[자료구조] 자바 List 인터페이스(Interface) 기본 개념 및 활용

Java의 List 인터페이스

List 인터페이스란?

Java에서 List 인터페이스는 순서가 있는 데이터를 다루기 위한 자료구조를 정의하는 핵심 인터페이스입니다.

• List 인터페이스는 Collection 인터페이스를 확장하며, 데이터 삽입 순서를 유지하고 중복된 요소를 허용하는 선형 자료구조입니다.
• List 인터페이스는 배열과 유사하게 인덱스를 사용하여 요소에 접근할 수 있으며, 크기가 동적으로 조정됩니다.
• 그리고 자료구조 Set과 달리 List는 중복된 요소를 허용하며, 요소의 순서가 중요한 경우에 사용됩니다.

주요 특징

• 순서 유지 : 요소가 삽입된 순서를 그대로 유지합니다. 데이터를 순차적으로 관리할 수 있습니다.
• 중복 허용 : 동일한 값을 가진 요소를 여러 번 포함될 수 있습니다.
• 인덱스 접근 : 배열처럼 인덱스를 통해 특정 위치에 빠르게 접근할 수 있습니다.
• 동적 크기 : 배열과 달리 List의 크기는 동적으로 조정될 수 있습니다.

List Interface의 주요 메서드

메서드	설명
void add(Object o)	리스트의 끝에 객체(o)를 추가
void add(int index, Object o)	지정된 위치(Index)에 객체(o) 도는 컬렉션(c)에 포함된 객체들을 추가
boolean addAll(int index, Collection c)
Object get(int index)	지정된 위치(index)에 있는 객체 반환
int indexOf(Object o)	지정된 객체(o)의 위치(index)를 반환. (List 첫번째 요소부터 순방향으로 검색)
int lastIndexOf(Object o)	지정된 객체(o)의 위치(index)를 반환. (List 마지막 요소부터 역방향으로 검색)
ListIterator listIterator()	List 객체에 접근할 수 있는 ListIterator를 반환
ListIterator listIterator(int index)
Object remove(int index)	지정된 위치(index)에 객체를 삭제하고 삭제된 객체를 반환
Object set(int index, Object o)	지정된 위치(index)에 객체(o)를 대체
void sort(Comparator c)	지정된 비교자(c)로 List를 정렬
List subList(int fromIndex, int toIndex)	지정된 범위인 fromIndex부터 toIndex에 있는 객체들을 반환
int size()	리스트의 크기(객체(o) 수)를 반환
boolean contains(Object o)	리스트에 특정 객체(o)가 포함되어 있는지 확인
void clear()	리스트의 모든 객체(o)를 제거

List 인터페이스의 주요 구현 클래스

Java에서는 List 인터페이스를 구현한 다양한 클래스가 제공되며, 각 클래스는 특성과 사용 목적에 따라 선택할 수 있습니다.

대표적인 구현 클래스는 다음과 같습니다.

• ArrayList
  • List의 구현 클래스 중 가장 많이 사용되는 클래스로 JDK1.2부터 제공되었습니다.
  • 배열을 기반으로 구현된 리스트로, 요소를 순차적으로 저장하며 인덱스를 통한 접근 성능이 좋습니다.
  • 요소의 삽입 및 삭제 시 배열의 크기를 조정해야 하므로 성능 저하가 발생할 수 있습니다.
  • 읽기 작업이 빈번하고, 삽입 및 삭제 작업이 상대적으로 적은 경우에 사용하기 적합합니다.

• LinkedList
  • ArrayList의 배열의 단점을 개선하기 위해 만들어진 클래스로, JDK1.2부터 제공되었습니다.
  • 내부적으로 연결 리스트(Linked List)를 이용하여 요소를 저장하거나 삭제할 때 효율적입니다.
  • 인덱스를 통한 요소 접근이 느리고, 각 요소가 별도의 객체로 저장되기 때문에 메모리 사용량이 높을 수 있습니다.
  • 요소의 삽입 및 삭제가 빠르며, 요소가 많이 추가되고 제거되는 경우 유리합니다.

• Vector
  • JDK 1.0부터 제공된 클래스로, Vector의 단점을 보완하기 위해 ArrayList 클래스가 생겼습니다.
  • Collection Framework가 도입되기 전부터 지원된 클래스입니다.
  • ArrayList와 유사하지만, 모든 메서드가 동기화되어 있어 멀티 스레드 환경에서 안전하게 사용할 수 있습니다.
  • 단일 스레드 환경에서도 동기화되기 때문에 ArrayList에 비해 성능이 안좋습니다.
  • Vector 클래스보다는 ArrayList 클래스를 사용하는 것이 좋습니다.

• Stack
  • Stack은 LIFO(Last In, First Out) 구조를 제공하는 후입선출 구조의 클래스로, Vector를 상속받아 구현되었습니다.
  • Stack 클래스는 스택 메모리 구조를 표현하기 위해 Vector 클래스의 메서드 5개만 상속받아 사용합니다.
  • 동기화된 구조로 인해, 성능이 중요한 경우 다른 스택 구현체를 고려할 필요가 있습니다.

List 인터페이스 사용 시 고려사항

• 성능
  • 요소의 삽입, 삭제, 조회 등의 작업 빈도에 따라 적절한 구현체를 선택해야 합니다.
  • 예를 들어, 읽기 작업이 많다면 ArrayList를, 삽입/삭제 작업이 많다면 LinkedList가 적절합니다.
• 스레드 안전성
  • 멀티스레드 환경에서 동기화가 필요한 경우 Vector와 같은 스레드 안전한 구현체를 사용하거나, ArrayList 등을 사용하면서 필요한 동기화를 직접 구현해야 합니다.

인터페이스 타입으로 선언하는 이유

List 인터페이스와 ArrayList, LinkedList, Vector, Stack 클래스를 선언할 때 구현체가 아닌 인터페이스를 사용하는 것이 권장됩니다.

이 방식이 권장되는 이유는 객체지향 프로그래밍(OOP) 원칙과 관련이 있습니다.

List<Integer> numbers = new ArrayList<>();

유연성과 유지보수성

특정 구현체(예를 들어, ArrayList)를 인터페이스(List)로 참조하게 되면,

이후 다른 구현체(LinkedList, Vector)로 변경할 때 코드의 수정이 최소화됩니다.

예를 들면 List<Integer> numbers를 선언한 경우 ArrayList를 LinkedList로 쉽게 교체할 수 있습니다.

List<Integer> numbers = new ArrayList<>();

numbers = new LinkedList<>(); // 간단히 구현체 변경 가능
// ArrayList<Integer> numbers = new LinkedList<>(); // -> 컴파일 에러 발생

이렇게 하면 선언부를 제외한 나머지 코드는 수정할 필요가 없습니다.

다형성 활용

인터페이스를 사용하면 코드가 다양한 구현체에서 동일한 동작을 수행할 수 있습니다.

예를 들어, 다음과 같은 코드에서 List로 선언하면, 호출 시 ArrayList나 LinkedList를 자유롭게 교체할 수 있습니다.

public static void main(String[] args) {
    List<String> arrayList = new ArrayList<>();
    List<String> linkedList = new LinkedList<>();
    
    arrayList.add("A");
    linkedList.add("B");
    
    printList(arrayList); // ArrayList로 호출
    printList(linkedList); // LinkedList로 호출
}

public static void printList(List<String> list) {
    for (String item : list) {
        System.out.println(item);
    }
}

구현체에 의존하지 않는 설계

인터페이스를 사용하면 코드가 특정 구현체(ArrayList)에 종속되지 않아 더욱 유연한 설계가 가능합니다.

예를 들어, 메서드의 매개변수로 List를 사용하면 호출자가 ArrayList, LinkedList 등 어떤 구현체를 전달해도 문제가 없습니다.

public void processNumbers(List<Integer> numbers) {
    // List 인터페이스 메서드 사용
    for (int num : numbers) {
        System.out.println(num);
    }
}

추상화 수준 향상

인터페이스를 사용하면 프로그램 설계가 더 추상적이고 유연한 구조를 갖습니다.

이렇게 하면 코드의 목적이 더 명확해지고, 구현 세부 사항은 캡슐화되어 관리됩니다.

그리고 인터페이스는 공통 API를 제공하므로, 실제 구현체가 ArrayList인지, LinkedList인지 신경 쓰지 않아도 됩니다.

이를 통해 코드 작성자인 개발자는 List의 메서드에만 집중할 수 있습니다.

결론

List 인터페이스는 순서를 유지하며 중복을 허용하는 선형 자료구조를 제공하여, 다양한 상황에서 효율적으로 데이터를 관리할 수 있습니다.

구현체(ArrayList, LinkedList, Vector, Stack)의 선택은 읽기, 삽입, 삭제 작업의 빈도와 멀티 스레드 환경 여부에 따라 달라집니다.

최종적으로 인터페이스 기반 설계를 통해 유연하고 유지보수 가능한 코드를 작성하는 것이 권장됩니다.