[Java] Collection Framework - Set의 구현체(기본)

0. Set 인터페이스 특징

• Collection 인터페이스를 상속받음
• 요소의 중복을 허용하지 않음
• 순서 없음(저장순서 유지 안됨) ➡ get 메서드 대신에 iterator를 통해서 각 요소에 접근해야 한다. (인덱스를 통한 접근 불가)

사용시 주의해야할 점

Note: Great care must be exercised if mutable objects are used as set elements. The behavior of a set is not specified if the value of an object is changed in a manner that affects equals comparisons while the object is an element in the set. A special case of this prohibition is that it is not permissible for a set to contain itself as an element.

가변 객체를 Set의 요소를 사용할 때는 주의해야 한다. 집합 요소의 값이 변경되는 경우 값 동등성 비교에 영향을 미쳐 Set의 정상적 동작이 보장되지 않을 수 있다. 

 

Set의 구현마다 포함될 수 있는 요소에 제한이 다르다. 일부 구현에서는 null 요소를 제한하기도 하고, 일부에서는 Type에 제한을 두기도 한다. 이러한 제한된 요소를 추가하면 NullPointerException 또는 ClassCastException이 발생한다.

 

 

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1. Set 인터페이스의 구현

• List
• SortedSet
• HashSet
• TreeSet
• AbstractSet

 

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2. Set의 기본 메소드

return value	method	description
int	size()	Set의 요소 수를 반환한다. 요소 수가 Integer.MAX_VALUE 이상이면 Integer.MAX_VALUE 반환한다.
boolean	isEmpty()	Set에 요소가 포함되어 있지 않다면 true를 반환한다.
boolean	contains(Object o)	Set에 지정된 요소가 포함되어 있다면 true를 반환한다.
Iterator<E>	iterator()	Set의 요소를 순회할 수 있는 Iterator 구현 객체가 반환된다. iterator를 통해서 요소들을 순회할 때 특별한 순서없이 순회한다.
Object[]	toArray()	Set 객체를 배열로 변환
<T> T[]	toArray(T[] a)	Set 객체를 배열로 변환(변환될 배열 객체를 파라미터로 전달)
boolean	add(E e)	지정한 요소가 아직 Set에 없는 경우 Set에 지정한 요소를 추가한다.(equals 메소드로 Set 내 데이터와 동일성 여부 검사) 지정한 요소가 이미 있는 경우 false를 반환하고 집합에 요소를 추가하지 않는다.
boolean	remove(Object o)	지정한 요소가 이미 Set에 있는 경우 해당 요소를 제거한다. (equals 메소드로 Set 내 데이터와 동일성 여부 검사) 지정한 요소가 Set에 포함된 경우 true를 반환한다.
boolean	containsAll(Collection<?> c)	지정한 Collection의 모든 요소가 Set에 포함된 경우 true를 반환한다.
boolean	addAll(Collection<? extends E> c)	지정한 Collection의 모든 요소가 Set에 아직 없는 경우 Set에 추가된다. 합집합(union)처럼 수행된다.
boolean	retainAll(Collection<?> c)	지정한 Collection에 포함된 Set 내 요소만 유지한다. 교집합(intersection)처럼 수행된다.
boolean	removeAll(Collection<?> c)	지정한 Collection에 포함된 모든 요소를 Set에서 제거한다. 차집합(asymmetric set difference)처럼 수행된다.
void	clear()	Set에 있는 모든 요소를 제거한다.
Set<E>	copyOf(Collection<? extends E> coll)	지정한 컬렉션의 요소를 포함하는 Unmodifiable Set을 반환한다. 지정한 컬렉션을 null일 수 없으며 null 요소를 포함할 수 없다.  copyOf는 원본과의 참조는 끊기는 것이므로 지정된 컬렉션이 수정되더라도 반환된 Unmodifiable Set에 반영이 안된다.

이외에도 객체를 생성하는 정적 팩토리 메소드인 of 가 있다. of 메서드의 주석을 보면 아래와 같은 메시지를 볼 수 있는데 Unmodifiable Set 개념이 이해가 안됐다. (1) unmodifiable 하다는 것이 어떤 의미인지 알아보자.

• Unmodifiable
  • 말그대로 수정할 수 없다는 것으로 특정 컬렉션에 대해 읽기 이외의 다른 작업을 하게 되면 UnsupportedOperationException 예외가 발생한다.
  • 원본에 대한 참조는 가지고 있되 수정에 대해서는 막고 싶은 경우 활용할 수 있다. 원본에 대한 참조를 가지고 있다는 것은 새로이 반환된 객체를 통해 수정은 불가하지만 원본이 변경된 경우 unmodifiable collection을 통해서 수정된 값도 참조가 가능하다는 것이다.

Collections 클래스에서 unmodifiable wrapper에 대한 주석 내용 발췌

Returns an unmodifiable view of the specified collection. Query operations on the returned collection "read through" to the specified collection, and attempts to modify the returned collection, whether direct or via its iterator, result in an UnsupportedOperationException.

 

또 of 메서드가 파라미터가 0개부터 10개까지 오버로딩 된 것을 볼 수 있는데, (2) 왜 굳이 10개까지만 오버로딩을 했을까? 에 대한 궁금증이 생겼다. 단순하게 생각했을때 성능상의 문제인것 같은데 추후 다른 글에서 더 자세히 정리해보겠다. 

 

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3. HashSet

• HashMap의 해시테이블을 기반으로 하는 Set 인터페이스를 구현한다.
  • 저장할 객체의 해시값을 hashCode() 메소드를 통해 구하고 저장되어 있는 해시값들과 비교한다.
  • 동일한 해시값이 있는 경우 equals() 메소드를 통해 동일한 객체가 있는 경우 중복 저장하지 않는다.
  • 이미 hashCode(), equals() 메소드가 저장되어 있다면 상관없지만 사용자 정의 객체를 사용하는 경우 반드시 해당 메소드들을 구현해줘야 한다.
• null 요소를 허용
• 입력 순서 보장 안함
• 요소 중복 없음
• 동기화를 보장하지 않는다.
  • 동기화를 보장하기 위해 다음과 같이 Wrapping하여 사용할 수 있다.

Set s = Collections.synchronizedSet(new HashSet(...));

 

 

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4. LinkedHashSet

• HashSet과 달리 입력 순서를 보장한다. ➡ 순서를 저장해야 하는 경우 유용
• 요소 중복 없음

 

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5. TreeSet

• TreeMap을 기반으로 하는 Set 인터페이스를 구현한다. (이진트리 기반)
• 요소들의 정렬 상태를 유지한다. ➡ 자연순서이거나 Comparator를 제공한다면 정의된 비교를 사용하여 정렬된다.
• add, remove, contains 메소드 사용시 O(logN)의 시간복잡도를 가진다.
• 요소 중복 없음
• 동기화를 보장하지 않는다.
  • 동기화를 보장하기 위해 다음과 같이 Wrapping하여 사용할 수 있다. 

SortedSet s = Collections.synchronizedSortedSet(new TreeSet(...));