스트림 소개

4. Chapter4 - 스트림 소개

컬렉션은 자바에서 가장 많이 사용하는 기능 중 하나.

거의 모든 자바 어플리케이션은 컬렉션을 만들고 처리하는 과정을 포함.

컬렉션으로 데이터를 그룹화하고 처리 가능.

대부분의 자바 어플리케이션에서 컬렉션을 많이 사용하지만 완벽한 컬렉션 관련 연산을 지원 하기에는 부족.

1. 스트림이란 무엇인가?

- 선언형으로 컬렉션 데이터 처리가 가능한 기능.

> 선언형: 데이터를 처리하는 임시 구현 코드 대신 질의로 표현.

- 간단하게는 데이터 컬렉션 반복을 처리하는 기능.

- 스트림을 이용하면 멀티 스레드 코드를 구현하지 않아도 데이터를 투명하게 병렬처리 가능.

- 스트림의 소프트웨어공학적으로 아래와 같은 다양한 이득을 제공.

> 선언형으로 코드 구현 가능.

* 루프와 if 조건문 등의 제어 블록을 사용하지 않고도 같은 동작의 수행 지정 가능.

* 선언형 코드와 동작 파라미터화를 활용하면 변화하는 요구사항에 쉽게 대응.

> filter, sorted, map, collect같은 여러 빌딩 블록 연산을 연결해서 복잡한 데이터 처리 파이프라인 생성 가능.

> 여러개의 파이프라인으로 연결되도 가독성과 명확성이 유지.

- 스트림은 filter(또는 sorted, map, collect) 같은 연산은 고수준 빌딩 블록으로 이루어져 있음.

- 특정 스레딩 모델에 제한되지 않고 자유롭게 어떤 상황에서든 사용 가능.

- 결과적으로 데이터 처리 과정을 병렬화하면서 스레드와 락을 걱정할 필요 없음.

- 스트림 API의 특징

> 선언형

* 더 간결하고 가독성 향상.

> 조립 가능

* 유연성 향상.

> 병렬화

* 성능 향상.

2. 스트림 시작하기

- 컬렉션은 스트림 작업 중 가장 간단한 작업 중 하나.

- 자바 8의 컬렉션에서는 스트림을 반환하는 stream 메서드 추가.

> 스트림 인터페이스 정의 : java.util.stream.Stream 참고

- 스트림이란?

> "데이터 처리 연산을 지원하도록 소스에서 추출된 연속된 요소"로 정의 가능.

> 연속된 요소

* 컬렉션과 마찬가지로 스트림은 특정 요소 형식으로 이루어진 연속된 값 집합의 인터페이스 제공

* 컬렉션은 자료구조로 시간과 공간의 복장성과 관련된 요소 저장 및 접근 연산이 주를 이룸.

* 스트림은 filter, sorted, map처럼 표현 계산식이 주를 이룸.

* 즉, 컬렉션의 주제는 데이터고 스트림의 주제는 계산.

> 소스

* 스트림은 컬렉션, 배열, I/O 자원등의 데이터 제공 소스로부터 데이터를 소비.

> 데이터 처리 연산

* 함수형 프로그래밍 언어에서 일반적으로 지원하는 연산과 데이터베이스와 비슷한 연산 지원.

* filter, map, reduce, find, match, sort등 데이터 조작 가능.

> 파이프라이닝

* 스트림 연산끼리 연결해 커다란 파이프라인을 구성할 수 있도록 스트림 반환.

* 그로 인해 게으름(laziness), 쇼티서킷(short-circuiting:단선) 같은 최적화도 얻음.

* 연산 파이프라인은 데이터베이스 질의와 비슷.

> 내부 반복

* 반복자를 이용하여 명시적 반복 -> 외부 반복

* 반복을 알아서 처리하고 결과 스트림 값을 어딘가에 저장 -> 내부 반복

/** * Chapter4 예제 모델 */ public class Dish { /** 메뉴 */ private final String name; /** 채소 여부 */ private final boolean vegetarian; /** 칼로리 */ private final int calories; /** 메뉴 타입 */ 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 "Dish [name=" + name + ", vegetarian=" + vegetarian + ", calories=" + calories + ", type=" + type + "]"; } public enum Type { MEAT, FISH, OTHER } }

- 예제에 사용될 데이터

List<Dish> menu = Arrays.asList( new Dish("pork", false, 800, Dish.Type.MEAT) ,new Dish("beef", false, 700, Dish.Type.MEAT) ,new Dish("chicken", false, 400, Dish.Type.MEAT) ,new Dish("french fries", true, 530, Dish.Type.OTHER) ,new Dish("rice", true, 350, Dish.Type.OTHER) ,new Dish("season fruit", true, 120, Dish.Type.OTHER) ,new Dish("pizza", true, 550, Dish.Type.OTHER) ,new Dish("prawns", false, 300, Dish.Type.FISH) ,new Dish("salmon", false, 450, Dish.Type.FISH) );

- 예제

//내부반복 List<String> threeHighCaloricDishNames = menu.stream() .filter(item -> item.getCalories() > 300) //메뉴리스트에서 스트림 획득. .map(Dish::getName) //요리명 추출. .limit(3) //선착순 3개만 선택. .collect(java.util.stream.Collectors.toList()); //결과를 다른 리스트로 저장. System.out.println("내부반복 테스트: "+ threeHighCaloricDishNames); //결과물 출력.

> filter

* 람다를 인수로 받아 스트림에서 특정 요소를 제외.

> map

* 람다를 이용해 한 요소를 변환하거나 정보를 추출.

> limit

* 정해진 개수 이상의 요소가 스트림에 저장되지 못하게 스트림의 크기 축소.

> collect

* 스트림을 다른 형식으로 변환.

* 다양한 변환 방법을 인수로 받아 스트림에 누적된 요소를 특정 결과로 변환.

3. 스트림과 컬렉션

- 컬렉션과 스트림 모두 연속된 요소 형식의 값을 저장하는 자료구조 인터페이스를 제공.

- 연속된(Sequenced)이라는 표현은 순서와 상관없이 아무 값이나 접속 하는 것이 아니라 순차적으로 접근한다는 의미.

- 컬렉션과 스트림의 차이

> ex) 영화 DVD - 컬렉션, 인터넷 스트리밍 - 스트림

> 데이터를 "언제" 계산하느냐가 가장 큰 차이점.

> 컬렉션은 현재 자료구조가 포함하는 "모든"값을 메모리에 저장하는 구조

* 즉, 모든 요소는 컬렉션에 추가하기 전에 계산되어야 함.

> 스트림은 이론적으로 "요청할 때만 요소를 계산"하는 고정된 자료구조.

* 사용자가 요청한 값만 스트림에서 추출한다는 것이 핵심.

> 스트림은 생산자와 소비자 관계를 형성.

> 스트림은 게으르게 만들어지는 컬렉션과 같음.

* 즉, 사용자가 데이터를 요청할 때만 값을 계산.

> 반면, 컬렉션은 적극적으로 생성.

* 무제한의 소수를 추출할 경우 컬렉션은 모든 소수를 포함하려 할 것이므로 무한루프를 돌면서 새로운 소수를 계산 및 추가하기를 반복.

* 결국 영원히 결과를 볼 수 없게됨.

> 스트림의 한 예로 구글 검색이 있음.

3.1 딱 한번만 검색 가능.

- 반복자와 마찬가지로 스트림도 한 번만 탐색 가능.

> 즉, 탐색된 스트림의 요소는 소비.

- 반복자와 마찬가지로 한 번 탐색한 요소를 다시 탐색하기 위해서는 초기 데이터 소스에서 새로운 스트림을 얻어야 함.

3.2 외부 반복과 내부 반복

- 컬렉션 인터페이스를 사용하려면 사용자가 직접 요소를 반복해야 함.

> 이를 외부 반복이라 함.

- 스트림 라이브러리는 내부 반복을 사용함.

> 반복을 알아서 처리하고 결과 스트림값을 어딘가에 저장해줌.

> 함수에 어떤 작업을 수행하지만 지정하면 모든 것이 알아서 처리 됨.

- 내부 반복이 좋은 2가지 이유

> 작업을 투명하게 병렬 처리 가능.

> 더 최적화된 다양한 순서로 처리 가능.

- 자바8에서 스트림을 제공하는 이유

> 스트림 라이브러리의 내부 반복은 데이터 표현과 하드웨어를 활용하는 병렬성 구현을 자동으로 선택.

* 외부 반복에서는 병렬성을 스스로 관리해야함(스스로 관리한다는 것은 병렬성을 포기 or synchronized 처리)

4. 스트림 연산

- java.util.stream.Stream 인터페이스는 많은 연산을 정의.

- 스트림 인터페이스의 연산은 크게 2가지로 구분 가능.

> 연결 가능 스트림 연산 - 중간연산

> 스트림을 닫는 연산 - 최종연산

4.1 중간 연산

- filter나 sorted 같은 중간 연산은 다른 스트림을 반환.

- 여러 중간 연산을 연결해서 질의를 만들수 있음.

- 단말 연산을 스트림 파이프라인에 실행하기 전까지는 아무 연산도 수행하지 않음.

> 즉, 게으르다는 것(lazy)

- 중간 연산을 합친 다음에 합쳐진 중간 연산을 최종 연산으로 한번에 처리.

- 스트림의 게으른 특성 덕분에 몇 가지 최적화 효과 획득.

//중간연산 List<String> names = menu.stream() .filter(item -> { System.out.println("filtering: " + item.getName()); return item.getCalories() > 300; }) .map(item -> { System.out.println("mapping: " + item.getName()); return item.getName(); }) .limit(3) .collect(java.util.stream.Collectors.toList()); System.out.println("중간연산 테스트: " + names);

- 중간연산 예제 결과

filtering: pork

mapping: pork

filtering: beef

mapping: beef

filtering: chicken

mapping: chicken

중간연산 테스트: [pork, beef, chicken]

4.2 최종 연산

- 스트림 파이프라인에서 결과 도출.

- 최종 연산에 의해 List, Integer, void등 스트림 이외의 결과 반환.

4.3 스트림 이용하기

- 스트림 이용 과정은 다음과 같이 세 가지로 요약 가능.

> 질의를 수행할 (컬렉션 같은) 데이터 소스

> 스트림 파이프라인을 구성할 중간 연산 연결

> 스트림 파이프라인을 실행하고 결과를 만들 최종 연산.

- 스트림 파이프라인의 개념은 빌더 패턴(builder pattern)과 비슷.

> 빌더 패턴은 호출을 연결해서 설정을 만듦 <-> 스트림에서 중간 연산을 연결

> 준비된 설정에 build 메서드 호출 <-> 스트림에서 최종 연산.

표. 중간연산

연산	형식	반환형식	연산의 인수	함수 디스크립터
filter	중간 연산	Stream<T>	Predicate<T>	T -> boolean
map	중간 연산	Stream<T>	Function<T, R>	T -> R
limit	중간 연산	Stream<T>
sotred	중간 연산	Stream<T>	Comparator<T>	(T, T) -> int
distinct	중간 연산	Stream<T>

표. 최종연산

연산	형식	목적
forEach	최종 연산	스트림의 각 요소를 소비하면서 람다 적용. void 반환
count	최종 연산	스트림의 요소 개수를 반환. long 반환
collect	최종 연산	스트림을 리듀스해서 리스트, 맵, 정수 형식의 컬렉션 생성.

5. 요약

- 스트림은 소스에서 추출된 연속 요소로, 데이터 처리 연산을 지원.

- 스트림은 내부 반복을 지원.

> 내부 반복은 filter, map, sorted 등의 연산으로 반복을 추상화.

- 중간 연산과 최종 연산이 있음.

> 중간연산: filter와 map처럼 스트림을 반환하면서 다른 연산과 연결될 수 있는 연산.

> 최종연산: forEach나 count처럼 스트림 파이프라인을 처리해서 스트림이 아닌 결과를 반환하는 연산.

- 스트림의 요소는 요청할 때만 계산.