CHAP4. 스트림 소개

4.1 스트림이란 무엇인가?

스트림은 자바8 API에 새로 추가된 기능이다.

스트림을 이용하면 SQL처럼 선언형(즉, 데이터를 처리하는 임시 구현 코드 대신 질의로 표현할 수 있다)으로 컬렉션 데이터를 처리할 수 있다.

또한 멀티스레드 코드를 구현하지 않아도 데이터를 투명하게 병렬로 처리할 수 있다.

 

예를 들어보자

아래 코드는 저칼로리의 요리명을 반환하고 칼로리를 기준으로 요리를 정렬하는 자바7 코드다

//칼로리가 400 미만인 음식들을 lowCaloricDishes 리스트에 저장
List<Dish> lowCaloricDishes = new ArrayList<>();
for(Dish dish : menu) {
    if(dish.getCalories() < 400) {
        lowCaloricDishes.add(dish);
    }
}

//lowCaloricDishes 리스트를 정렬
Collections.sort(lowCaloricDishes, new Comparator<Dish>() { // 익명 클래스 사용
    public int compare(Dish o1, Dish o2) {
        return Integer.compare(o1.getCalories(), o2.getCalories());
    }
});

//lowCaloricDishes 리스트에 있는 요리 이름들을 lowCaloricDishesName 리스트에 저장
List<String> lowCaloricDishesName = new ArrayList<>();
for(Dish dish : lowCaloricDishes) {
    lowCaloricDishesName.add(dish.getName();
}

위의 코드는 lowCaloricDishes 라는 가비지 변수(컨테이너 역할만 하는 중간 변수)를 사용했다

자바8에서는 이러한 세부 구현은 라이브러리 내에서 모두 처리한다.

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

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

filter, sorted, map, collect 같은 여러 빌딩 블록 연산을 연결해서 복잡한 데이터를 처리하는 파이프라인을 만들었다.

filter 메서드의 결과가 sorted 메소드로, 다시 sorted의 결과는 map 메서드로, map 메서드의 결과는 collect로 연결된다.

여러 연산을 파이프라인으로 연결하여 가독성과 명확성이 높다.

 

위의 코드에서 stream()을 parallelStream()으로 바꾸면 멀티코어 아키텍처에서 병렬로 실행이 가능하다.

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

 

자바 8의 스트림 API의 특징은 아래와 같이 요약할 수 있다.

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

 

4.2 스트림 시작하기

스트림이란 '데이터 처리 연산을 지원하도록 소스에서 추출된 연속된 요소'로 정의할 수 있다.

위 정의를 하나씩 살펴보자

 

• 연속된 요소

컬렉션과 마찬가지로 스트림은 특정 요소 형식으로 이루어진 연속된 값 집합의 인터페이스를 제공한다.

컬렉션은 시간과 공간의 복잡성과 관련된 요소 저장 및 접근 연산이 주를 이룬다면 스트림은 filter, sorted 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 지원하는 연산과 데이터베이스와 비슷한 연산을 지원한다.

예를 들어 filter, map 등으로 데이터를 조작할 수 있다.

스트림 연산은 순차적으로 또는 병렬로 실행할 수 있다.

 

스트림의 특징 2가지

1. 파이프라이닝 : 대부분의 스트림 연산은 연산끼리 연결해서 커다란 파이프라인을 구성할 수 있도록 스트림 자신을 반환한다. 연산 파이프라인은 데이터 소스에 적용하는 데이터베이스 질의와 비슷하다.

2. 내부 반복 : 반복자를 이용해서 명시적으로 반복하는 결렉션과 달리 스트림은 내부 반복을 지원한다.

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

위의 코드에서 데이터 소스는 menu 다.

데이터 소스는 연속된 요소를 스트림에 제공한다.

다음으로 스트림에서 filter, map, limit, collect 로 이어지는 일련의 데이터 처리 연산을 적용한다.

collect를 제외한 모든 연산은 서로 파이프라인을 형성할 수 있도록 스트림을 반환한다.

마지막에 collect를 호출하기 전까지는 menu에서 무엇도 선택되지 않으며 출력결과도 없다.

즉, collect가 호출되기 전까지 메서드 호출이 저장되는 효과가 있다.

 

연산들의 역할

• filter : 람다를 인수로 받아 스트림에서 특정 요소를 제외시킨다.
• map : 람다를 이용해서 한 요소를 다른 요소로 변환하거나 정보를 추출한다. ( 메서드 참조도 가능 ! )
• limit : 정해진 개수 이상의 요소가 스트림에 저장되지 못하게 스트림의 크기를 축소한다.
• collect : 스트림을 다른 형식으로 변환한다.

 

4.3 스트림과 컬렉션

컬렉션과 스트림 모두 연속된 요소 형식의 값( 순차적으로 값에 접근한다는 의미 )을 저장하는 자료구조로 인터페이스를 제공한다.

스트림과 컬렉션의 가장 큰 차이는 데이터를 언제 계산하느냐이다.

컬렉션은 적극적 생성으로 모든 요소를 메모리에 올려서 사용하는 반면

스트림은 요청할 때만 요소를 계산한다.

 

4.3.1 딱 한 번만 탐색할 수 있다.

반복자와 마찬가지로 스트림도 한 번만 탐색할 수 있다.

즉, 탐색된 스트림의 요소는 소비된다.

반복자와 마찬가지로 한 번 탐색한 요소를 다시 탐색하려면 다시 새로운 스트림을 만들어야 한다.

List<String> title = Arrays.asList("Java8", "In", "Action");
Stream<String> s = title.stream();
s.forEach(System.out::println); // title의 각 단어를 출력
s.forEach(System.out::println); // 스트림이 이미 소비되었거나 닫힘

 

4.3.2 외부 반복과 내부 반복

컬렉션 인터페이스를 사용하려면 사용자가 직접 요소를 반복해야 한다. ( 외부 반복 )

반면 스트림은 반복을 알아서 처리하고 결과 스트림 값을 어딘가에 저장해준다. ( 내부 반복 )

//for-each 루프를 사용하는 외부 반복
List<String> names = new ArrayList<>();
for(Dish dish : menu) {
    names.add(dish.getName());
}

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

//스트림을 사용하는 내부 반복
List<String> names2 = menu.stream()
                .map(Dish::getName)
                .collect(Collectors.toList());

 

외부 반복과 내부 반복의 차이점

1.  외부 반복의 경우 컬렉션에서 데이터 요소를 일일히 하나씩 가져와 처리를 하게 되지만 내부 반복의 경우에는 내부적으로 함수들의 최적화 순서로 진행이 된다.

2. 내부 반복의 경우 투명하게 병렬로 처리할 수 있지만 외부 반복의 경우에는 병렬성을 스스로 관리해야 한다.

 

4.4 스트림 연산

스트림 연산은 두 그룹으로 구분할 수 있다.

• filter, map, limit는 서로 연결하여 파이프라인을 형성한다. ( 중간 연산 )
• collect로 파이프라인을 실행한 다음 닫는다. ( 최종 연산 )

 

4.4.1 중간 연산

filter, sorted 같은 중간 연산은 다른 스트림을 반환한다.

따라서 여러 중간 연산을 연결해서 질의를 만들 수 있다.

스트림 파이프라인에 실행하기 전까지는 아무 연산도 수행하지 않는다. ( lazy 연산으로 최적화를 이끌게 해주는 기법 )

중간 연산을 합친 다음에 합쳐진 중간 연산을 최종 연산으로 한 번에 처리한다.

 

4.4.2 최종 연산

스트림 파이프라인에서 결과를 도출한다.

보통 최종 연산에 의해 list, integer, void 등 스트림 이외의 결과가 반환된다.

예를 들어 forEach는 소스의 각 요리에 람다를 적용한 다음에 void를 반환하는 최종 연산이다.

menu.stream().forEach(System.out::println);

 

4.4.3 스트림 이용하기

스트림 이용 과정은 세 가지로 요약할 수 있다.

• 질의를 수행할 컬렉션 같은 데이터 소스
• 스트림 파이프라인을 구성할 중간 연산 연결
• 스트림 파이프라인을 실행하고 결과를 만들 최종 연산

스트림 파이프라인의 개념은 빌더 패턴과 비슷하다.

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

 

연산	형식	반환 형식	목적
forEach	최종 연산	void	스트림의 각 요소를 소비하면서 람다를 적용
count	최종 연산	long (generic)	스트림의 요소 개수를 반환
collect	최종 연산		스트림을 리듀스해서 리스트, 맵, 정수 형식의 컬렉션을 만듦