스트림이란?
스트림은 자바 8 API에 새로 추가된 기능이다.
스트림을 이용하면 선언형(즉, 데이터를 처리하는 임시 구현 코드 대신 질의로 표현)으로 컬렉션 데이터를 처리할 수 있다.
또한 스트림을 이용하면 멀티스레드 코드를 구현하지 않아도 데이터를 투명하게 병렬로 처리할 수 있다.
얼마나 코드가 간단해지는지 직접 눈으로 확인해보자! 먼저 기존 자바 코드다.
List<Dish> lowCaloricDishes = new ArrayList<>();
for(Dish dish : menu){
if(dish.getCalories() < 400){
lowCaloricDishes.add(dish);
}
}
Collections.sort(lowCaloricDishes, new Comparator<Dish>(){ //익명 클래스 전달
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());
}아래 코드는 위 코드와 동일하게 동작하지만 자바 8 스트림을 도입한 코드다.
List<String> lowCaloricDishesName =
menu.stream()
.filter(d -> d.getCalories() < 400) //400칼로리 이하의 요리 선택
.sorted(Comparator.comparing(Dish::getCalories)) //칼로리로 요리 정렬
.map(Dish::getName) //요리명 추출
.collect(Collectors.toList()); //모든 요리명을 리스트에 저장코드가 굉장히 짧아지고 훨씬 보기 좋아졌다.
스트림은 우리에게 다양한 이점을 제공한다.
- 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.
- 위 코드처럼 filter, sorted, map, collet 같은 여러 빌딩 블록 연산을 연결해서 복잡한 데이터 처리 파이프라인을 만들 수 있다. 여러 연산을 파이프라인으로 연결해도 여전히 가독성과 명확성이 유지된다. filter의 메서드의 결과는 sorted 메서드로, 다시 sorted 결과는 map 메서드로, map 메서드의 결과는 collect로 연결된다.
filter, sorted, map, collect 같은 연산은 고수준 빌딩 블록으로 이루어져 있으므로 특정 스레딩 모델에 제한되지 않고
자유롭게 어떤 상황에서든 사용할 수 있다.
결과적으로 우리는 데이터 처리 과정을 병렬화하면서 스레드와 락을 걱정할 필요가 없다.
이 모든 것이 스트림 API덕분이다.
자바 8의 스트림 API 특징은 다음과 같다.
- 선언형 : 더 간결하고 가독성이 좋아진다.
- 조립할 수 있음 : 유연성이 좋아진다.
- 병렬화 : 성능이 좋아진다.
간단한 스트림 작업인 컬렉션 스림부터 살펴보겠다.
자바 8 컬렉션에는 스트림을 반환하는 stream 메서드가 추가됐다.
스트림이란 정확히 무엇인가?
스트림이란 데이터 처리 연산을 지원하도록 소스에서 추출된 연속된 요소로 정의할 수 있다.
정의를 살펴보자.
- 연속된 요소 : 컬렉션과 마찬가지로 스트림은 특정 요소 형식으로 이루어진 연속된 값 집합의 인터페이스를 제공한다. 컬렉션은 자료구조이므로 컬렉션에서는 시간, 공간 복잡도가 관련된 요소 저장 및 접근 연산이 주를 이룬다. 반면 스트림은 표현 계산식이 주를 이룬다. 컬렉션의 주제는 데이터, 스트림은 연산이다.
- 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. filter, map, reduce 등으로 데이터를 조작하며, 스트림 연산은 순차적으로 또는 병렬로 실행할 수 있다.
또 스트림에는 두 가지 중요한 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 반복을 지원한다.
이제 아래와 같은 코드를 가지고 예시를 들어보겠다.
//Dish 클래스
public class Dish {
private final String name;
private final boolean vegetarian;
private final int calories;
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 name;
}
public enum Type { MEAT, FISH, OTHER}
}
//스트림 실행 클래스 파일
import java.util.Arrays;
import java.util.List;
import java.util.stream.Collectors;
public class Stream {
public static void main(String[] args) {
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 fires",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, 400, Dish.Type.FISH)
);
List<String> name = menu.stream()
.filter(dish -> dish.getCalories() > 300) //고칼로리 필터링
.map(Dish::getName) //요리명 추출
.limit(3) //선착순 세 개만 선택
.collect(Collectors.toList()); //결과를 다른 리스트로 저장
System.out.println("name = " + name);
}
}
- 요리 리스트를 포함하는 menu에 stream 메서드를 호출해서 스트림을 얻었다.
여기서 데이터 소스는 요리 리스트다. 데이터 소스는 연속된 요소를 스트림에 제공한다. - 스트림에 filter, map, limit, collect로 이어지는 일련의 데이터 처리 연산을 적용한다.
- collect를 제외한 모든 연산은 서로 파이프라인을 형성할 수 있도록 스트림을 반환한다.
파이프라인은 소스에 적용하는 질의 같은 존재다. - 마지막으로 collect 연산으로 파이프라인을 처리해서 겨로가를 반환한다. (collect는 스트림이 아니라 List를 반환한다.)
마지막에 collect를 호출하기 전까지는 menu에서 무엇도 선택되지 않으며 출력 결과도 없다.
즉, collect가 호출되기 전까지 메서드 호출이 저장되는 효과가 있다.
간단하게 연산 메서드에 대해서도 정리해보자.
- 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 truncate 한다.
- collect : 스트림을 다른 형식으로 변환한다.
filter, map, limit는 중간 연산이라고 하며, 다른 스트림을 반환한다.
스트림을 닫는 연산을 최종 연산이라고 한다. 즉 collect가 최종 연산이다.
이제 스트림과 컬렉션의 차이를 알아보고 마치겠다.
결론적으로 말하면 데이터를 언제 계산하느냐가 컬렉션과 스트림의 제일 큰 차이다.
컬렉션은 현재 자료구조가 포함하는 모든 값을 메모리에 저장하는 자료구조다.
즉, 컬렉션의 모든 요소는 컬렉션에 추가하기 전에 계산되어야 한다.
또 컬렉션은 사용자가 직접 요소를 반복해야 하는데 이를 외부 반복이라고 한다.
컬렉션에 요소를 추가하거나 컬렉션의 요소를 삭제할 수 있다.
이런 연산을 수행할 때마다 컬렉션의 모든 요소를 메모리에 저장해야 하며 컬렉션에 추가하려는 요소는 미리 계산되어야 한다.
반면 스트림은 이론적으로 요청할 때만 요소를 계산하는 고정된 자료구조다.
스트림에 요소를 추가하거나 스트림에서 요소를 제거할 수 없다.
사용자가 요청하는 값만 스트림에서 추출한다는 것이 핵심이다.
물론 사용자 입장에서는 이러한 변화를 알 수 없다.
사용자가 데이터를 요청할 때만 값을 계산하는 것이 큰 특징이다.
결과적으로 스트림은 생산자와 소비자 관계를 형성한다.
또한 스트림 라이브러리는 반복을 알아서 처리하고 결과 스트림 값을 어딘가에 저장해주는 내부 반복을 사용한다.
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); //title의 각 단어를 출력
s.forEach(System.out::println); //스트림이 이미 소비되었거나 닫힘
이상으로 마치겠습니다.
참고 문헌
모던 자바 인 액션 (라울-게이브리얼 우르마) - 4장 스트림 소개
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