[모던 자바 인 액션] Chapter04. 스트림 소개

SunYerim·2024년 2월 2일

Java 모던 자바

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Chapter4. 스트림 소개

4.1 스트림이란 무엇인가?

스트림 을 이용하면 선언형으로 컬렉션 데이터를 처리할 수 있다. 또한 멀티스레드 코드를 구현하지 않아도 데이터를 병렬로 처리할 수 있다.

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

stream()을 parallelStream()으로 바꾸면 위의 코드를 멀티코어 아키텍처에서 병렬로 실행할 수 있다.

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

filter(or sorted, map, collect) 같은 연산은 고수준 빌딩 블록으로 이루어져 있으므로 특정 스레딩 모델에 제한되지 않고 자유롭게 어떤 상황에서든 사용할 수 있다.

Map<Dish.Type, List<Dish>> dishesByType = 
	menu.stream().collect(groupingBy(Dish::getType));

위의 코드는 Map내부의 형식에 따라 요리를 그룹화한다.

스트림 API의 특징을 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 요소로 정의할 수 있다.

연속된 요소
- 컬렉션의 주제는 데이터고 스트림의 주제는 계산이다.
- 컬렉션은 자료구조이므로 컬렉션에서는 시간과 공간의 복잡성과 관련된 요소 저장 및 접근 연산이 주를 이룬다.
- 스트림은 filter, sorted, map처럼 표현 계산식이 주를 이룬다.
소스
- 리스트로 스트림을 만들면 스트림의 요소는 리스트의 요소와 같은 순서를 유지한다.
데이터 처리 연산
- 스트림은 함수형 프로그래밍 언어에서 일반적으로 지원하는 연산과 데이터베이스와 비슷한 연산을 지원한다.

스트림의 주요 특징

파이프 라이닝: 스트림 연산은 스트림 연산끼리 연결해서 커다란 파이프라인을 구성할 수 있도록 스트림 자신을 반환한다. 이 덕에 게으름, 쇼트서킷같은 최적화도 얻을 수 있다.
내부 반복: 스트림은 내부 반복을 지원함. 반복자를 이용해서 명시적으로 반복하는 컬렉션과 달리

List<String> threeHighCaloricDishNames = 
	menu.stream()
			.filter(dish -> dish.getCalories() > 300)
			.map(Dish::getName)
			.limit(3)
			.collect(toList());

데이터 소스 는 요리 리스트다. 데이터 소스는 연속된 요소를 스트림에 제공한다. 다음으로 스트림에 filter, map, limit, collect로 이어지는 일련의 데이터 처리 연산을 적용한다. collect를 제외한 모든 연산은 서로 파이프라인을 형성할 수 있도록 스트림을 반환한다.

collect는 스트림을 다른 형식으로 변환한다. 예제에서는 스트림을 리스트로 변환했다.

4.3 스트림와 컬렉션

데이터를 언제 저장하느냐가 컬렉션과 스트림의 큰 차이다.

컬렉션
- 현재 자료구조가 포함하는 모든 값을 메모리에 저장하는 자료구조
- 컬렉션의 모든 요소는 컬렉션에 추가하기 전에 계산되어야 한다.
- 스트림과 달리 적극적으로 생산된다. (생산자 중심)
스트림
- 이론적으로 요청할 때만 요소를 계산하는 고정된 자료구조
- 사용자가 요청하는 값만 스트림에서 추출한다는 것이 핵심이다.
- 스트림은 생산자와 소비자 관계를 형성하며 스트림은 게으르게 만들어지는 컬렉션과 같다.
- 사용자가 데이터를 요청할 때만 값을 계산한다.

4.3.1 딱 한 번만 탐색할 수 있다

반복자와 마찬가지로 스트림도 딱 한 번만 탐색할 수 있다. 탐색된 스트림의 요소는 소비된다. 스트림은 단 한 번만 소비할 수 있다

4.3.2 외부 반복과 내부 반복

컬렉션 인터페이스를 사용하려면 사용자가 직접 요소를 반복해야한다. (ex. for-each) ⇒ 외부반복

스트림 라이브러리는 내부 반복을 사용한다.

// 외부반복
List<String> name = new ArrayList<>();
for (Dish dish: menu) {
	names.add(dish.getName());
}

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

컬렉션은 외부적으로 반복, 즉 명시적으로 컬렉션 항목을 하나씩 가져와서 처리한다.

내부반복을 이용하면 작업을 투명하게 처리하거나 더 최적화된 다양한 순서로 처리할 수 있다.

스트림 라이브러리의 내부 반복은 데이터 표현과 하드웨어를 활용한 병렬성 구현을 자동으로 선택한다. for-each를 이용하는 외부 반복에서는 병렬성을 스스로 관리해야 한다.

4.4 스트림 연산

스트림 인터페이스의 연산을 크게 두 가지로 구분할 수 있다.

List<String> names = menu.stream() // 요리 리스트에서 스트림 얻기
												 .filter(dish -> dish.getCalories() > 300) // 중간 연산
												 .map(Dish::getName) // 중간 연산
												 .limit(3) // 중간 연산
												 .collect(toList()); // 스트림을 리스트로 변환

filter, map, limit는 서로 연결되어 파이프라인을 형성
collect로 파이프라인을 실행한 다음에 닫는다.

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

4.4.1 중간 연산

filter나 sorted와 같은 중간 연산은 다른 스트림을 반환한다. ⇒ 여러 중간 연산을 연결해서 질의를 만들 수 있다.

중간 연산은 단말 연산을 스트림 파이프라인에 실행하기 전까지는 아무 연산도 수행하지 않는다는 것, 즉 게으르다는 것이다. 중간 연산을 합친 다음에 합쳐진 중간 연산을 최종 연산으로 한 번에 처리하기 때문이다.

쇼트서킷이라는 기법

4.4.2 최종 연산

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

4.4.3 스트림 이용하기

스트림 이용 과정은 세 가지로 요약할 수 있다.

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

스트림 파이프라인의 개념은 빌더 패턴이랑 비슷하다.
https://inpa.tistory.com/entry/GOF-💠-빌더Builder-패턴-끝판왕-정리 ⇒ 빌더 패턴에 대한 자세한 정리

4.6 정리

스트림은 소스에서 추출된 연속 요소로, 데이터 처리 연산을 지원한다.
스트림은 내부 반복을 지원한다. 내부 반복은 filter, map, sorted 등의 연산으로 반복을 추상화한다.
스트림에는 중간 연산과 최종 연산이 있다.
중간 연산은 filter, map처럼 스트림을 반환하면서 다른 연산과 연결되는 연산이다. 중간 연산을 이용해서 파이프라인을 구성할 수 있지만, 중간 연산으로는 어떤 결과도 생성할 수 없다.
스트림의 요소는 요청할 때 게으르게 계산된다.
forEach, count처럼 스트림 파이프라인을 처리해서 스트림이 아닌 결과를 반환하는 연산을 최종 연산이라고 한다.