections.synchronizedList(new ArrayList<>());

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마치며 – 다음 글 예고

📂 language / java 카테고리에서는 다음 내용을 이어서 다룹니다:

• Iterator, for-each, Stream을 활용한 컬렉션 순회 방식 비교
• Set과 Map의 해시 기반 내부 구조 분석
• 성능 비교: ArrayList vs LinkedList, HashMap vs TreeMap

자바 컬렉션은 자료구조와 객체지향의 만남입니다.
기초 개념을 정확히 잡고, 각 자료구조의 특성을 이해하면 효율적인 데이터 처리가 가능합니다.

 

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