4.1 스트림이란 무엇인가?
스트림은 자바 8 API에 새로 추가된 기능이다. 스트림을 이용하면 선언형으로 컬렉션 데이터를 처리 할 수 있다.
스트림을 이용하면 멀티스레드 코드를 구현하지 않아도 데이터를 투명하게 병렬로 처리 할 수 있다.
Ex) 기존 자바 7 코드
/**
* 기존 자바 7코드
*/
List<Dish> lowCaloricDishes = new ArrayList<>();
List<Dish> menu = new ArrayList<>();
for (Dish dish : menu) {
if (dish.getCalories() < 400) {
lowCaloricDishes.add(dish);
}
}
Collections.sort(lowCaloricDishes, new Comparator<Dish>() { // 익명 클래스 사용
@Override
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());
}Ex) 기존 자바 8 코드
/**
* 자바 8 코드
*/
List<String> lowCaloricDishesName2 =
menu.stream()
.filter(d -> d.getCalories() < 400)
.sorted(Comparator.comparing(Dish::getCalories))
.map(Dish::getName)
.collect(Collectors.toList());stream()을 parallelStream()으로 바꾸면 이 코드를 멀티코어 아키텍처에서 병렬로 실행 할 수 있다.
/**
* parallelStream 사용
*/
List<String> lowCaloricDishesName3 =
menu.parallelStream()
.filter(d -> d.getCalories() < 400)
.sorted(Comparator.comparing(Dish::getCalories))
.map(Dish::getName)
.collect(Collectors.toList());- 선언형으로 코드를 구현 할 수 있다. 즉, 루프와 if 조건문 등의 제어 블록을 사용해서 어떻게 동작을 구현 할지 지정할 필요없이
'저칼로리의 요리만 선택하라' 같은 동작의 수행을 지정 할 수 있다. 선언형 코드와 동작 파라미터화를 활용하면 변하는 요구사항에 쉽게 대응 할 수 있다. 즉, 기존 코드를 복사하여 붙여 넣는 방식을 사용하지 않고 람다 표현식을 이용해서 저칼로리 대신 고칼로리의 요리만 필터링하는 코드도 쉽게 구현 할 수있다. - 맨처음 Java를 배울때 스트림은 파이프 라인이라고 배웠다. 위코드에서는 여러연산을 파이프라인으로 연결하여 filter 메서드의 결과는 sorted 메서드로, 다시 sorted 결과는 map 메서드로, map 메서드의 결과는 collect로 연결된다.
자바 8의 스트림 API의 특징을 다음처럼 요약 할 수 있다.
- 선언형 : 더 간결하고 가독성이 좋아진다.
- 조립할 수 있음 : 유연성이 좋아진다.
- 병렬화 : 성능이 좋아진다.
4.2 스트림 시작하기
스트림이란 정확히 뭘까? 스트림이란 데이터 처리 연산을 지원하도록 소스에서 추출된 연속된 요소로 정의 할 수 있다.
- 연속된 요소 : 컬렉션과 마찬가지로 스트림은 특정 요소 형식으로 이루어진 연속된 값 집합의 인터페이스를 제공한다. 컬렉션은 자료구조이므로 컬력션에서는시간과 공간의 복잡성과 관련된 요소 저장 및 접근 연산이 주를 이룬다. 반면 스트림은 filter, sorted, map 처럼 표현 계산식이 주를 이룬다. 즉, 컬렉션의 주제는 데이터고 스트림의 주제는 계산이다.
- 소스 : 스트림은 컬렉션, 배열, I/o 자원 등의 데이터 제공 소스로부터 데이터를 소비한다. 정렬된 컬렉션으로 스트림을 생성하면 정렬이 그대로 유지된다. 즉, 리스트로 스트림을 만들면 스트림의 요소는 리스트의 요소와 같은 순서를 유지한다.
- 데이터 처리 연산 : 스트림은 함수형 프로그래밍 언어에서 일반적으로 지원하는 연산과 데이터베이스와 비슷한 연산을 지원한다.
또한, 스트림의 두가지 중요 특성으로
- 파이프라이닝 : 대부분의 스트림연산은 스트림 연산끼리 연결해서 커다란 파이프라인을 구성 할 수 있도록 스트림 자신을 반환한다.
- 내부 반복 : 반복자를 이용해서 명시적으로 반복하는 컬렉션과 달리 스트림은 내부 반복을 지원한다.
List<Dish> menu = new ArrayList<>();
/**
* 파이프라인 연산 만들기
*/
List<String> threeHighCaloricDishNames = menu.stream()
.filter(dish -> dish.getCalories() > 300) // 첫번쨰로 고칼로리 요리를 필터링
.map(Dish::getName) // 요리명을 추출
.limit(3) // 3개로 제한
.collect(Collectors.toList()); //결과를 리스트로 저장4.3 스트림과 컬렉션
데이터를 언제 계산하느냐가 컬렉션과 스트림의 가장 큰 차이이다.
컬렉션은 현재 자료구조가 포함하는 모든 값을 메모리에 저장하는 자료구조이다. 즉, 컬렉션의 모든 요소는 컬렉션에 추가하기 전에 계산되어야 한다.(컬렉션에 요소를 추가하거나 컬렉션의 요소를 삭제 할 수있다. 이런 연산을 수행 할 때마다 컬렉션의 모든 요소를 메모리에 저장해야 하며 컬렉션에 추가하려는 요소는 미리 계산되어야 한다.)
반면 스트림은 이론적으로 요청할 때만 요소를 계산하는 고정된 자료 구조이다.(스트림에 요소를 추가하거나 제거할 수 없다.)
4.3.1 딱 한 번만 탐색 할 수 있다.
반복자와 마찬가지로 스트림도 한번만 탐색 할 수 있다. 한번 탐색한 요소를 다시 탐색하려면 초기 데이터 소스에서 새로운 스트림을 만들어야 한다.
/**
* 4.3.1 딱 한 번만 탐색 할 수 있다.
*/
List<String> title = Arrays.asList("Java", "In", "Action");
Stream<String> s = title.stream();
s.forEach(System.out::println);
// IllegalStateException: stream has already been operated upon or closed
s.forEach(System.out::println);
}4.3.2 외부 반복과 내부 반복
컬렉션 인터페이스를 사용하려면 사용자가 직접 요소를 반복해야 한다.(Ex for-each) 이를 외부 반복이라고 한다. 반면, 스트림 라이브러리는(반복을 알아서 처리하고 결과 스트림 값을 어딘가에 저장해주는) 내부 반복을 사용한다. 함수에 어떤 작업을 수행 할지만 지정하면 모든것이 알아서 처리된다.
/**
* 4.3.2 외부 반복과 내부 반복
*/
// 컬렉션 for-each루프를 이용하는 외부 반복
List<Dish> menu1 = new ArrayList<>();
List<String> names1 = new ArrayList<>();
for (Dish dish : menu1) {
names1.add(dish.getName());
}
// 컬렉션 내부적으로 숨겨졌던 반복자를 사용한 외부 반복
List<String> menu2 = new ArrayList<>();
List<String> names2 = new ArrayList<>();
Iterator<String> iterator = menu2.iterator();
while (iterator.hasNext()) {
String dish = iterator.next();
names2.add(dish);
}
// 스트림 내부반복
List<Dish> menu3 = new ArrayList<>();
List<String> names3 = menu3.stream()
.map(Dish::getName).collect(Collectors.toList());내부반복 사용시 작업을 투명하게 병렬로 처리하거나 더 최적화된 다양한 순서로 처리할 수있는 장점이 있다.
또한, 스트림 라이브러리의 내부 반복은 데이터 표현과 하드웨어를 활용한 병렬성 구현을 자동으로 선택한다. 반면 for-each를 이용하는 외부 반복에서는 병렬성을 스스로 관리해야 한다.
4.4 스트림 연산
List<Dish> menu = new ArrayList<>();
/**
* 파이프라인 연산 만들기
*/
List<String> threeHighCaloricDishNames = menu.stream()
.filter(dish -> dish.getCalories() > 300) // 첫번쨰로 고칼로리 요리를 필터링
.map(Dish::getName) // 요리명을 추출
.limit(3) // 3개로 제한
.collect(Collectors.toList()); //결과를 리스트로 저장filter, map, limit 과 같은 연결할 수 있는 스트림연산을 중간연산 이라고 하며, 스트림을 닫는 연산 collect를 최종연산 이라고 한다.
4.4.1 중간 연산
중간연산의 중요한 특징은 단말 연산을 스트림 파이프라인에 실행하기 전까지는 아무 연산도 수행하지 않는다는것이다.
중간연산을 합친 다음에 합쳐진 중간 연산을 최종연산으로 한번에 처리하기 때문이다.
/**
* 4.4.1 중간 연산
*/
List<Dish> menu = new ArrayList<>();
List<String> names = menu.stream()
.filter(dish -> {
System.out.println("filtering : " + dish.getName());
return dish.getCalories() > 300;
})
.map(dish -> {
System.out.println("mapping : " + dish.getName());
return dish.getName();
})
.limit(3)
.collect(Collectors.toList());4.4.2 최종연산
최종연산은 스트림 파이프라인에서 결과를 도출한다. 보통 최종연산에 의해 List, Integer, void 등 스트림 이외의 결과가 반환된다.