[Modern Java In Action] CH01. 자바에서는 무슨일이?(8,9,10,11) 정리 및 요약

khyojun·2023년 6월 25일

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Modern Java In Action

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CH1. 자바 8,9,10,11 무슨 일이 일어났는가?

본격적으로 들어가기 전 다룰 내용 간접 설명

자바 8에서 큰 변화가 일어남.
멀티코어 CPU 대중화에 따른 하드웨어적 변화도 자바 8에 영향을 미침
- 이전까지는 자바 프로그램은 코어 중 하나만을 사용
- 자바 5 : 스레드 풀, 병렬 실행 컬렉션 도입
- 자바 7: 포크/조인 프레임워크 제공 개발자 활용하기가 어려웠음
- 자바 8 : 개발자가 쉽고 단순한 방식으로 병렬실행을 접근할 수 있도록 함.
- 자바 9 ; 리액티브 프로그래밍 병렬 실행 기법 지원
자바 8은 간결한코드, 멀티코어 프로세서의 쉬운 활용 요구사항을 기반으로 한다.
자바 8 핵심 기능
- 스트림 API
- 메서드에 코드 전달하는 기법
- 인터페이스의 디폴트 메서드

왜 아직 자바는 변화하는가?

자바 시작이 1995년 첫 베타 버전 공개 이후로 커다란 생태계 성공적으로 구축

자바 8은 더 다양한 프로그래밍 도구 다양한 프로그래밍 문제를 더 빠르고 정확하며 쉽게 유지보수할 수 있는 장점 제공
자바 8의 핵심 3 가지 프로그래밍 개념에 대해 본격적으로 다루면서 배워가보자.

1. 스트림 처리

스트림 : 한 번에 한 개씩 만들어지는 연속적 데이터 항목의 모임
ex) 입력 스트림 한 개씩 읽고 출력 스트림으로 한 개씩 기록 System.in, System.out

자바 8 에서 java.uti.Stream 패키지에 스트림 API가 추가됨.
- 핵심(유닉스 예시)
- - 자동차 조립할 때 각 구조품을 동시에 생산하는 생산 라인이라고 생각하면 편함.
    - 기존에는 한 번에 한 항목씩 처리한 방식이었지만 고수준으로 추상화해서 일련의 스트림으로 만들어 처리 할 수 있게 됨.
    - 스트림 파이프라인을 이용해 입력 부분을 여러 CPU 코어에 쉽게 할당 -> 위 유닉스의 형태처럼 나눠서 병렬적으로 처리할 수 있게 됨.
    - 스레드라는 복잡한 작업 사용 X -> 공짜로 병렬성을 얻을 수 있었음.

2. 동작 파라미터화로 메서드에 코드 전달하기

자바 8에서는 메서드를(우리 코드) 다른 메서드의 인수로 넘겨주는 기능 제공
- 이것을 동작 파라미터화라고 부름!

3. 병렬성과 공유 가변 데이터

이 개념은 병렬성을 공짜로 얻을 수 있다라는 말에서 시작됨.
보통은 다른 코드와 동시에 실행 하더라도 안전하게 실행하려는 코드를 만들려면 공유된 가변 데이터에 접근 못하게 해야함.
- 이런 함수를 순수 함수, 부작용 없는 함수, 상태 없는 함수라고 불리워진다.
공유된 변수나 객체가 있으면 병렬성 문제가 발생한다.
- 보통 synchronized를 이용해 보호하는 규칙을 만듦 -> 하지만 시스템 성능에 악영향을 미친다.
  - 악영향 이유 : 다중 처리 코어에서 코드가 순차적으로 실행되어야 해서 병렬이라는 목적을 무력화 훨씬 비싼 비용이 들게 됨/
- 그래서 자바 8 스트림을 활용하면 기존의 자바 스레드 API 보다 쉽게 병렬성을 활용할 수 있다.

자바가 진화해야 하는 이유

진화를 해가면 해 갈수록 좋아짐. -> 컴파일 할 때 더 많은 에러 검출, 리스트 유형을 아는 등등등
Iterator 방식이 아닌 for-each문을 통하여서도 -> 고전적 객체지향이 아닌 함수형 프로그래밍으로 다가서고 있음.
결론 : 언어는 하드웨어나 프로그래머의 기대의 변화에 부응하는 방향으로 변화해야 한다는 것

자바 함수

자바 8에서는 함수를 새로운 값의 형식으로 추가함.
- 멀티코어에서 병렬 프로그래밍을 활용할 수 있는 스트림과 연계할 수 있게 함수를 만들었기 때문
프로그래밍 언어의 핵심은 값을 바꾸는 것이다.
- 역사적으로 이러한 값들을 일급값이라고 부른다.
  - 첫 번째로 42(int 형식), 3.14(double
    형식) 등의 기본값이 있다. 두 번째로 객체(엄밀히 따지면 객체의 참조)도 값이다. new 또는
    팩토리 메서드 또는 라이브러리 함수를 이용해서 객체의 값을 얻을 수 있다. 객체 참조는 클래
    스의 인스턴스instance를 가리킨다. 예를 들어 “abc”(String 형식), new Integer(1111) (Integer
    형식), new HashMap<Integer, String>(100) (HashMap의 생성자를 호출) 등으로 객체 참조를
    얻을 수 있다
- 자바에서 메서드, 클래스가 값의 구조를 표현하는데는 도움이 되어도 모든 구조체를 자유롭게 전달 불가(2급 자바 시민이라고 함) -
- 2급 시민을 1급 시민으로 바꾸는 작업이 필요하다.
  - ex) 메서드를 일급 시민으로 만들어서 런타임에 메서드를 전달할 수 있다면 프로그래밍에 유용하게 활용 가능

메서드와 람다를 일급 시민으로

자바 8의 설계자들은 메서드를 값으로 취급할 수 있게, 그로 인하여 프로그래머들이 더 쉽게 개발할 수 있게 하기로 결정

//기존 방식
File[] hiddenFiles = new File(".").listFiles(new FileFilter() {
 public boolean accept(File file) {
 return file.isHidden();
 }
});

// 바뀐 방식
File[] hiddenFiles = new File(".").listFiles(File::isHidden);

위 예시처럼 기존 방식대로 하면 원래의 File안에 isHidden이라는 메서드가 있는데 복잡하게 감싼 다음에 보내줘야 했다.

왜냐하면 달리 방법이 없었기 때문이다. 그런데 아래 처럼 자바 8에서처럼 구현을 하니 참으로 간결해졌다. 그리고 직관적으로 알 수 있었다.

여기서 사용된 것이 자바 8의 메서드 참조 ::(이 메서드를 값으로 사용해라)였다.

이렇게 값으로 사용하면 위에서 얘기했던 것처럼 이제는 이급 값이 아니라 일급값으로 사용할 수 있다는 것이다.

람다: 익명 함수

자바 8에서는 심지어 메서드를 일급값으로 취급할 뿐만 아니라 람다(또는 익명 함수)를 포함하여 함수도 값으로 취급할 수 있다.
ex) (int x) -> x+1 x라는 인수로 호출하면 x+1을 반환 하는 동작을 수행하도록 코드를 구현하는 것처럼 말이다.
특정 항목을 선택해서 반환하는 동작을 필터라고 부른다.
위에서 설명한것처럼 뭐 책의 예제에서 나오는대로 하면 Apple::isGreenApple 이런식으로 메서드 참조를 이요할 수 있다.
- filterApples(inventory, (Apple a) -> GREEN.equals(a.getColor())
  - 이러한 방식으로 진행한 이유는 기능 한 번 사용하기 위해 굳이? 메서드를 만들어? 라는 것이기 때문이다.
핵심은 한 번만 사용할 메서드를 따로 정의를 구현할 필요가 없다는 것이다.

스트림

거의 모든 자바 애플리케이션은 컬렉션을 만들고 활용한다.
- 그런데 컬렉션만으로 모든 문제가 해결되지는 않는다.
스트림 API를 사용해 컬렉션 API와 상당히 다른 방식으로 데이터를 처리할 수 있다는 것을 이 항목에선 기억해야 한다.
for-each루프 를 활용해서 각 요소 반복해서 작업 수행하면 이것을 외부 반복이라고 한다.
반면에 스트림 API를 이용하면 루프를 신경쓰지 않고 라이브러리 내부에서 모든 데이터가 처리되는 방식을 내부 반복이라고 한다.

멀티 스레딩은 어렵다

이 대목에서 집중해야 할 부분은 기존의 스레드 API로 멀티스레딩 코드를 구현해서 병렬성을 이용하는게 쉽지 않다.
스트림 API를 활용해 자바 8에서는 컬렉션을 처리하면서 발생하는 모호함과 반복적인 코드 문제, 멀티 코어 활용 어려움 두 가지 문제를 해결했다.
- 반복되는 패턴을 필터링하거나, 데이터를 추출하거나, 데이터를 그룹화하는 등의 기능을 활용해서 말이다.
- 한 리스트가 있다고 했을때 책에 나오는 예제를 참고해서 생각하면 5개의 리스트가 있다.
```
- 앞 3개는 1번 CPU에, 뒤 2개는 2번 CPU에 처리하라고 시킨다.
  - 이 과정을 포킹 단계라고 한다.
- 그리고 각각 맡은 리스트를 필터링 한다.
- 나중에 결과를 합친다.
```
컬렉션은 어떻게 데이터를 저장하고 접근할지에 중점
스트림은 데이터에 어떤 계산을 할 것인지 묘사한다는 것에 중점
- 쉽게 스트림 내의 요소를 병렬로 처리할 수 있는 환경을 제공하는게 핵심이다.
컬렉션을 필터링할 수 있는 가장 빠른 방법!
- 컬렉션을 스트림으로 바꾸고
- 병렬로 처리하고
- 리스트로 다시 복원
스트림과 람다 표현식을 이용해 병렬성을 공짜로 얻어서 병렬로 필터링하라는 것

아래 순차 방식, 병렬 방식 코드다.


import static java.util.stream.Collectors.toList;
List<Apple> heavyApples =
 inventory.stream().filter((Apple a) -> a.getWeight() > 150)
 .collect(toList());


//다음은 병렬 처리 방식의 코드다.
import static java.util.stream.Collectors.toList;
List<Apple> heavyApples =
 inventory.parallelStream().filter((Apple a) -> a.getWeight() > 150)
 .collect(toList());

디폴트 메서드와 자바 모듈

보통 자바에서는 특별한 구조가 아닌 평범한 자바 패키지 집합을 포함하는 JAR 파일을 제공
자바 8,9에서는 다른 방법으로 해결, 패키지 모음을 모듈이라고 정의
자바 8에서는 인터페이스를 쉽게 바꿀 수 있게 디폴트 메서드 지원
- 위 예시의 코드에 만약 List에 stream, paralllStream이 없었다면 코드 내부로 들어가서 계속 메서드 추가하고 ~~~ 했어야 했다 ㅠㅠ
- 그러나 자바 8에서는 구현 클래스에서 구현 안 해도 메서드를 인터페이스에 추가할 수 있는 기능을 제공한다.
  - 클래스 구현이 아니라 인터페이스의 일부로 포함할 수 있어 디폴트 메서드라고 부름

함수형 프로그래밍에서 가져온 다른 유용한 아이디어

지금까지 자바에 포함된 함수형 프로그래밍의 핵심적인 두 아이디어를 살펴봤다.
1. 메서드와 람다를 일급값으로 사용하는 것이고
1. 다른 하나는 가변 공유 상태가 없는 병렬 실행을 이용해서 효율적이고 안전하게 함수나 메서드를 호출할 수 있다는 것이다. .

그래서 다른 것은 결론적으로 null 처리 방법과, 패턴 매칭 활용 등 흥미로운 기법들이다.

그래서 요약

멀티코어 프로세서를 온전히 활용하기 힘들었던 이전 버전에서 자바 8 을 사용하며 활용하기 시작하였다.
함수는 일급값이다. 값을 변화시킬 수 있게 만들었다. 어떻게 함수형으로 넘겨주게 되었는지? -> :: 메서드 참조, 람다를 사용한다.
스트림의 일부 개념은 컬렉션에서 가져와서 적절하게 스트림, 컬렉션을 활용하면 인수를 병렬로 처리 , 가독성 좋은 코드를 구현할 수 있다.
디폴트 메서드를 활용해서 기존 인터페이스를 구현하는 클래스를 바꾸지 않고 인터페이스를 변경할 수 있었다.
함수형 프로그래밍에서 null 처리 방법, 패턴 매칭 활용 등 흥미로운 기법 활용

khyojun

코드를 씹고 뜯고 맛보고 즐기는 것을 지향하는 개발자가 되고 싶습니다

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