2022. 12. 25. 23:20ㆍJAVA
본 포스팅에서는 [모던 자바 인 액션] Chapter 4를 읽고 정리하였다.
따라서 포스팅에 사용한 자료들은 저자와 출판사에 귀속된다.
개요
4.1 스트림이란?
4.2 스트림 시작하기
4.3 스트림과 컬렉션
4.4 스트림 연산
1. 스트림이란?
오늘날 자바 어플리케이션에서 컬렉션은 필수라고 할 수 있다.
스트림은 자바 8 API에 새로 추가된 기능으로, 컬렉션 데이터를 멋지게 처리하는 기능이다.
뜬금없지만 저칼로리의 요리명을 반환하고, 칼로리를 기준으로 요리를 정렬하는 코드를 살펴볼 것이다.
자바 7의 코드와 스트림을 이용한 자바 8의 코드를 비교해보자.
먼저 요리(Dish) 클래스는 다음과 같이 불변형 클래스다.
Dish.class
package com.study.ch4stream;
public class Dish {
private final String name;
private final boolean vegetarian;
private final int calories;
private final Type type;
public Dish(String name, boolean vegetarian, int calories, Type type) {
this.name = name;
this.vegetarian = vegetarian;
this.calories = calories;
this.type = type;
}
public String getName() {
return name;
}
public boolean isVegetarian() {
return vegetarian;
}
public int getCalories() {
return calories;
}
public Type getType() {
return type;
}
@Override
public String toString() {
return name;
}
public enum Type { MEAT, FISH, OTHER}
}
다음은 저칼로리 요리명을 반환하고, 칼로리를 기준으로 요리를 정렬하는 자바 7 코드다.
참고로 List<Dish> menu 는 본 포스팅에서 계속 사용할 것이다.
package com.study.ch4stream;
import java.util.*;
import static com.study.ch4stream.Dish.Type.*;
public class Main {
public static void main(String[] args) {
List<Dish> menu = Arrays.asList(
new Dish("pork", false, 800, MEAT),
new Dish("beef", false, 700, MEAT),
new Dish("chicken", false, 400, MEAT),
new Dish("french fries", true, 530, OTHER),
new Dish("rice", true, 350, OTHER),
new Dish("season fruit", true, 120, OTHER),
new Dish("pizza", true, 550, OTHER),
new Dish("prawns", false, 300, FISH),
new Dish("salmon", false, 450, FISH)
);
//컨테이너 역할을 하는 가비지 변수
List<Dish> lowCaloricDishes = new ArrayList<>();
for (Dish dish : menu) {
if (dish.getCalories() < 400) { //저칼로리 요리를 반환한다.
lowCaloricDishes.add(dish);
}
}
Collections.sort(lowCaloricDishes, new Comparator<Dish>() {
@Override
public int compare(Dish dish1, Dish dish2) { // 칼로리를 기준으로 요리를 정렬한다.
return Integer.compare(dish1.getCalories(), dish2.getCalories());
}
});
List<String> lowCaloricDishesName = new ArrayList<>();
for (Dish dish : lowCaloricDishes) { // 정렬된 리스트를 처리하면서 요리 이름을 선택
lowCaloricDishesName.add(dish.getName());
}
}
}이 코드에서는 중간에 lowCaloricDishes라는 가비지 변수가 사용되었다. 특별한 역할은 없고 컨테이너 역할만 하는 중간 변수다.
자바 8에서는 이러한 세부 구현은 라이브러리 내부에서 모두 처리된다.
이제 자바8의 코드에서는 단 5줄로 위의 코드를 대체한다.
List<String> lowCaloricDishesName = menu.stream()
.filter(d -> d.getCalories() < 400) //400 칼로리 이하 요리 선택
.sorted(Comparator.comparing(Dish::getName)) // 칼로리로 요리 정렬
.map(Dish::getName) // 요리명 추출
.collect(Collectors.toList()); // 모든 요리명을 리스트에 저장
처음에 스트림을 컬렉션 데이터를 멋지게 처리하는 기능이라고 소개했는데, 장점을 꼽자면
1. 선언형으로 코드를 구현할 수 있다.
루프와 if 조건문 등의 제어 블록을 사용하지 않고 '저칼로리의 요리만 선택하라' 등의 동작의 수행을 지정할 수 있다.
2. filter, sorted, forEach, collect 등의 여러 연산을 연결해 데이터 처리 파이프라인을 만들 수 있다.
여러 연산을 파이프라인으로 연결해도 여전히 가독성과 명확성이 보장된다. filter 메서드의 결과는 sorted 메서드로, 다시 sorted 결과는 collect 메서드로 연결된다.
자바 8 스트림 API의 특징을 요약하자면
- 선언형: 더 간결하고 가독성이 좋아짐
- 조립 가능: 유연성이 좋아짐
- 병렬화: 성능 향상(이번 장에서는 다루지 않는다)
4.2 스트림 시작하기
자바 8 컬렉션에는 스트림을 반환하는 stream 메서드가 추가되었다.
스트림을 정의하면 '데이터 처리 연산을 지원하도록 소스에서 추출된 연속된 요소'라고 할 수 있겠다.
뜯어보면
- 연속된 요소
컬렉션과 마찬가지로 스트림은 특정 요소 형식으로 이루어진 연속된 값 집합의 인터페이스를 제공한다. 컬렉션은 자료구조이므로 시간과 공간의 복잡성과 관련된 요소 저장 및 접근 연산이 주를 이루고, 스트림은 filter, sorted, map처럼 표현 계산식이 주를 이룬다. - 소스
스트림은 컬렉션, 배열, I/O 자원 등의 데이터 제공 소스로부터 데이터를 소비한다. 정렬된 컬렉션으로 스트림을 생성하면 정렬이 그대로 유지된다. - 데이터 처리 연산
함수형 프로그래밍 언어에서 일반적으로 지원하는 연산과 데이터베이스와 비슷한 연산을 지원한다. 스트림 연산은 순차적으로 또는 병렬로 실행할 수 있다.
또, 스트림에는 중요한 두 가지 특징이 있다.
- 파이프라이닝
대부분의 스트림 연산은 파이프 라인을 구성할 수 있도록 스트림 자신을 반환한다.
그 덕분에 쇼트서킷, 게으름(lazy)과 같은 최적화도 얻을 수 있다. - 내부 반복
컬렉션은 반복자를 이용해 명시적으로 반복하지만(Iterator) 스트림은 내부 반복을 지원한다.
예제로 살펴보면
List<String> threeHighCaloricDishNames =
menu.stream()// 메뉴(요리 리스트)에서 스트림을 얻는다.
.filter(dish -> dish.getCalories() > 300) // 고칼로리 요리를 필터링
.map(Dish::getName) // 요리명 추출
.limit(3) // 선착순 세 개만 선택
.collect(Collectors.toList()); //결과를 다른 리스트로 저장요리 리스트를 포함하는 menu에 stream 메서드를 호출해 스트림을 얻었다.
여기서 데이터 소스는 4.1장에서도 사용한 요리 리스트(메뉴)다.
이 데이터 소스는 스트림에 연속된 요소를 제공한다.
다음으로 스트림에 filter, map, limit, collect 순서로 데이터 처리 연산을 적용한다.
collect를 제외한 모든 연산은 파이프라인을 형성할 수 있도록 스트림을 반환한다.
마지막으로 collect 연산으로 파이프라인을 처리해 결과를 반환하는데, collect를 호출하기 전까지는 menu에서 무엇도 선택되지 않으며 출력 결과도 없다.
즉, collect가 호출되기 전까지 메서드 호출이 저장되는 효과가 있다.
4.3 스트림과 컬렉션
컬렉션과 스트림 모두 연속된 요소 형식의 값을 저장하는 자료 구조의 인터페이스를 제공한다.
그렇다면 둘의 차이는 무엇일까?
- 데이터의 저장 시점
컬렉션은 현재 자료구조가 포함하는 모든 값을 메모리에 저장하는 자료구조다. 즉, 컬렉션의 모든 요소는 컬렉션에 추가되기 전에 계산되어야 한다. 따라서 컬렉션에 요소를 추가하거나 삭제하는 것이 가능하다.
스트림은 이론적으로 요청할 때만 요소를 계산하는 자료구조다. 사용자가 요청하는 값만 스트림에서 추출한다는 것이 핵심이다. 스트림은 게으르게 만들어지는 컬렉션과 같아서, 사용자가 데이터를 요청할 때만 값을 계산한다.
무제한의 소수를 생성한다고 했을 때, 컬렉션은 끝이 없는 모든 소수를 포함하려 할 것이므로 무한 루프를 돌며 새로운 소수를 계산하고 추가하기를 반복할 것이다. 결국 사용자는 데이터를 영원히 볼 수 없다.
하지만 스트림의 경우 사용자가 요청하는 값만 스트림에서 추출할 수 있다. - 스트림은 딱 한 번만 탐색할 수 있다.
탐색된 스트림의 요소는 소비된다.
반복자와 마찬가지로 한 번 탐색한 요소를 다시 탐색하려면 초기 데이터 소스에서 새로운 스트림을 생성해야 한다. - 외부 반복과 내부 반복
컬렉션을 사용하는 경우, 사용자가 직접 forEach()를 사용해 요소를 반복해야 한다. 이를 외부 반복이라고 한다.
반면 스트림은 반복을 알아서 처리하고 결과 스트림 값을 어딘가에 저장해주는 내부 반복을 사용한다.
따라서 스트림은 메소드에 어떤 작업을 수행할지만 지정하면 모든 것이 알아서 처리된다.
예제를 보자.
//컬렉션 - 외부 반복: forEach()를 사용
List<String> names = new ArrayList<>();
for (Dish dish : menu) {
names.add(dish.getName());
}
//컬렉션 - 반복자(Iterator)를 사용
names = new ArrayList<>();
Iterator<Dish> iterator = menu.iterator();
while (iterator.hasNext()) {
Dish dish = iterator.next();
names.add(dish.getName());
}
//스트림 - 내부 반복
names = menu.stream()
.map(Dish::getName)
.collect(Collectors.toList()); // 파이프 라인을 실행하며, 반복자는 필요없다.
4.4 스트림 연산
스트림의 연산은 크게 두 가지로 구분할 수 있다. 이전에 등장한 예제를 다시보면
List<String> threeHighCaloricDishNames =
menu.stream()// 메뉴(요리 리스트)에서 스트림을 얻는다.
.filter(dish -> dish.getCalories() > 300) // 고칼로리 요리를 필터링
.map(Dish::getName) // 요리명 추출
.limit(3) // 선착순 세 개만 선택
.collect(Collectors.toList()); //결과를 다른 리스트로 저장- filter, map, limit는 서로 연결되어 파이프라인을 형성한다.
- collect로 파이프라인을 실행한 뒤 스트림을 닫는다.
이처럼 연결가능한 스트림 연산을 중간 연산, 스트림을 닫는 연산을 최종 연산이라고 한다.
4.4.1 중간 연산
중간 연산의 중요한 특징은, 최종 연산이 실행되기 전까지는 아무 연산도 수행되지 않는다는 것이다.
즉 게으르다(lazy).
중간 연산을 합친 다음에 합쳐진 중간 연산을 최종 연산으로 한번에 처리하기 때문이다.
위의 예제코드는 300칼로리가 넘는 음식을 처음 3개만 선택해 연산을 수행하게 된다.
만약 컬렉션이라면 칼로리가 300이 넘는 메뉴를 전부 다 찾은 뒤, 이름도 전부 다 추출하고난 뒤에야 메뉴 3개를 선택했을 것이다.
4.4.2 최종 연산
최종 연산은 스트림 파이프라인에서 결과를 도출한다.
count, forEach, collect 등이 대표적이다.
요약
- 스트림은 소스에서 추출된 연속 요소로, 데이터 처리 연산을 지원한다.
- 스트림은 내부 반복을 지원한다.
- 중간 연산과 최종 연산이 있으며, 중간 연산은 스트림을 반환하며 다른 연산과 연결된다. 최종 연산은 스트림이 아닌 결과를 반환한다.
- 스트림의 요소는 요청할 때 게으르게 계산된다. 적극적으로 계산되는 컬렉션과 정반대라고 할 수 있다(ex. 무한소수 생성).
'JAVA' 카테고리의 다른 글
| [Java] Record Class란? (2) | 2023.06.12 |
|---|---|
| JIT compiler (2) | 2022.12.11 |
| Java - Calculator 과제 회고 (0) | 2022.10.30 |
| Java 숫자야구 (0) | 2022.10.21 |
| Collection과 Iterator (0) | 2022.10.20 |