컬렉션 팩토리 메서드를 사용한 데이터 생성 및 처리

불변 컬렉션 만들기

Java SE 9에서는 리스트와 집합을 생성하는 List 및 Set 인터페이스에 일련의 팩토리 메서드가 추가되었습니다. 패턴은 매우 간단합니다. List.of() 또는 Set.of() 정적 메서드를 호출하고 목록과 집합의 요소를 전달하기만 하면 끝입니다.

List<String> stringList = List.of("one", "two", "three");
Set<String> stringSet = Set.of("one", "two", "three");

하지만 몇 가지 주목할 만한 점이 있습니다.

• List나 Set에 넣는 요소의 수에 따라 구현이 달라질 수 있습니다. 그 중 어느 것도 ArrayList 또는 HashSet이 아니므로 코드가 그것에 의존해서는 안 됩니다.

• List와 Set은 모두 변경할 수 없는 구조입니다. 이러한 구조에서는 요소를 추가하거나 수정할 수 없으며, 이러한 요소를 수정할 수도 없습니다. 이러한 구조의 객체가 변경 가능한 경우에도 변경할 수 있습니다.

• 이러한 구조는 null 값을 허용하지 않습니다. 이러한 목록이나 집합에 ‘null’ 값을 추가하려고 하면 예외가 발생합니다.

• Set 인터페이스는 중복을 허용하지 않습니다. 중복된 값으로 이러한 집합을 만드는 것은 이치에 맞지 않으므로 이러한 코드를 작성하는 것은 버그라고 가정합니다. 따라서 그렇게 하려고 하면 예외가 발생합니다.

• 제공되는 구현은 Serializable입니다.

이러한 of() 메서드는 일반적으로 컬렉션을 위한 편의성 팩토리 메서드 라고 합니다.

 

컬렉션의 변경 불가능한 사본 가져오기

컬렉션에 대한 편리한 팩토리 메서드의 성공에 이어, 컬렉션의 불변 복사본을 생성하기 위한 또 다른 편리한 메서드 세트가 Java SE 10에 추가되었습니다.

두 가지가 있습니다: List.copyOf() 및 Set.copyOf()입니다. 둘 다 동일한 패턴을 따릅니다:

Collection<String> strings = Arrays.asList("one", "two", "three");
 
List<String> list = List.copyOf(strings);
Set<String> set = Set.copyOf(strings);

모든 경우에 복사해야 하는 컬렉션은 널이 아니어야 하며 널 요소를 포함하지 않아야 합니다. 이 컬렉션에 중복 요소가 있는 경우 Set.copyOf()의 경우 이 요소 중 하나만 유지됩니다.

그 대가로 인자로 전달된 컬렉션의 불변 복사본이 반환됩니다. 따라서 이 컬렉션을 수정해도 복사본으로 받은 List나 Set에 반영되지 않습니다.

어떤 구현도 null 값을 허용하지 않습니다. null 값을 가진 컬렉션을 복사하려고 하면 NullPointerException이 발생합니다.

 

배열을 List로 래핑하기

컬렉션 프레임워크에는 배열을 처리하는 약 200개의 메서드가 있는 Arrays라는 클래스가 있습니다. 대부분은 정렬, 병합, 검색과 같은 배열에 대한 다양한 알고리즘을 구현하고 있으며 이 섹션에서는 다루지 않습니다.

한 가지 언급할 만한 것이 있습니다: Arrays.asList(). 이 메서드는 vararg를 인수로 받아 전달한 요소의 순서를 유지한 채 List를 반환합니다. 이 메서드는 컬렉션에 대한 편의성 팩토리 메서드 의 일부가 아니지만 여전히 매우 유용합니다.

이 List는 배열의 래퍼 역할을 하며 동일한 방식으로 작동하므로 처음에는 약간 혼란스러울 수 있습니다. 배열의 크기를 설정한 후에는 변경할 수 없습니다. 즉, 기존 배열에 요소를 추가할 수도 없고 배열에서 요소를 제거할 수도 없습니다. 할 수 있는 것은 기존 요소를 다른 요소로 대체하는 것뿐입니다.

Arrays.asList()를 호출하여 얻는 List가 바로 이와 같습니다.

• 요소를 추가하거나 제거하려고 하면 직접 수행하든 반복기를 통해 수행하든 UnsupportedOperationException이 발생합니다.
• 기존 요소를 교체하는 것은 괜찮습니다.

따라서 이 목록은 불변이 아니지만 변경하는 방법에는 제한이 있습니다.

 

컬렉션 팩토리 클래스를 사용하여 컬렉션 처리하기

컬렉션 프레임워크는 또 다른 팩토리 클래스와 함께 제공됩니다: 컬렉션과 그 콘텐츠를 조작하는 메서드 세트가 포함된 Collections가 있습니다. 이 클래스에는 약 70개의 메서드가 있는데, 하나씩 살펴보는 것은 지루할 수 있으므로 그 중 일부만 소개하겠습니다.

컬렉션에서 최소값 또는 최대값 추출하기

Collections 클래스는 min()과 max()라는 두 가지 메서드를 제공합니다. 두 메서드 모두 컬렉션을 인자로 받아 최소값 또는 최대값을 추출합니다. 두 메서드 모두 비교자를 추가 인수로 받는 오버로드가 있습니다.

comparator가 제공되지 않으면 컬렉션의 요소는 Comparable을 구현해야 합니다. 그렇지 않으면 ClassCastException이 발생합니다. 비교기가 제공되면 컬렉션의 요소가 비교 가능한지 여부에 관계없이 최소값 또는 최대값을 구하는 데 사용됩니다.

이 메서드로 빈 컬렉션의 최소값 또는 최대값을 구하면 NoSuchMethodException이 발생합니다.

List에서 Sublist 찾기

두 가지 방법은 더 큰 List에서 주어진 Sublist를 찾습니다:

• indexOfSublist(List<?> source, List<?> target): 는 source 목록에서 target 목록의 첫 번째 요소의 첫 번째 인덱스를 반환하고, 존재하지 않는 경우 -1을 반환합니다;
• lastIndexOfSublist(List<?> source, List<?> target): 인덱스 중 마지막 인덱스를 반환합니다.

List의 요소 순서 변경하기

여러 가지 방법으로 List 요소의 순서를 변경할 수 있습니다:

• sort()는 List를 제자리에서 정렬합니다. 이 메서드는 비교자를 인자로 받을 수 있습니다. 평소와 같이 비교자가 제공되지 않으면 List의 요소는 비교 가능해야 합니다. 비교자가 제공되면 비교자가 요소를 비교하는 데 사용됩니다. Java SE 8부터는 List인터페이스의 sort() 메서드를 사용해야 합니다.
• shuffle()는 제공된 List의 요소를 무작위로 섞습니다. 반복할 수 있는 무작위 셔플이 필요한 경우 Random의 인스턴스를 제공할 수 있습니다.
• rotate()는 List의 요소를 회전합니다. 회전 후에는 인덱스 0에 있는 요소가 인덱스 1에서 발견되는 식입니다. 마지막 요소는 목록의 첫 번째 위치로 이동합니다. subList()와 rotate()를 결합하여 주어진 인덱스에서 요소를 제거하고 목록의 다른 위치에 삽입할 수 있습니다. 다음 코드를 사용하면 이 작업을 수행할 수 있습니다:

List<String> strings = Arrays.asList("0", "1", "2", "3", "4");
System.out.println(strings);
int fromIndex = 1, toIndex = 4;
Collections.rotate(strings.subList(fromIndex, toIndex), -1);
System.out.println(strings);

결과는 다음과 같습니다:

[0, 1, 2, 3, 4]
[0, 2, 3, 1, 4]

인덱스 fromIndex의 요소가 그 자리에서 제거되고 그에 따라 List가 재구성되었으며 인덱스 toIndex - 1에 요소가 삽입되었습니다.

• reverse(): 목록의 요소 순서를 반대로 바꿉니다.
• swap(): 목록에서 두 요소를 바꿉니다. 이 메서드는 일반 배열뿐만 아니라 List를 인자로 받을 수 있습니다.

컬렉션을 불변 컬렉션으로 래핑하기

Collections 팩토리 클래스는 컬렉션이나 맵의 불변 래퍼를 생성하는 여러 메서드를 제공합니다. 구조의 내용은 복제되지 않으며, 구조에 대한 래퍼만 생성됩니다. 이를 수정하려는 모든 시도는 예외를 발생시킵니다.

이러한 모든 메서드는 unmodifiable으로 시작하고 그 뒤에 구조의 타입 이름이 붙습니다. 예를 들어, List의 변경 불가능한 래퍼를 만들려면 다음과 같이 호출할 수 있습니다:

List<String> strings = Arrays.asList("0", "1", "2", "3", "4");
List<String> immutableStrings = Collections.unmodifiableList(strings);

경고 한마디: 이 래퍼를 통해 컬렉션을 수정할 수는 없습니다. 그러나 이 래퍼는 컬렉션에 의해 지원되므로 다른 방법으로 수정하면 이 수정 사항이 변경 불가능한 컬렉션에 반영됩니다. 다음 코드에서 이를 확인해 보겠습니다:

List<String> strings = new ArrayList<>(Arrays.asList("0", "1", "2", "3", "4"));
List<String> immutableStrings = Collections.unmodifiableList(strings);
System.out.println(immutableStrings);
strings.add("5");
System.out.println(immutableStrings);

이 예제를 실행하면 다음과 같은 결과가 표시됩니다:

[0, 1, 2, 3, 4]
[0, 1, 2, 3, 4, 5]

이 패턴을 사용하여 불변 컬렉션을 만들 계획이라면 먼저 방어적으로 복사하는 것이 안전한 예방책이 될 수 있습니다.

동기화된 컬렉션에 컬렉션 래핑하기

맵과 컬렉션에 대해 불변 래퍼를 생성하는 것과 같은 방식으로 Collections 팩토리 클래스는 동기화된 래퍼를 생성할 수 있습니다. 패턴은 변경 불가능한 래퍼를 만드는 메서드의 이름과 동일한 명명 규칙을 따릅니다. 메서드는 synchronized 뒤에 Collection, List, Set 등으로 불립니다.

주의해야 할 두 가지 사항이 있습니다.

• 컬렉션에 대한 모든 액세스는 제공되는 래퍼를 통해 이루어져야 합니다.
• 반복자 또는 스트림으로 컬렉션을 횡단하는 것은 List 자체의 호출 코드를 통해 동기화되어야 합니다.

이러한 규칙을 따르지 않으면 코드가 경쟁 조건에 노출될 수 있습니다.

Collections 팩토리 메서드를 사용하여 컬렉션을 동기화하는 것이 최선의 선택이 아닐 수도 있습니다. Java Util Concurrent 프레임워크가 더 나은 솔루션을 제공합니다.