[Java 복습] Map 개념 뿌시기

목차

• Map소개
• Map 사용법
• Map 구현체
• Map 구현체 특징
• HashMap 작동원리

 

컬렉션 프레임워크 - Map 소개

 

• Map 은 키-값의 쌍을 저장하는 자료 구조이다.
• 키는 맵 내에서 유일해야 한다. 그리고 키를 통해 값을 빠르게 검색할 수 있다.
• 키는 중복될 수 없지만, 값은 중복될 수 있다.
• Map 은 순서를 유지하지 않는다.

 

 

컬렉션 프레임워크 - Map

 

 

 

자바는 HashMap , TreeMap , LinkedHashMap 등 다양한 Map 구현체를 제공한다. 

이들은 Map 인터페이스의 메서드를 구현하며, 각기 다른 특성과 성능 특징을 가지고 있다.

 

 

 

 HashMap 사용법

public class MapMain1 {

    public static void main(String[] args) {
        Map<String, Integer> studentMap = new HashMap<>();
        
        // 학생 성적 데이터 추가
        studentMap.put("studentA", 90);
        studentMap.put("studentB", 80);
        studentMap.put("studentC", 80);
        studentMap.put("studentD", 100);
        System.out.println(studentMap);

        // 특정 학생의 값 조회
        Integer result = studentMap.get("studentD");
        System.out.println("result = " + result);

        System.out.println("keySet 활용");
        Set<String> keySet = studentMap.keySet(); // 키는 중복되면 안됨, 순서보장 X
        for (String key : keySet) {
            Integer value = studentMap.get(key);
            System.out.println("key = " + key + ", value = " + value);
        }

        System.out.println("values 활용");
        // 중복이 될 수도 있으므로 순서는 보장X, 중복 허용 => 컬렉션
        Collection<Integer> values = studentMap.values();
        for (Integer value : values) {
            System.out.println("value = " + value);
        }

        System.out.println("entrySet 활용");
        Set<Map.Entry<String, Integer>> entrySet = studentMap.entrySet();
        for (Map.Entry<String, Integer> entry : entrySet) {
            String key = entry.getKey();
            Integer value = entry.getValue();
            System.out.println("key = " + key + ", value = " + value);
        }
    }
}

{studentB=80, studentA=90, studentD=100, studentC=80}
result = 100
keySet 활용
key = studentB, value = 80
key = studentA, value = 90
key = studentD, value = 100
key = studentC, value = 80
values 활용
value = 80
value = 90
value = 100
value = 80
entrySet 활용
key = studentB, value = 80
key = studentA, value = 90
key = studentD, value = 100
key = studentC, value = 80

 

 

키 목록 조회

Set<String> keySet = studentMap.keySet()

 

Map 의 키는 중복을 허용하지 않는다.

따라서 Map 의 모든 키 목록을 조회하는 keySet() 을 호출하면, 중복을 허용하지 않는 자료 구조인 Set 을 반환한다.

 

 

 

키와 값 목록 조회
Entry Key-Value Pair

 

Map 은 키와 값을 보관하는 자료 구조이다. 따라서 키와 값을 하나로 묶을 수 있는 방법이 필요하다. 

이때 Entry 를 사용한다. Entry 는 키-값의 쌍으로 이루어진 간단한 객체이다.

Entiry 는 Map 내부에서 키와 값을 함께 묶어서 저장할 때 사용한다.

쉽게 이야기해서 우리가 Map 에 키와 값으로 데이터를 저장하면 Map 은 내부에서 키와 값을 하나로 묶는 

Entry 객체를 만들어서 보관한다. 참고로 하나의 Map 에 여러 Entry 가 저장될 수 있다.
참고로 Entry 는 Map 내부에 있는 인터페이스이다. 우리는 구현체보다는 이 인터페이스를 사용하면 된다.

 

 

 

값 목록 조회

Collection<Integer> values = studentMap.values()

 

• Map 의 값 목록을 중복을 허용한다. 따라서 중복을 허용하지 않는 Set 으로 반환할 수는 없다.
• 그리고 입력 순서를 보장하지 않기 때문에 순서를 보장하는 List 로 반환하기도 애매하다.
• 따라서 단순히 값의 모음이라는 의미의 상위 인터페이스인 Collection 으로 반환한다.

 

 

같은 키로 다른 데이터를 저장하면 어떻게 될까?

 

 

public class MapMain2 {

    public static void main(String[] args) {
        
        HashMap<String, Integer> studentMap = new HashMap<>();
        
        // 학생 데이터 추가
        studentMap.put("studentA", 90);
        System.out.println(studentMap);

        studentMap.put("studentA", 100); // 같은 키를 저장 시 기존 값 교체
        System.out.println(studentMap);

        boolean containsKey = studentMap.containsKey("studentA");
        System.out.println("containsKey = " + containsKey);

        // 특정 학생의 값 삭제
        studentMap.remove("studentA");
        System.out.println(studentMap);
    }
}

{studentA=90}
{studentA=100}
containsKey = true
{}

• Map 에 값을 저장할 때 같은 키에 다른 값을 저장하면 기존 값을 교체한다.
• studentA=90 에서 studentA=100 으로 변경된 것을 확인할 수 있다.

 

 

만약 같은 학생이 Map 에 없는 경우에만 데이터를 저장하려면 어떻게 해야할까? 

 

 

 

public class MapMain3 {

    public static void main(String[] args) {
        
        HashMap<String, Integer> studentMap = new HashMap<>();
        
        // 학생 데이터 추가
        studentMap.put("studentA", 50);
        System.out.println(studentMap);

        // 학생이 없는 경우에만 추가1
        if (!studentMap.containsKey("studentA")) {
            studentMap.put("studentA", 100);
        }
        System.out.println(studentMap);

        // 학생이 없는 경우에만 추가2
        studentMap.putIfAbsent("studentA", 100);
        studentMap.putIfAbsent("studentB", 100);
        System.out.println(studentMap);
    }
}

{studentA=50}
{studentA=50}
{studentB=100, studentA=50}

 

putIfAbsent() 는 영어 그대로 없는 경우에만 입력하라는 뜻이다. 

이 메서드를 사용하면 키가 없는 경우에만 데이터를 저장하고 싶을 때 코드 한줄로 편리하게 처리할 수 있다. 

 

 

컬렉션 프레임워크 - Map 구현체

 

자바의 Map 인터페이스는 키-값 쌍을 저장하는 자료 구조이다. 

Map 은 인터페이스이기 때문에, 직접 인스턴스를 생성할 수는 없고,

대신 Map 인터페이스를 구현한 여러 클래스를 통해 사용할 수 있다.

대표적으로 HashMap , TreeMap, LinkedHashMap 이 있다.

 

 

Map vs Set
그런데 Map 을 어디서 많이 본 것 같지 않은가? Map 의 키는 중복을 허용하지 않고, 순서를 보장하지 않는다.
Map 의 키가 바로 Set 과 같은 구조이다. 그리고 Map 은 모든 것이 Key 를 중심으로 동작한다.
Value 는 단순히 Key 옆에 따라 붙은 것 뿐이다. Key 옆에 Value 만 하나 추가해주면 Map 이 되는 것이다.
Map 과 Set 은 거의 같다. 단지 옆에 Value 를 가지고 있는가 없는가의 차이가 있을 뿐이다.

 

 

이런 이유로 Set 과 Map 의 구현체는 거의 같다.

• HashSet -> HashMap
• LinkedHashSet -> LinkedHashMap
• TreeSet -> TreeMap

참고: 실제로 자바 HashSet 의 구현은 대부분 HashMap 의 구현을 가져다 사용한다. 

Map 에서 Value 만 비워두면 Set 으로 사용할 수 있다.

 

 

각각의 특징

 

 

1. HashMap:

• 구조: HashMap 은 해시를 사용해서 요소를 저장한다. 키( Key ) 값은 해시 함수를 통해 해시 코드로 변환되고, 이 해시 코드는 데이터를 저장하고 검색하는 데 사용된다.
• 특징: 삽입, 삭제, 검색 작업은 해시 자료 구조를 사용하므로 일반적으로 상수 시간( O(1) )의 복잡도를 가진다.
• 순서: 순서를 보장하지 않는다.

 

2. LinkedHashMap:

• 구조: LinkedHashMap 은 HashMap 과 유사하지만, 연결 리스트를 사용하여 삽입 순서 또는 최근 접근 순서에 따라 요소를 유지한다.
• 특징: 입력 순서에 따라 순회가 가능하다. HashMap 과 같지만 입력 순서를 링크로 유지해야 하므로 조금 더 무겁다.
• 성능: HashMap 과 유사하게 대부분의 작업은 O(1) 의 시간 복잡도를 가진다.
• 순서: 입력 순서를 보장한다.

 

3. TreeMap:

• 구조: TreeMap 은 레드-블랙 트리를 기반으로 한 구현이다.
• 특징: 모든 키는 자연 순서 또는 생성자에 제공된 Comparator 에 의해 정렬된다.
• 성능: get , put , remove 와 같은 주요 작업들은 O(log n) 의 시간 복잡도를 가진다.
• 순서: 키는 정렬된 순서로 저장된다.

 

public class JavaMapMain {

    public static void main(String[] args) {
        run(new HashMap<>());
        run(new LinkedHashMap<>());
        run(new TreeMap<>());
    }

    private static void run(Map<String, Integer> map) {
        System.out.println("map = " + map.getClass());
        map.put("C", 10);
        map.put("B", 20);
        map.put("A", 30);
        map.put("1", 40);
        map.put("2", 50);

        Set<String> keySet = map.keySet();
        Iterator<String> iterator = keySet.iterator();
        while (iterator.hasNext()) {
            String key = iterator.next();
            System.out.print(key + "=" + map.get(key) + " ");
        }
        System.out.println();
    }
}

map = class java.util.HashMap
A=30 1=40 B=20 2=50 C=10 
map = class java.util.LinkedHashMap
C=10 B=20 A=30 1=40 2=50 
map = class java.util.TreeMap
1=40 2=50 A=30 B=20 C=10

 

• HashMap : 입력한 순서를 보장하지 않는다.
• LinkedHashMap : 키를 기준으로 입력한 순서를 보장한다.
• TreeMap : 키 자체의 데이터 값을 기준으로 정렬한다.

 

자바 HashMap 작동 원리

자바의 HashMap 은 HashSet 과 작동 원리가 같다. 
Set 과 비교하면 다음과 같은 차이가 있다.

• Key 를 사용해서 해시 코드를 생성한다.
• Key 뿐만 아니라 값(Value)을 추가로 저장해야 하기 때문에 Entry를 사용해서 Key , Value 를 하나로 묶어서 저장한다.

 

 

이렇게 해시를 사용해서 키와 값을 저장하는 자료 구조를 일반적으로 해시 테이블이라 한다.
앞서 학습한 HashSet 은 해시 테이블의 주요 원리를 사용하지만, 

키-값 저장 방식 대신 키만 저장하는 특수한 형태의 해시 테이블로 이해하면 된다.

주의!
Map 의 Key 로 사용되는 객체는 hashCode() , equals() 를 반드시 구현해야 한다.

 

정리
실무에서는 Map 이 필요한 경우 HashMap 을 많이 사용한다. 

그리고 순서 유지, 정렬의 필요에 따라서 LinkedHashMap , TreeMap 을 선택하면 된다.