모던 자바 인 액션 -3-

자바

모던 자바 인 액션 -3-

정한_s 2021. 12. 8. 12:32

스트림(stream)은 자바 8 API에 새로 추가된 기능이다. 스트림은 데이터 컬렉션 반복을 효율적으로 처리하는 방법이다. 또한 스트림을 이용하면 멀티 스레드 코드를 구현하지 않아도 데이터를 투명하게 병렬로 처리가능 하다.

ex )

초기 조건

dish의 저 칼로리의 요리명을 칼로리 기존으로 정렬해서 반환해라

기존의 코드

 private static void doCollection(List<Dish> menu){
        List<Dish> lowDish= new ArrayList<>();
        for(Dish dish : menu){
            if(dish.getCalories() <300)
                lowDish.add(dish);
        }
        Collections.sort(lowDish, new Comparator<Dish>() {
            @Override
            public int compare(Dish o1, Dish o2) {
                return Integer.compare(o1.getCalories(),o2.getCalories());
            }
        });
        List<String> lowCaloricDishName = new ArrayList<>();
        for(Dish dish : lowDish)
            lowCaloricDishName.add(dish.getName());

        // print
        for(String dishName : lowCaloricDishName){
            System.out.println(dishName);
        }
    }

개선된 자바 8의 코드

private static void doStream(List<Dish> menu){
        List<String> lowCaloricDishName = menu.stream()
                .filter(dish -> dish.getCalories() < 300)
                .sorted(comparing(Dish::getCalories))
                .map(Dish::getName)
                .collect(toList());
        lowCaloricDishName.stream().forEach(System.out::println);
    }

스트림을 통해서 선언형으로 코드를 구현할 수 있다. 즉, 루프와 if 조건문 등의 제어 블록을 사용해서 어떻게 동작을 구현할지 지정할 필요 없이, '저 칼로리의 요리만 선택하라' 같은 동작의 수행을 지정할 수 있다. 또한 람다를 이용한 동적파라미터화를 활용해서 다양한 동작을 쉽게 지정할 수 있다.

스트림은 filter, sorted, map, collect과 같은 여러 빌딩 연산을 연결해서 복잡한 데이터 처리 파이프라인을 만들 수 있다. ex) 위의 자바8 코드 처럼 filter의 결과는 sorted로 sorted 결과는 map 등으로 연결할 수 있다.

스트림은 고수준 빌딩 블록으로 이루어져 있어 특정 스레딩 모델에 제한되지 않고 자유롭게 사용할 수 있다. 결과적으로 데이터 처리 과정을 병렬화하면서 스레드와 락을 걱정할 필요가 없다.

자바 8 스트림 API의 특징

선언형 : 더 간결하고 가독성이 좋아진다
조립할 수 있음 : 유연성이 좋아진다
병렬화 : 성능이 좋아진다

스트림 이란?

'데이터 처리 연산을 지원하도록 소스에서 추출된 연속된 요소'이다

연속된 요소 : 스트림은 특정 요소 형식으로 이루어진 연속된 값 집합의 인터페이스를 제공한다. 스트림은 filter, sorted, map 처럼 표현 계산식이 주를 이룬다. 컬렉션의 주제는 데이터라고 한다면 스트림은 계산이다.
소스 : 컬렉션, 배열, I/O 자원등 데이터 제공 소스로 부터 데이터를 소비한다. 정렬된 컬렉션으로 스트림을 만들면 정렬이 그대로 유지 된다. 즉, 스트림의 요소는 리스트의 요소와 같은 순서를 유지한다
데이터 처리 연산 : 스트림은 함수형 언어에서 일반적으로 지원하는 연산과 데이터베이스와 비슷한 연산을 제공한다. 스트림 연산은 순차적 또는 병렬로 실행할 수 있다.

스트림 특징

파이프 라이닝 : 대부분의 스트림 연산은 스트림 연산끼리 연결해서 커다란 파이프 라인을 구성할 수 있다
내부 반복 : 반족자를 이용해서 명시적으로 반복하는 컬렉션과 달리 스트림은 내부반복을 사용한다

스트림 API 적용 예시

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

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.

반면 스트림은 이론적으로 요청할 때만 요소를 계산하는 고정된 자료구조다.

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

컬렉션이 DVD에 저장된 영화라면, 스트림은 인터넷으로 스트리밍하는 영화라고 할 수 있다.

딱 한번만 탐색할 수 있다.

반복자와 마찬가지로 스트림도 딱 한번만 탐색할 수 있다. 즉, 탐색된 스트림의 요소는 소비된다.

한 번 탐색한 요소를 다시 탐색하려면 초기 데이터 소스에서 새로운 스트림을 만들어야 한다.

만약 I/O채널처럼 반복 사용할 수 없는 소스라면 새로운 스트림을 다시 만들 수 없다.

List<String> title = Arrays.asList("Java", "In");
Stream<String> s = title.stream();
s.forEach(System.out::println); // stream 소비
s.forEach(System.out::println); // IllegalStateException, 이미 stream 소비되었거나 닫힘

* 스트림은 시간적으로 흩어진 값의 집합, 컬렉션은 특정 시간에 존재하는 공간에 값의 집합

외부반복과 내부 반복

외부 반복 : 사용자가 직접 요소를 반복해야 한다(ex for-each 등을 사용)

내부 반복 : 어떤 작업을 수행할지만 지정하면 내부에서 알아서 처리된다. (반복자가 필요 없다)

내부 반복을 이용하면 병렬성 구현등을 스트림 라이브러리에서 자동으로 해주기 때문에 사용자가 직접 병렬성을 관리할 필요가 없는 장점을 가진다.

스트림 연산

스트림 인터페이스의 연산을 크게 두 가지로 구분할 수 있다.

중간 연산 : filter, map, limit 등으로 서로 연결하여 파이프라인을 형성한다. (스트림을 return 한다)
최종 연산 : collect등으로 파이프라인을 실행한 다음 닫는다. (최종 결과를 반환한다 ex. List, Integer, void 등)

스트림 연산의 중요한 특징은 스트림 파이프라닌에 실행하기 전까지는 아무 연산도 수행하지 않는 다는 것이다.(lazy 하다). 중간 연산을 합친 다음에 합쳐진 중간 연산을 최종 연산으로 한번에 처리한다.

중간 연산

최종 연산