[모던 자바 인 액션] chap04. 스트림이란?

내용
스트림이란 무엇인가?
컬렉션과 스트림
내부 반복과 외부 반복
중간 연산과 최종 연산

	List<Dish> lowCaloricDishes = new ArrayList<>();
        for(Dish dish : menu) {
            if(dish.getCalories() < 400)
                lowCaloricDishes.add(dish);
        }

        Collections.sort(lowCaloricDishes, new Comparator<Dish>() {
            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());
        }
        
        // 스트림을 사용한다면 저 코드가 이렇게 줄어들 것이다!
        List<String> lowCaloricDishesName2 = menu.stream()
                .filter(d -> d.getCalories() < 400)
                .sorted(comparing(Dishes::getCalories))
                .map(Dish::getName)
                .collect(toList());

위의 코드는 평소에 우리가 사용하는 Collection인 List를 이용해서 접시의 칼로리를 기준으로 정렬을 하는 코드다. 기준에 사용할 변수를 만들고, 실제로 정렬 한 기준을 만드는 변수를 만들어 귀찮음을 유발한다. 하지만 스트림을 사용한다면 저렇게 짧은 코드로 표현할 수 있다. 또한, 병렬적인 실행을 시키려면 stream을 parallelStream으로 바꾸기만 하면 된다.

 

stream은 소프트웨어공학적으로 무슨 이점을 준다는 것일까?

• 선언형으로 코드를 구현할 수 있다. 즉 루프와 if 조건문 등의 제어 블록을 사용해서 어떻게 동작을 구현할지 지정할 필요 없이 '저칼로리의 요리만 선택하라' 같은 동작의 수행을 지정할 수 있다. 기존 코드를 복사하여 붙여 넣는 방식을 사용하지 않고 람다 표현식을 이용해서 저칼로리 대신 고칼로리의 요리만 필터링하는 코드도 쉽게 구현할 수 있다.
• filter, sorted, map, collect 같은 여러 빌딩 블록 연산을 연걸해서 복잡한 데이터 처리 파이프라인을 만들 수 있다. 여러 연산을 파이프라인으로 연결해도 여전히 가독성과 명확성이 유지된다. filter 메서드의 결과는 sorted 메서드로, 다시 sorted 결과는 map 메서드로, map 메서드의 결과는 collect 로 연결된다.

스트림 API의 특징

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

스트림 시작하기

스트림 - 데이터 처리 연산을 지원하도록 소스에서 추출된 연속된 요소

• 연속된 요소 - 컬렉션과 마찬가지로 스트림은 특정 요소 형식으로 이루어진 연속된 값 집합의 인터페이스를 제공한다. 컬렉션은 자료구조이므로 컬렉션에서는 시간과 공간의 복잡성과 요소 저장 및 접근 연산이 주를 이룬다. 반면 스트림은 filter, sorted, map처럼 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. 예를 들어 filter, map, reduce, find, match, sort 등으로 데이터를 조작할 수 있다. 스트림 연산은 순차적으로 또는 병렬로 실행할 수 있다.

스트림에선 다음과 같은 두가지 중요 특징이 있다.

• 파이프라이닝 : 대부분의 스트림 연산은 스트림 연산끼리 연결해서 커다란 파이프라인을 구성할 수 있도록 스트림 자신을 반환한다. 그 덖분에 게으름, 쇼트서킷 같은 최적화도 얻을 수 있다. 연산 파이프라인은 데이터 소스에 적용하는 데이터베이스 질의와 비슷하다.
• 내부 반복 : 반복자를 이용해서 명시적으로 반복하는 컬렉션과 달리 스트림은 내부 반복을 지원한다.

// 스트림을 사용한다면 저 코드가 이렇게 줄어들 것이다!
List<String> lowCaloricDishesName2 = menu.stream()	// 메뉴(데이터 소스)에서 스트림을 얻는다.
	.filter(d -> d.getCalories() < 400)	// 파이프라인 연산 만들기.
	.map(Dish::getName)	// 요리명 추출
    	.limit(3)	//선착순 세개만 선택
	.collect(toList());	// 결과를 다른 리스트로 저장

• filter - 람다를 인수로 받아 스트림에서 특정 요소를 제외시킨다.
• map - 람다를 이용해서 한 요소를 다른 요소로 변환하거나 정보를 추출한다.
• limit - 정해진 개수 이상의 요소가 스트림에 저장되지 못하게 스트림 크기를 축소 truncate한다.
• collect - 스트림을 다른 형식으로 변환한다. 예제에서는 스트림을 리스트로 변환했다.

컬렉션과 스트림의 차이

자바의 기존 컬렉션과 새로운 스트림은 모두 연속된 요소 형식의 값을 저장하는 자료구조의 인터페이스를 제공한다. 여기서 '연속된'이라는 표현은 순서와 상관없이 아무 값에나 접속하는 것이 아니라 순차적으로 값에 접근한다는 것을 의미한다.

• 가장 큰 차이는 데이터를 언제 계산하느냐가 차이다. 컬렉션은 현재 자료구조가 포함하는 모든 값을 메모리에 저장하는 자료구조다. 즉 컬렉션의 모든 요소는 컬렉션에 추가하기 전에 계산되어야 한다. 반면 스트림은 이론적으로 요청할 때만 요소를 계산하는 고정된 자료구조다.
• 컬렉션은 요소를 추가하거나 요소를 삭제할 수 있다. 이런 연산을 수행할 때마다 컬렉션의 모든 요소를 메모리에 저장해야하며 컬렉션에 추가하려는 요소는 미리 계산되어야 한다. 반면 스트림은 요소를 추가하거나 스트림에서 요소를 제거할 수 없다.
• 사용자가 요청하는 값만 스트림에서 추출하는것이 핵심이다. 물론 사용자 입장에서는 이러한 변화를 알 수 없다. 결과적으로 스트림은 생산자와 소비자 관계를 형성한다. 또한 스트림은 게으르게 만들어지는 컬렉션과 같다. 즉, 사용자가 데이터를 요청할 때만 값을 계산한다. 반면 컬렉션은 적극적으로 생성된다.

딱 한번만 탐색할 수 있다.

반복자와 마찬가지로 스트림도 한 번만 탐색할 수 있다. 즉 탐색된 스트림의 요소는 소비된다. 반복자와 마찬가지로 한 번 탐색한 요소를 다시 탐색하려면 초기 데이터 소스에서 새로운 스트림을 만들어야 한다.

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

스트림은 단 한번만 소비할 수 있다.

 

외부 반복과 외부 반복

컬렉션 인터페이스를 사용하려면 사용자가 직접 요소를 반복해야 한다. 이를 외부 반복이라 한다. 반면 스트림 라이브러리는 내부 반복을 사용한다. 함수에 어떤 작업을 수행할지만 지정하면 모든 것이 알아서 처리된다.

List<String> names = new ArrayList<>();
for(Dish dish : menu) {
	names.add(dish.getName());
}		// 사용자가 직접 내부를 지정해야한다.

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

List<String> names = menu.stream()
	.map(Dish::getName)
	.collect(Collectors.toList());
    // 스트림을 사용하면 너무나 손쉽게 생성된다.

컬렉션은 외부적으로 반복, 즉 명시적으로 컬렉션 항목을 하나씩 가져와서 처리한다. 내부 반복은 데이터를 한번에 볼 수 있다. 모든 데이터를 명시적으로 이동해 다음의 행동을 할 수 있다는 말이다. 이렇듯 내부 반복을 이용하면 작업을 투명하게 병렬로 처리하거나 더 최적화된 다양한 순서로 처리할 수 있다. 하지만 이 뿐만 아니다. 스트림 라이브러리의 내부 반복은 데이터 표현과 하드웨어를 활용한 병렬성 구현을 자동으로 선택한다. 반면 for-each를 이용하는 외부 반복에는 병렬성을 스스로 관리해야 한다.

 

스트림 연산

연결할 수 있는 스트림 연산을 중간 연산이라고 하며, 스트림을 닫는 연산을 최종 연산이라고 한다. 

 

중간 연산

filter나 sorted같은 중간 연산은 다른 스트림을 반환한다. 따라서 여러 중간 연산을 연결해서 질의를 만들 수 있다. 중간 연산의 중요한 특징은 단말 연산을 스트림 파이프라인에 실행하기 전까지는 아무 연산도 실행하지 않는다는 것, 즉 게으르다는 것이다. 중간 연산을 합친 다음에 합쳐진 중간 연산을 최종 연산으로 한번에 처리하기 때문이다.

 

최종 연산

최종 연산은 스트림 파이프라인에서 결과를 도출한다. 보통 최종 연산에 의해 List, Integer, void 등 스트림 이외의 결과가 반환된다. 

 

스트림 이용 과정은 다음과 같이 세 가지로 요약할 수 있다.

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

연산	형식	반환 형식	연산의 인수	함수 디스크럽터
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 적용한다.
count	최종 연산	long(generic)	스트림의 요소 개수를 반환한다.
collect	최종 연산		스트림을 리듀스해서 리스트, 맵, 정수 형식의 컬렉션을 만든다.

요약한 것일 뿐 스트림 API에서 제공하는 모든 기능은 아니다.