Empty Map 만들기 - Collections.emptyMap()와 new HashMap()

빈 map을 생성할 때, 크게 두 가지 방법을 사용할 수 있으며, 각각 다른 상황에서 장단점이 있습니다.

Collections.emptyMap() vs new HashMap()

• Java에서 빈 map을 생성할 때 Collections.emptyMap()과 new HashMap()은 서로 다른 특성과 성능을 가집니다.
• Collections.emptyMap()은 불변 객체를 재사용하여 memory 효율성을 높이고, new HashMap()은 가변 객체를 새로 생성하여 유연성을 제공합니다.
• 두 방법의 차이점을 이해하면 상황에 맞는 최적의 선택을 할 수 있습니다.

Collections.emptyMap()의 특징과 장점

• Collections.emptyMap()은 불변하고 재사용 가능한 빈 map을 반환합니다.
  • 한 번 생성된 singleton 객체를 모든 호출에서 재사용하기 때문에 memory 할당 비용이 없습니다.
  • immutable 특성으로 인해 thread-safe 환경에서 안전하게 사용할 수 있습니다.
• memory 효율성이 뛰어나며 성능상 이점이 있습니다.
  • 새로운 객체를 생성하지 않고 기존 객체를 참조하기 때문에 garbage collection 부담이 줄어듭니다.
  • 내부 array나 bucket 구조를 생성하지 않아 memory overhead가 없습니다.
• null 대신 empty collection을 반환하는 programming pattern에 적합합니다.
  • NullPointerException 발생 위험을 제거하고 code의 안정성을 높입니다.
  • client code에서 null check를 할 필요가 없어 code가 더 간결해집니다.

new HashMap()의 특징과 사용 목적

• new HashMap()은 가변하고 확장 가능한 빈 map을 생성합니다.
  • 생성 후 element를 추가하거나 제거할 수 있는 mutable 특성을 가집니다.
  • 초기 capacity(16)와 load factor(0.75)를 가진 새로운 hash table을 생성합니다.
• 동적으로 data를 추가해야 하는 상황에 필수적입니다.
  • method 실행 중 element가 추가될 가능성이 있는 경우 반드시 사용해야 합니다.
  • collection의 크기가 runtime에 결정되는 경우에 적합합니다.
• memory 할당 비용과 초기화 overhead가 발생합니다.
  • 매번 새로운 객체를 생성하므로 memory allocation과 initialization 비용이 있습니다.
  • 내부 bucket array와 관련 metadata를 위한 추가 memory가 필요합니다.

성능 비교

• Collections.emptyMap()이 object 생성과 memory 사용량 측면에서 월등히 우수합니다.
  • 객체 생성 시간이 거의 0에 가까우며 constant time performance를 보입니다.
  • singleton pattern을 사용하여 reference sharing을 통해 memory를 절약합니다.
• new HashMap()은 초기화 작업으로 인한 성능 overhead가 있습니다.
  • hash table 구조 생성과 default capacity 설정에 시간이 소요됩니다.
  • 작은 규모에서는 차이가 미미하지만 대량 생성 시 성능 차이가 누적됩니다.
• concurrent environment에서 Collections.emptyMap()이 더 안전합니다.
  • immutable 특성으로 인해 별도 synchronization 없이 thread-safe합니다.
  • new HashMap()은 thread-safe하지 않아 concurrent access 시 별도 동기화가 필요합니다.

선택 기준

Collections.emptyMap() 권장

• method에서 빈 결과를 반환해야 하는 경우에 사용합니다.
  • database query 결과가 empty인 경우 null 대신 empty map을 반환할 때 적합합니다.
  • API response에서 data가 없을 때 일관된 type을 유지하기 위해 사용합니다.
• default value나 초기값으로 사용하는 경우에 효과적입니다.
  • field initialization 시 null 대신 empty map으로 초기화할 때 사용합니다.
  • conditional logic에서 empty case를 처리할 때 안전한 default로 활용합니다.
• immutable collection이 필요한 design pattern에서 사용합니다.
  • functional programming style에서 side effect를 방지하기 위해 사용합니다.
  • builder pattern에서 optional field의 기본값으로 설정할 때 적합합니다.

new HashMap() 권장

• runtime에 element를 추가할 예정인 경우에 필수적으로 사용합니다.
  • loop를 통해 data를 수집하거나 처리 결과를 저장할 때 사용합니다.
  • user input이나 external system으로부터 받은 data를 저장할 때 필요합니다.
• mutable collection을 parameter로 전달하는 경우에 사용합니다.
  • method가 collection을 수정할 권한을 가져야 하는 경우 적합합니다.
  • callback이나 event handler에서 state를 변경해야 하는 경우 필요합니다.
• 성능보다 유연성이 우선인 경우에 선택합니다.
  • 초기 단계에서는 empty이지만 향후 확장 가능성이 있는 경우 사용합니다.
  • prototype이나 실험적 code에서 flexibility를 위해 선택할 수 있습니다.

활용 예제

• Collections.emptyMap()는 주로 불변하고 읽기 전용인 빈 map이 필요한 경우에 사용됩니다.
• new HashMap()는 주로 가변하고 element를 동적으로 추가해야 하는 경우에 사용됩니다.

Collections.emptyMap() 활용 예제

// database query에서 결과가 없을 때 null 대신 empty map 반환
public Map<String, User> findUsersByDepartment(String department) {
    List<User> users = userRepository.findByDepartment(department);
    if (users.isEmpty()) {
        return Collections.emptyMap(); // null 대신 empty map 반환
    }
    return users.stream().collect(Collectors.toMap(User::getId, user -> user));
}

// configuration이 없을 때 default empty map 제공
private final Map<String, String> defaultConfig = Collections.emptyMap();

// method parameter에서 optional map 처리
public void processData(Map<String, Object> options) {
    Map<String, Object> settings = options != null ? options : Collections.emptyMap();
    // null check 없이 안전하게 사용 가능
    settings.forEach((key, value) -> processOption(key, value));
}

new HashMap() 활용 예제

// runtime에 data를 동적으로 수집하는 경우
public Map<String, Integer> countWordFrequency(String text) {
    Map<String, Integer> wordCount = new HashMap<>(); // 가변 map 필요
    String[] words = text.split("\\s+");
    for (String word : words) {
        wordCount.put(word, wordCount.getOrDefault(word, 0) + 1);
    }
    return wordCount;
}

// cache나 temporary storage로 사용하는 경우
private final Map<String, Object> cache = new HashMap<>();

public Object getCachedValue(String key) {
    return cache.computeIfAbsent(key, k -> expensiveOperation(k));
}

주의 사항과 Best Practice

• Collections.emptyMap()에 element 추가 시도 시 UnsupportedOperationException이 발생합니다.
  • immutable 특성으로 인해 put(), remove(), clear() 등의 수정 작업이 불가능합니다.
  • 실수로 수정하려 할 때 runtime에 exception이 발생하므로 주의가 필요합니다.
• generic type 추론에서 Collections.emptyMap()이 더 간결합니다.
  • compiler가 context에서 type을 추론하므로 explicit type declaration이 불필요한 경우가 많습니다.
  • Map<String, Integer> map = Collections.emptyMap();처럼 간단하게 사용할 수 있습니다.
• API design 시 일관성을 위해 empty collection 반환을 표준화합니다.
  • null을 반환하는 method와 empty collection을 반환하는 method가 혼재하면 client code가 복잡해집니다.
  • 가능한 모든 곳에서 empty collection을 반환하여 null check 부담을 줄입니다.
• performance-critical section에서는 Collections.emptyMap() 사용을 우선 고려합니다.
  • 대량의 empty map이 생성되는 상황에서는 memory와 GC overhead를 크게 줄일 수 있습니다.
  • micro-benchmark보다는 실제 application의 전체적인 성능을 고려하여 선택합니다.

Reference

• https://stackoverflow.com/questions/14846920/collections-emptymap-vs-new-hashmap
• https://docs.oracle.com/javase/8/docs/api/java/util/Collections.html#emptyMap--
• https://docs.oracle.com/javase/8/docs/api/java/util/HashMap.html