[모던 자바 인 액션] Chapter4. 스트림 소개

1. 스트림이란 무엇인가?

데이터 컬렉션 반복을 멋지게 처리하는 기능

멀티스레드 코드를 구현하지 않아도 데이터를 투명하게 병렬로 처리할 수 있다.

다음 예제는 저칼로리의 요리명을 반환하고, 칼로리를 기준으로 요리를 정렬하는 자바 7 코드

기존 코드

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

List<String> lowCaloricDishesName = new ArrayList<>();
Collections.sort(lowCaloricDishes, new Comparator<Dish>() { // 익명 클래스로 요리 정렬
    @Override
    public int compare(Dish d1, Dish d2) {
        return Integer.compare(d1.getCalories(), d2.getCalories());
    }
});

for (Dish d : lowCaloricDishes) { // 정렬된 리스트를 처리하면서 요리 이름 선택
    lowCaloricDishesName.add(d.getName());
}

최신 코드

List<String> lowCaloridDishesName = 
            menu.stream()
                .filter(d -> d.getCalories() < 400) // 400칼로리 이하의 요리 선택
                .sorted(comparing(Dish::getCalories)) // 칼로리로 요리 정렬
                .map(Dish::getName) // 요리명 추출
                .collect(toList()); // 모든 요리명을 리스트에 저장

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

List<String> lowCaloridDishesName = 
            menu.parallelStream()
                .filter(d -> d.getCalories() < 400) // 400칼로리 이하의 요리 선택
                .sorted(comparing(Dish::getCalories)) // 칼로리로 요리 정렬
                .map(Dish::getName) // 요리명 추출
                .collect(toList());
// parallelStream()은 7장에서 소개하도록 하겠다.  

• 선언형으로 코드를 구현할 수 있다.
  • 더 간결하고 가독성이 좋아진다.
• filter, sorted, map, collect 같은 여러 빌딩 블록 연산을 연결해서 복잡한 데이터 처리 파이프라인을 만들 수 있다.
  • 유연성이 좋아진다.
• 데이터 처리 과정을 병렬화 한다.
  • 성능이 좋아진다.

2. 스트림 시작하기

스트림이란 정확히 뭘까?

데이터 처리 연산을 지원하ㅗ록 소스에서 추출된 연속된 요소

• 연속된 요소: 특정 요소 형식으로 이루어진 연속된 값 집합의 인터페이스를 제공.
• 소스: 스트림은 컬렉션, 배열, I/O 자원 등의 데이터 제공 소스로부터 데이터를 소비한다.
  정렬된 컬렉션으로 스트림을 생성하면 정렬이 그대로 유지된다.
• 데이터 처리 연산: 스트림은 함수형 프로그래밍 언어에서 일반적으로 지원하는 연산과 데이터베이스와 비슷한 연산을 지원한다.
  • ex)filter, map, reduce, find match, sort등으로 데이터 조작 가능

스트림의 두 가지 중요 특징

• 파이프라이닝: 스트림 연산끼리 연결해서 커다란 파이프 라인을 구성할 수 있도록 스트림 자신을 반환하다. (5장에서 설명)
• 내부 반복: 반복자를 이용해서 명시적으로 반복하는 컬렉션과 달리 스트림은 내부 반복을 지원한다. (잠시 후 설명)

예제

List<String> names =
                menu.stream() // 메뉴(요리 리스트)에서 스트림을 얻는다.
                    .filter(dish -> dish.getCalories() > 300) // 파이프라인 연산 만들기, 첫 번째로 고칼로리 요리를 필터링한다.
                    .map(Dish::getName) // 요리명 추출
                    .limit(3) // 선착순 세 개만 선택
                    .collect(toList()); // 결과를 다른 리스트로 저장
System.out.println(names); // 결과는 [pork, beef, chicken]이다.
// 상세한 코드는 Github chapter4를 확인

1. 우선 요리 리스트를 포함하는 menu에 stream 메서드를 호출해서 스트림을 얻었다.
   여기서 데이터 소스는 요리 리스트(메뉴)다.
   데이터 소스는 연속된 요소를 스트림에 제공한다.
2. 스트림에 filter, map, limit, collect로 이어지는 일련의 데이터 처리 연산을 적용한다.
3. collect 연산으로 파이프라인을 처리해서 결과를 반환한다. (collect는 스트림이 아니라 List를 반환)

• filter: 람다를 인수로 받아 스트림에서 특정 요소를 제외시킨다.
  • d -> d.getCalories() > 300이라는 람다를 전달해서 300칼로리 이상 요리를 선택
• map: 람다를 이용해서 한 요소를 다른 요소로 변환하거나 정보를 추출한다.
  • 메서드 참조 Dish::getName (람다 표현식으로는 d -> d.getName())을 전달해서 각각의 요리명을 추출한다.
• limit: 정해진 개수 이상의 요소가 스트림에 저장되지 못하게 스트림 크기를 축소 truncate한다.
• collect: 스트림을 다른 형식으로 변환한다. (리스트로 변환했다.)

3. 스트림과 컬렉션

컬렉션: 현재 자료구조가 포함하는 모든 값을 메모리에 저장하는 자료구조
스트림: 요청할 때만 요소를 계산하는 고정된 자료구조
컬렉션: DVD, 스트림: 인터넷으로 스트리밍하는 영화에 비유할 수 있다

딱 한 번만 탐색할 수 있다

스트림도 한 번만 탐색할 수 있다.
즉, 탐색된 스트림의 요소는 소비된다.
다시 탐색하려면 초기 데이터 소스에서 새로운 스트림을 만들어야 한다.
스트림은 단 한 번만 소비할 수 있다는 점을 명심하자!

List<String> names = Arrays.asList("Java8", "Lambdas", "In", "Action");
        Stream<String> s = names.stream();
        s.forEach(System.out::println);
        // 스트림은 한 번 만 소비할 수 있으므로 아래 행의 주석을 제거하면 IllegalStateException이 발생
        //s.forEach(System.out::println);

외부 반복과 내부 반복

외부 반복: 컬렉션 인터페이스를 사용하려면 사용자가 직접 요소를 반복해야 한다.
내부 반복: 스트림 라이브러리는 반복을 알아서 처리하고 결과 스트림값을 어딘가에 저장해주는 방식

// 외부 반복 vs 내부 반복
// 외부 반복
List<String> highCaloricDishes = new ArrayList<>();
Iterator<Dish> iterator = menu.iterator();

while (iterator.hasNext()) {
    Dish dish = iterator.next();
    if (dish.getCalories() > 300) {
        highCaloricDishes.add(dish.getName());
    }
}
System.out.println("highCaloricDishes = " + highCaloricDishes);

// 내부 반복
// filter 패턴을 사용한다.
    List<String> high =
                    menu.stream()
                    .filter(d -> d.getCalories() > 300)
                    .map(Dish::getName)
                    .collect(Collectors.toList());
System.out.println("high = " + high);

4. 스트림 연산

중간 연산

filter나 sorted 같은 중간 연산은 다른 스트림을 반환한다.

여러 중간 연산을 연결해서 질의를 만들 수 있다.

중간 연산을 합친 다음에 합쳐진 중간 연산을 최종 연산으로 한 번에 처리한다.

최종 연산

List, Integer, void 등 스트림 이외의 결과를 반환한다.

long count = menu.stream()
        .filter (d -> d.getCalories() > 300)
        .distinct()
        .limit(3)
        .count();
// 중간 연산: filter, distinct, limit
// 최종 연산: count

마무리

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