Java-자료구조 (Queue)

우선 큐에 대해 학습하기 전에 자바의 클래스와 친숙해 지고자 중첩 클래스에 대해 알아보겠다

1. 중첩 클래스는 왜 쓰는가?

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1. 클래스들의 논리적인 그룹을 나타낼 때 쓴다. 주로 model 객체에서 상위모델과 하위모델이 있을 떄 쓰는거 같다. (Static Nested Class를 많이 씀)
2. 향상된 캡슐화
3. 좋은 가독성과 유지 보수성

2. 중첩 클래스의 종류

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3. 내부 클래스 (Inner Class)

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• 내부클래스로서 일반클래스 내부에 생성된다. Non-Static Nested Class라고도 불린다.
• 밖에 있는 클래스는 내부클래스를 멤버변수처럼 사용할 수 있다. 사용하려면 new로 인스턴스를 만들어야 한다.
• 내부클래스는 자신의 밖에 있는 클래스의 자원을 직접 사용할 수 있다.

모양새

// src$Outer.java

public class Outer {
    int outerAge;
    String outerName;

    Outer(int age, String name) {
        this.outerAge = age;
        this.outerName = name;
    }

    public class Inner {
        int innerAge;
        String innerName;

        Inner(int age, String name) {
            this.innerAge = age;
            this.innerName = name;
        }
    }
}

객체 생성

// src/main.java

public class main {

    // mainMethod
    public static void main(String[] args) {
        Outer outer = new Outer(20, "Hyunseo");
        Outer.Inner inner = outer.new Inner(21, "Hyunseo2");

        System.out.println("outer_age >> " + outer.outerAge);
        System.out.println("outer_name >> " + outer.outerName);

        System.out.println("Inner_age >> " + inner.innerAge);
        System.out.println("Inner_name >> " + inner.innerName);
    }
}

// outer_age >> 20
// outer_name >> Hyunseo
// Inner_age >> 21
// Inner_name >> Hyunseo2

클래스 파일 생성

컴파일 하면 각각 아래와 같이 생긴다\

• Outer.class
• Outer$Inner.class

4. 정적 중첩클래스 (Static Nested Class)

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• 위의 내부클래스와 비슷하나, static으로 선언한다. 정확히는 Static Nested Class라고 한다.
• 밖에 있는 클래스의 변수와 메소드 중에 static이 붙은 것들은 사용할 수 있다

내부클래스와 차이

1. 내부클래스는 밖에 있는 클래스의 자원을 마음대로 사용할 수 있지만, 중첩클래스는 static 키워드가 안붙었다면 사용할 수 없다.
2. Outer클래스의 객체가 없어도 Inner클래스의 객체 생성이 가능하다.

모양새

// Static Nested Class
// src/Outer.java

public class Outer {
    static int outerAge;
    static String outerName;

    // innerClass
    public static class Inner {
        int innerAge;
        String innerName;
        Inner(int age, String name){
            this.innerAge = age;
            this.innerName = name;
        }
    }

    Outer(int age, String name) {
        this.outerAge = age;
        this.outerName = name;
    }
}

객체 생성

// src/Main.java

public class main {
    public static void main(String[] args) {
        Outer outer = new Outer(20, "Hyunseo");
        Outer.Inner inner = new Outer.Inner(21, "Hyunseo2");

        System.out.println("outer_age >> " + outer.outerAge);
        System.out.println("outer_name >> " + outer.outerName);

        System.out.println("Inner_age >> " + inner.innerAge);
        System.out.println("Inner_name >> " + inner.innerName);
    }
}

// outer_age >> 20
// outer_name >> Hyunseo
// Inner_age >> 21
// Inner_name >> Hyunseo2

클래스 파일 생성

컴파일 하면 각각 아래와 같이 생긴다\

• Outer.class
• Outer$Inner.class

5. 지역 클래스(Method Local Inner Class)

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• 메소드 내부에 클래스를 정의하는 경우이다. 마치 메소드 내의 지역변수처럼 쓰인다
• 메소드 내부에서 new 한 뒤 사용해야 한다. 메소드 밖에서 사용할 수 없다.(지역변수 룰)

// src/Outer.java

public class Outer {
    // field
    static int outerAge;
    static String outerName;

    // method
    public void outerMethod() {
        // Method Local Inner CLass
        class Inner {
            int innerAge;
            String innerName;
            Inner(int age, String name){
                this.innerAge = age;
                this.innerName = name;
            }
        }
        Inner inner = new Inner(20, "Hyunseo");
        System.out.println("inner_age >> " + inner.innerAge);
        System.out.println("inner_name >> " + inner.innerName);
    }

    // constructor
    Outer(int age, String name) {
        this.outerAge = age;
        this.outerName = name;
    }
}

객체 생성

// src/main.java

public class main {
    public static void main(String[] args) {
        Outer outer = new Outer(20, "Hyunseo");
        outer.outerMethod();
    }
}

// inner_age >> 20
// inner_name >> Hyunseo

클래스 파일 생성

컴파일 하면 각각 아래와 같이 생긴다\

• Outer.class
• Outer$숫자Inner.class

6. 익명 클래스(Anonymous Inner class)

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• 익명클래스는 인스턴스 이름이 없다. new와 동시에 부모클래스를 상속받아 내부에서 오버라이딩 해서 사용한다.
• 매개변수로 사용할 수도 있다.
• 익명 클래스 내부의 변수나 메소드는 익명클래스의 밖에서 사용이 불가능하다.
• 주로 익명클래스는 이럴때 사용 : 상속은 받아야하지만, 한번만 사용할 것이라서 extends 문법을 굳이 사용안함
• 익명클래스 내부에 생성자 x
• 익명클래스 외부의 자원은 final키워드가 붙은 것만 사용할 수 있다
• 아래 모양새에서 보듯이 Inner클래스가 이미 선언되어있어야만 한다. Inner 클래스를 바로 상속받고 오버라이딩 해서 쓰는 구조이다.

Class Inner {
    변수;
    메소드;
}

class Outer {
    변수;
    메소드1;

    메소드2() {
        지역변수;

        new Inner() {
            override된 내용들..
        }
    }
}

클래스 파일 생성

컴파일 하면 각각 아래와 같이 생긴다\

• Outer.class
• Outer$숫자.class

7. Queue

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알아둘 용어

• Enqueue: 큐에 데이터를 넣는 기능
• Dequeue: 큐에서 데이터를 꺼내는 기능
• Visualgo 사이트에서 시연해보며 이해하기 (enqueue/dequeue 만 클릭해보며): https://visualgo.net/en/list

VisuAlgo - Linked List (Single, Doubly), Stack, Queue, Deque

저버애서 큐는 LinkedList를 활용하여 생성해야 한다. 그렇기에 Queue와 LinkedList가 다 import되어 있어야 한다

<참고 - Java Interface>

• 인터페이스란? 극단적으로 동일한 목적 하에 동일한 기능을 보장하게 하기 위함
• 자바의 다형성을 이용하여 개발코드 수정을 줄이고 유지보수성을 높인다.

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public interface 인터페이스명 {
    // 상수
    타입 상수명 = 값;

    // 추상 메소드
    타입 메소드명(매개변수, ...);

    // 디폴트 메소드
    default 타입 메소드명(매개변수, ...) {
        // 구현부
    }

    // 정적 메소드
    static 타입 메소드명(매개변수) {
        // 구현부
    }
 }

상수 : 인터페이스에서 값을 정해줄테니 함부로 바꾸지 말고 제공해주는 값만 참조해라. (절대적)

추상메소드 : 가이드만 줄테니 추상메소드를 오버라이딩해서 재구현해라. (강제적)

디폴트메소드 : 인터페이스에서 기본적으로 제공해주지만, 맘에 안들면 각자 구현해서 써라. (선택적)

정적메소드 : 인터페이스에서 제공해주는 것으로 무조건 사용해라. (절대적)

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<Interface  관련 예제>

// src/comp.company/Bank/Bank.java

// Bank Interface

package com.company.Bank;

public interface Bank {
    // 상수 (최대 고객에게 인출해 줄 수 있는 금액 명시)
    public int MAX_INTEGER = 1000000;

    // 추상메소드 (인출하는 메소드)
    void withDraw(int price);

    // 추상메소드 (입금하는 메소드)
    void deposit(int price);

    // 고객의 휴면계좌 찾아주는 메소드 : 선택사항
    default String findDormancyAccount(String cusId) {
        System.out.println("**금융개정법안 00이후 고객의 휴면계좌 찾아주기 운동**");
        System.out.println("**금융결제원에서 제공하는 로직**");
        return "00은행 000-0000-0000-00";
    }

    // 블록체인 인증을 요청하는 메소드
    static void BCAuth(String bankName) {
        System.out.println(bankName + " 에서 블록체인 인증을 요청합니다.");
        System.out.println("전 금융사 공통 블록체인 로직 수행;");
    }
}

Bank 구현부

// src/com.company/Bank/KBBank.java

// implement Bank.java

package com.company.Bank;

public class KBBank implements Bank{

    @Override
    public void withDraw(int price) {
        System.out.println("KB은행만의 인출 로직...");
        if(price < Bank.MAX_INTEGER) {
            System.out.println(price+ " 원을 인출한다.");
        } else {
            System.out.println(price + " 원을 인출실패.");
        }
    }

    @Override
    public void deposit(int price) {
        System.out.println("KB은행만의 입금 로직..." + price + " 원을 입금한다.");
    }
}

r

// src/com.company/Bank/SHBank

// implement Bank.java

package com.company.Bank;

public class SHBank implements Bank{
    @Override
    public void withDraw(int price) {
        System.out.println("SH은행만의 인출 로직...");
        if(price < Bank.MAX_INTEGER) {
            System.out.println(price+ " 원을 인출한다.");
        } else {
            System.out.println(price + " 원을 인출실패.");
        }
    }

    @Override
    public void deposit(int price) {
        System.out.println("SH은행만의 입금 로직..." + price + " 원을 입금한다.");
        System.out.println("SH은행은 별도의 후행처리 작업을 따로 한다.");
    }

    @Override
    public String findDormancyAccount(String cusId) {
        System.out.println("**금융개정법안 00이후 고객의 휴면계좌 찾아주기 운동**");
        System.out.println("*SH금융결제원에서 제공하는 로직**");
        return "00은행 000-0000-0000-00";
    }
}

Main 부분

// src/com.company/Main.java

package com.company;

import com.company.Bank.Bank;
import com.company.Bank.KBBank;
import com.company.Bank.SHBank;


public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        Bank bank = new KBBank();
        bank.withDraw(100);
        bank.deposit(100);
        bank.findDormancyAccount("763231");
        Bank.BCAuth("KBBANK");

        System.out.println("\n*****************인스턴스 교체!!******************");

        bank = new SHBank();
        bank.withDraw(100);
        bank.deposit(100);
        bank.findDormancyAccount("763231");
        Bank.BCAuth("KBBANK");
    }
}

// KB은행만의 인출 로직...
// 100 원을 인출한다.
// KB은행만의 입금 로직...100 원을 입금한다.
// **금융개정법안 00이후 고객의 휴면계좌 찾아주기 운동**
// **금융결제원에서 제공하는 로직**
// KBBANK 에서 블록체인 인증을 요청합니다.
// 전 금융사 공통 블록체인 로직 수행;

// *****************인스턴스 교체!!******************
// SH은행만의 인출 로직...
// 100 원을 인출한다.
// SH은행만의 입금 로직...100 원을 입금한다.
// SH은행은 별도의 후행처리 작업을 따로 한다.
// **금융개정법안 00이후 고객의 휴면계좌 찾아주기 운동**
// *SH금융결제원에서 제공하는 로직**
// KBBANK 에서 블록체인 인증을 요청합니다.
// 전 금융사 공통 블록체인 로직 수행;

// Queue 사용을 위해, LinkedList 클래스를 사용하므로, 두 클래스 모두 import 해야 함

import java.util.LinkedList; 
import java.util.Queue; 

// 자료형 매개변수를 넣어서, 큐에 들어갈 데이터의 타입을 지정해야 함
Queue<Integer> queue_int = new LinkedList<Integer>(); // Integer 형 queue 선언
Queue<String> queue_str = new LinkedList<String>(); // String 형 queue 선언

// 데이터 추가는 add(value) 또는 offer(value) 를 사용함
queue_int.add(1);
queue_int.offer(2);
// 출력에 true 라고 출력되는 부분은 offer() 메서드가 리턴한 값으로, 
// 셀의 맨 마지막에 함수를 넣을 경우, 변수가 변수값이 출력되는 것처럼 함수는 함수 리턴값이 출력되는 것임

// Queue 인스턴스를 출력하면, 해당 큐에 들어 있는 아이템 리스트가 출력됨
System.out.println(queue_int)
  // [1, 2]

// poll() 은 큐의 첫 번째 값 반환, 해당 값은 큐에서 삭제
queue_int.poll();  

// poll() 과 마찬가지로, 첫 번째 값 반환하고, 해당 값은 큐에서 삭제
queue_int.remove()

어디에 큐가 많이 쓰일까?

• 멀티 태스킹을 위한 프로세스 스케쥴링 방식을 구현하기 위해 많이 사용됨 (운영체제 참조)

큐의 경우에는 장단점 보다는 (특별히 언급되는 장단점이 없음), 큐의 활용 예로 프로세스 스케쥴링 방식을 함께 이해해두는 것이 좋음

연습해보기

- JAVA ArrayList 클래스를 활용해서 큐를 다루는 enqueue, dequeue 기능 구현해보기
- dequeue 기능 호출 시, 큐에 데이터가 없을 경우, null 을 리턴하도록 함
- 다양한 데이터 타입을 다룰 수 있도록, Java Genric 타입 문법을 활용해보기

public class MyQueue<T> {
    private ArrayList<T> queue = new ArrayList<T>();

    public void enqueue(T item) {
        queue.add(item);
    }

    public T dequeue() {
        if (queue.isEmpty()) {
            return null;
        }
        return queue.remove(0);
    }

    public boolean isEmpty() {
        return queue.isEmpty();
    }

    public static void main(String[] args) {
        MyQueue<Integer> mq = new MyQueue<Integer>();
        mq.enqueue(1);
        mq.enqueue(2);
        mq.enqueue(3);
        System.out.println(mq.dequeue());
        System.out.println(mq.dequeue());
        System.out.println(mq.dequeue());        
    }
}  

MyQueue.main(new String[0]);

// 1
// 2
// 3