[모던 자바 인 액션] 스트림(Stream)

 많은 요소를 포함한 커다란 컬렉션 연산 성능을 높이기 위해서는 병렬로 컬렉션 요소를 처리해야한다. 이를 구현하는 것은 단순 반복 처리 코드임에 비해서 복잡하고 어렵다. 따라서, 자바 언어 설계자들은 스트림을 만들었다.

 

스트림이란 무엇인가?

 스트림은 자바 8 API에 추가된 기능이다. 스트림을 이용하면 선언형으로 컬렉션 데이터를 처리할 수 있다. 스트림을 이용한다면 멀티스레드 코드를 구현하지 않아도 데이터를 투명하게 병렬로 처리할 수 있다.  

 

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

 

 위와 같이 코드를 작성할 수 있는데, 여기서 filter(sorted, map, collect)같은 연산은 고수준 빌딩 블록으로 이루어져있으므로 특정 스레딩 모델에 제한되지 않고 자유롭게 어떤 상황에서든 사용할 수 있다. 

 

🤔 스트림이란 정확히 무엇인가?

• 연속된 요소: 컬렉션과 마찬가지로 스트림은 특정 요소 형식으로 이루어진 연속된 값 집합의 인터페이스를 제공한다.
• 소스: 스트림은 컬렉션, 배열, I/O 자원 등의 데이터 제공 소스로부터 데이터를 소비한다.
• 데이터 처리 연산: 스트림은 함수형 프로그래밍 언어에서 일반적으로 지원하는 연산과 데이터베이스와 비슷한 연산을 지원한다.

또한 스트림에는 다음과 같은 두 가지 중요 특징이 있다!

• 파이프라이닝: 대부분의 스트림 연산은 스트림 연산끼리 연결해서 커다란 파이프 라인을 구성할 수 있도록 스트림 자신을 반환한다.
• 내부 반복: 반복자를 이용해서 명시적으로 반복하는 컬렉션과 달리 스트림은 내부 반복 을 지원한다.

 

스트림과 컬렉션

 기본 자바 컬렉션과 동일하게 스트림도 연속된 요소 형식의 값을 저장하는 자료구조의 인터페이스를 제공한다. 

 

외부반복과 내부반복

 컬렉션 인터페이스를 사용하려면 사용자가 직접 요소를 반복해야하는데 (ex. for-each) 이를 외부반복이라고 한다. 반면, 스트림 라이브러리는 내부 반복을 활용한다.

 

List<String> names = new ArrayList<>();
for(Dish dish: menu) { 			//메뉴리스트를명시적으로순차반복한다.
	names.add(dish.getName());  //이름을 추출해서 리스트에 추가한다. 
}

List<String> names = new ArrayList<>(); 
Iterator<String> iterator = menu.iterator(); 
while(iterator.hasNext()) { 명시적반복
	Dish dish = iterator.next();
    names.add(dish.getName());
}

 위와 같은 코드를 아래와 같이 내부반복으로 구현할 수 있다.

 

List<String> names = menu.stream()
	             	   .map(Dish::getName)

 

스트림 연산

java.util.stream.Stream 인터페이스는 많은 연산을 정의한다. 

• 중간 연산
  • filter나 sorted 같은 중간 연산은 다른 스트림을 반환한다. 따라서 여러 중간 연산을 연결해 서 질의를 만들 수 있다.
  • 중간연산은 게으르다! 중간 연산을 합친 다음에 합쳐진 중간 연산을 최종 연산으로 한번에 처리하게 된다.
• 최종 연산
  • 최종 연산은 스트림 파이프라인에서 결과를 도출한다.
  • 보통 최종 연산에 의해서 List, Integer, void등 스트림 이외의 결과가 반환된다. 

스트림 활용

1. 필터링

filter 메서드는 프레디케이트(불리안을 반환하는 함수)를 인수로 받아서 프레디케이트와 일치하는 모든 요소를 포함하는 스트림을 반환한다.

List<Dish> vegetarianMenu = menu.stream() .filter(Dish::isVegetarian)
                                .collect(toList());

 

 

 고유 요소 필터링

고유 여부는 hashCode, equals로 결정된다.

List<Integer> numbers = Arrays.asList(1, 2, 1, 3, 3, 2, 4); 
numbers.stream()
	.filter(i -> i % 2 == 0) 
    .distinct() 
    .forEach(System.out::println);

 

2. 스트림 슬라이싱

 스트림에는 요소를 선택하거나 스킵하는 다양한 방법이 있다. 프레디케이트를 이용하는 방법, 스트림의 처음 몇 개의 요소를 무시하는 방법, 특정 크기로 스트림을 줄이는 방법 등이 있다.

 

프레기테이트를 이용한 슬라이싱

List<Dish> filteredMenu = specialMenu.stream()
			.filter(dish -> dish.getCalories() < 320) 
            .collect(toList());

 

TAKEWHILE

위와 같은 코드를 활용해 칼로리가 320보다 크거나 같은 요리를 찾을 수 있으나, 스트림에 프레디케이트를 활용한다면 슬라이스할 수 있다!!

List<Dish> slicedMenu1 = specialMenu.stream()
                    .takeWhile(dish -> dish.getCalories() < 320)
                    .collect(toList());

 

DROPWHILE

List<Dish> slicedMenu2 = specialMenu.stream()
                    .dropWhile(dish -> dish.getCalories() < 320)

 

스트림 축소

주어진 값 이하의 크기를 갖도록 하는 limit(n) 메서드를 지원한다.

List<Dish> dishes = specialMenu.stream()
	.filter(dish -> dish.getCalories() > 300)
	.limit(3)
	.collect(toList());

 

요소 건너뛰기

처음 n개를 제외한 스트림을 반환하는 skip(n) 메서드도 존재한다.

List<Dish> dishes = menu.stream()
	.filter(d -> d.getCalories() > 300)
	.skip(2)
    .collect(toList());

 

3. 매핑

특정 객체에서 특정 데이터를 선택하는 작업은 데이터 처리 과정에서 자주 수행되는 연산이다.

List<String> dishNames = menu.stream() 
	.map(Dish::getName)
    .collect(toList());

 

스트림 평면화

   words.stream()
        .map(word -> word.split(""))
        .distinct()
        .collect(toList());

map과 Arrays.stream 활용

String[] arrayOfWords = {"Goodbye", "World"}; 
Stream<String> streamOfwords = Arrays.stream(arrayOfWords);

words.stream()
    .map(word -> word.split("")) 
    .map(Arrays::stream)  
    .distinct()
    .collect(toList());

flatMap 사용

flatMap을 활용한다면 배열을 스트림이 아닝라 스트림의 콘텐츠로 매핑한다.

List<String> uniqueCharacters = words.stream()
         .map(word -> word.split(""))
         .flatMap(Arrays::stream)
         .distinct()
         .collect(toList());

 

4. 검색과 매칭

특정 속성이 데이터 집합에 있는지 여부를 검색하는 데이터 처리도 자주 사용된다. 

 

프레디케이트가 적어도 한 요소와 일치하는지 확인

anyMatch 메서드를 이용해 프레디케이트가 주어진 스트림에서 적어도 한 요소와 일치하는지 확인한다.

if(menu.stream().anyMatch(Dish::isVegetarian)) {
       System.out.println("The menu is (somewhat) vegetarian friendly!!");
}

 

프레디케이트가 모든 요소와 일치하는지 검사

allMatch 메서드는 모든 요소가 주어진 프레디케이트와 일치하는지 검사한다.

boolean isHealthy = menu.stream().allMatch(dish -> dish.getCalories() < 1000);

 

NONEMATCH

noneMatch는 주어진 프레디케이트와 일치하 는 요소가 없는지 확인한다.

boolean isHealthy = menu.stream().noneMatch(d -> d.getCalories() >= 1000);

 

요소 검색

findAny 메서드는 현재 스트림에서 임의의 요소를 반환한다.

Optional<Dish> dish = menu.stream()
           .filter(Dish::isVegetarian)
           .findAny();

 

🤔Optional이란?

Optional<T> 클래스(java.util.Optional)는 값의 존재나 부재 여부를 표현하는 컨테이너 클래스다.

 

첫 번째 요소 찾기

List<Integer> someNumbers = Arrays.asList(1, 2, 3, 4, 5); 
Optional<Integer> firstSquareDivisibleByThree =
       someNumbers.stream()
                  .map(n -> n * n)
                  .filter(n -> n % 3 == 0) .findFirst();

 

5. 리듀싱

모든 스트림 요소를 처리해서 값으로 도출하는 연산에 대해서도 알아보자!

 

요소의 합

int sum = 0;
for (int x : numbers) {
	sum += x; 
}

int sum = numbers.stream().reduce(0, Integer::sum);

위 코드를 아래와 같이 수행할 수 있다.

 

초깃값을 뺄 수도 있다!

Optional<Integer> sum = numbers.stream().reduce((a, b) -> (a + b));

 

최댓값과 최솟값

최댓값과 최솟값을 찾을 때도 reduce를 활용할 수 있다.

Optional<Integer> max = numbers.stream().reduce(Integer::max);
Optional<Integer> min = numbers.stream().reduce(Integer::min);