[PART 02] 4. 스트림 소개

이 글은 모던 자바 인 액션 책을 읽고 정리한 내용입니다.

http://www.yes24.com/Product/Goods/77125987

모던 자바 인 액션 - 예스24

 

스트림이란?

• 자바 8 API에 새로 추가된 기능
• 선언형으로 컬렉션 데이터를 처리할 수 있음
• 멀티스레드 코드를 구현하지 않아도 데이터를 투명하게 병렬로 처리 가능

 

이번 예제는 저칼로리의 요리명을 반환하고, 칼로리를 기준으로 요리를 정렬하는 자바 7 코드다. 이 코드를 자바 8의 스트림으로 다시 구현해보자.

List<Dish> lowCaloricDishes = new ArrayList<>();
for(Dish dish : menu) { //누적자로 요소 필터링
  if(dish.getCalories() <400) {
    lowCaloricDishes.add(dish)
  }
}

Collections.sort(lowCaloricDishes, new Comparator<Dish>() //익명 클래스요리 정렬
    public int compare(Dish dish1, Dish dish2) {
    return Integer.compare(dish1.getCalories(), dish2.getCalories());
  });

List<String> lowCaloricDishesName = new ArrayList<>();
for(Dish dish : lowCaloricDishes) {
  lowCaloricDishesName.add(dish.getName()); //정렬된 리스트를 처리하면서 요리 이름 선택
}

위 코드에서는 lowCaloricDishes 라는 가비지 변수를 사용했다.

-> 즉, lowCaloricDishes는 컨테이너 역할만 하는 중간 변수다.

 

다음은 최신 코드다

import static java.util.Comparator.comparing;
import static java.util.stream.Collectors.toList;
List<String> lowCaloricDishesName = 
                              menu.stream()
                                  .filter(d -> d.getCalories() < 400) //400칼로리 이하의 요리 선택
                                  .sorted(comparing(Dishs::getCalories)) //칼로리로 요리 정렬
                                  .map(Dish::getName) //요리명 추출
                                  .collect(toList()); //모든 요리명을 리스트에 저장

stream()을 parallelStream()으로 바꾸면 이 코드를 멀티코어 아키텍쳐에서 병렬로 실행할 수 있다.

 

List<String> lowCaloricDishesName =
  menu.parallelStream()
          .filter(d -> d.getCalories() <400)
          .sorted(comparing(Dishes::getCalories))
          .map(Dish::getName)
          .collect(toList());

parallelStream()을 호출했을 때 어떤일이 일어날까? 자세한 것은 뒷부분에서 살펴보자

 

• 선언형으로 코드를 구현할 수 있다. 다음 그림처럼 filter, sorted, map, collect 같은 여러 빌딩 블록 연산을 연결해서 복잡한 데이터 처리 파이프라인을 만들 수 있다. 여러 연산을 파이프라인으로 연결해도 여전히 가독성과 명확성이 유지된다. filter 메서드의 결과는 aorted 메서드로, 다시 sorted 결과는 map 메서드로, map 메서드의 결과는 collect로 연결된다.

 

기타 라이브러리 : 구아바, 아파치, 람다제이
구아바 : 멀티맵, 멀티셋 등 추가적인 컨테이너 클래스를 제공
아파치 : 구아바랑 비슷한 기능 제공
람다제이 : 선언형으로 컬렉션을 제어하는 다양한 유틸리티를 제공

 

스트림 API 특징 요약

• 선언형이다. → 더 간결하고 가독성이 좋아진다.
• 조립할 수 있다. → 유연성이 좋아진다.
• 병렬화 → 성능이 좋아진다.

 

스트림 시작하기

자바 8 컬렉션에는 스트림을 반환하는 stream 메서드가 추가됐다.

스트림이란? "데이터 처리 연산을 지원하도록 소스에서 추출된 연속된 요소"이다.

• 연속된 요소
  • 특정 요소 형식으로 이루어진 연속된 값 집합의 인터페이스를 제공
  • 컬렉션
    • 시간과 공간의 복잡성과 관련된 요소 저장 및 접근 연산이 주를 이룬다.
    • 주제 : 데이터
  • 스트림
    • filter, sorted, map처럼 표현 계산식이 주를 이룬다.
    • 주제 : 계산
• 소스
  • 스트림 : 데이터 제공 소스로부터 데이터를 소비
  • 정렬된 컬렉션으로 스트림 생성 → 정렬이 그대로 유지
    → 리스트로 스트림을 만들면 스트림의 요소는 같은 순서를 유지
• 데이터 처리 연산
  • 함수형 프로그래밍 언어에서 일반적으로 지원하는 연산과 데이터베이스와 비슷한 연산 지원
  • 순차적 또는 병렬로 실행할 수 있음

 

스트림 특징

1. 파이프라이닝
   • 스트림 연산끼리 연결해서 커다란 파이프라인을 구성할 수 있도록 스트림 자신을 반환
2. 내부 반복

 

예제

import static java.util.stream.Collectors.toList;

List<String> treeHighCaloricDishesName = 
  menu.stream() // 메뉴에서 스트림을 얻는다.
    .filter(d -> d.getCalories() > 300) // 파이프라인 연산 만들기(고칼로리 요리 필터링)
    .map(Dish::getName) // 요리명 추출
    .limit(3) // 선착순 세 개만 선택
    .collect(toList()); // 결과를 다른 리스트로 저장

System.out.println(threeHighCaloricDishNames);

• filter : 람다를 인수로 받아 스트림에서 특정 요소를 제외시킨다.
• map : 람다를 이용해서 한 요소를 다른 요로소 변환하거나 정보를 추출한다.
• limit : 정해준 개수 이상의 요소가 스트리에 저장되지 못하게 스트림 크기를 축소 truncate 한다.
• collect : 다양한 변환 방법을 인수로 받아 스트림에 누적된 요소를 특정 결과로(다른 형식으로) 변환한다.

 

동작 과정

1. menu에 stream 메서드를 호출해서 스트림 얻기
2. 데이터 소스가 연속된 요소를 스트림에 제공
3. 일련의 데이터 처리 연산 적용
   • collect를 제외한 모든 연산은 서로 파이프라인을 형성할 수 있도록 스트림 반환
4. collect 연산으로 처리해서 결과 반환
   • 마지막에 collect를 호출하기 전까지는 출력 결과가 없다. 즉, collect가 호출되기 전까지 메서드 호출이 저장되는 효과가 있다.

 

스트림과 컬렉션

컬렉션과 스트림 모두 연속된 형식의 값을 저장하는 자료구조의 인터페이스를 제공한다.

여기서 '연속된'이라는 표현은 순서와 상관없이 아무 값에나 접속할 수 있는 것이 아니라 순차적으로 값에 접근한다는 의미이다.

 

컬렉션과 스트림의 가장 큰 차이는 데이터를 언제 계산하느냐이다.

컬렉션은 현재 자료구조가 포함하는 모든 값을 메모리에 저장하는 자료구조다.

컬렉션에 요소를 추가하거나 제거할 수 있으며, 컬렉션의 모든 요소는 컬렉션에 추가하기 전에 계산되어야 한다.

 

스트림은 이론적으로 요청할 때만 요소를 계산하는 고정된 자료구조다.

스트림에는 요소를 추가하거나 제거할 수 없다. 결과적으로 스트림은 생산자와 소비자 관계를 형성한다.

 

내부 반복과 외부 반복

외부 반복은 사용자가 직접 요소를 반복해야 한다. 내부 반복은 함수에 어떤 작업을 수행할지만 지정하면 모든 것이 알아서 처리된다.

//for-each를 활용한 외부 반복
List<String> names = new ArraryList<>();
for(Dish dish : menu) {
  names.add(dish.getName());
}

// 내부적으로 숨겨졌던 반복자를 사용한 외부 반복
Iterator<String> iterator = menu.iterator();
while(iterator.hasNext()) {
  Dish dish = iterator.next();
  names.add(dish.getName());
}

//스트림 : 내부 반복
List<String> names = menu.stream()
                         .map(Dish::getName)
                         .collect(toList());

• 내부 반복을 사용하면 작업을 투명하게 병렬로 처리하거나 더 최적화된 다양한 순서로 처리할 수 있다.
• 스트림 라이브러리의 내부 반복은 데이터 표현과 하드웨어를 활용한 병렬성 구현을 자동으로 선택한다.

 

중간 연산과 최종 연산

중간 연산

중간 연산은 연결할 수 있는 스트림 연산이다. 따라서 여러 중간 연산을 연결해서 질ㄹ의를 만들 수 있다. 중간 연산의 중요한 특징은 중간 연산을 합친 다음에 합쳐진 중간 연산을 최종 연산으로 한 번에 처리하기 때문이다.

 

최종 연산

최종 연산은 스트림을 닫는 연산이다. 최종 연산은 스트림 파이프라인에서 결과를 도출하기 때문에 보통 List, Integer, void 등 스트림 이외의 결과가 반환된다.

 

스트림 이용하기

스트림 이용 과정을 요약해보자.

1. 질의를 수행할 데이터 소스(컬렉션같은)
2. 스트림 파이프라인을 구성할 중간 연산 연결
3. 스트림 파이프라인을 실행하고 결과를 만들 최종 연산

 

중간 연산

 

최종 연산