[모던 자바 인 액션] 스트림

스트림이란?

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스트림은 자바 8 API에 추가된 기능이다. 스트림을 이용하면 선언형으로 컬렉션 데이터를 처리할 수 있다. 그리고 스트림을 이용하면 멀티스레드 코드를 구현하지 않아도 데이터를 투명하게 병렬로 처리할 수 있다.

 

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

Collections.sort(lowCaloricDishes, new Comparator<>() {
	public int compare(Dish dish1, Dish dish2) {
    	return dish1.getCalories().compareTo(dish2.getCalories);
    }
});

List<Dish> lowCaloricDishesName = new ArrayList<>();
for (Dish dish : lowCaloricDishes) {
      lowCaloricDishesName.add(dish.getName());
}

// 스트림 사용
import static java.util.Comparator.comparing;
import static java.util.stream.Collectors.toList;
List<Dish> lowCaloricDishes = menu.stream()
			    .filter(d -> d.getCalories() < 400)
                            .sorted(comparing(Dish:getCalories))
                            .map(Dish::getName)
                            .collect(toList());

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

 

이렇게 스트림을 사용함으로써, 선언형 코드를 구현할 수 있어 변하는 요구사항에 쉽게 대응할 수 있고 필터링하는 코드도 간단하게 구현할 수 있다. 그리고 filter, sorted 와 같은 연산을 연결하여 파이프라인을 만들 수 있다.

 

그리고 filter, sorted, map, collect와 같은 연산은 고수준 빌딩 블록으로 이루어져, 특정 스레딩 모델에 제한되지 않고 자유롭게 어떤 상황이든 사용할 수 있다. 따라서 데이터 처리 과정을 병렬화하면서 스레드와 락을 걱정할 필요가 없다.

 

자바 8의 스트림 API의 특징을 요약하면 아래와 같다.

- 선언형: 더 간결하고 가독성이 좋아진다.

- 조립할 수 있음: 유연성이 좋아진다.

- 병렬화: 성능이 좋아진다.

 

스트림 시작하기

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스트림은 정확하게 데이터 처리 연산을 지원하도록 소스에서 추출된 연속된 요소로 정의할 수 있다.

 

- 연속된 요소: 컬렉션과 마찬가지로 스트림은 특정 요소 형식으로 이루어진 연속된 값 집합의 인터페이스를 제공한다.

단, 컬렉션은 자료구조이므로 시간 및 공간 복잡성과 관련된 요소 저장 및 접근 연산이 주를 이루고, 스트림에서는 계산식이 주를 이룬다.

 

- 소스: 스트림은 컬렉션, 배열, I/O 자원 등의 데이터 제공 소스로부터 데이터를 소비한다. 리스트로 스트림을 만들면 리스트의 순서가 유지된다.

 

- 데이터 처리 연산: 스트림은 함수형 프로그래밍 언어에서 일반적으로 지원하는 연산과 데이터베이스와 비슷한 연산을 지원한다.

 

스트림의 중요한 특징 두 가지는 아래와 같다.

- 파이프라이닝: 대부분의 스트림 연산은 스트림 연산끼리 연결해서 커다란 파이프 라인을 구성할 수 있도록 스트림 자신을 반환한다.

 

- 내부반복: 반복자를 이용해서 명시적으로 반복하는 컬렉션과 달리 스트림은 내부 반복을 지원한다.

 

스트림과 컬렉션

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컬렉션과 스트림은 연속된 요소 형식의 값을 저장하는 자료구조의 인터페이스를 제공한다. 여기서 연속된이란 표현은 순차적으로 값에 접근한다는 의미이다.

 

컬렉션과 스트림의 가장 큰 차이는 계산의 시점이다.

 

컬렉션은 현재 자료구조가 포함하는 모든 값을 메모리에 저장하는 자료구조이다. 따라서 컬렉션의 모든 요소는 컬렉션에 추가되기 전에 계산 되어야한다.

 

반면, 스트림은 이론적으로 요청할 때만 요소를 계산하는 고정된 자료구조이다. 사용자가 요청하는 값만 스트림에서 추출하기 때문에 스트림은 생산자와 소비자 관계를 형성한다.

 

딱 한 번만 탐색할 수 있다

반복자와 마찬가지로 스트림은 딱 한번만 탐색할 수 있다.

외부 반복과 내부 반복

컬렉션 인터페이스를 사용하려면 사용자가 직접 요소를 반복해야한다. 이를 외부 반복이라 한다. 반면, 스트림 라이브러리는 내부 반복을 사용한다.

 

스트림은 내부 반복을 통해 작업을 투명하게 병렬로 처리하거나, 더 최적화된 다양한 순서로 처리할 수 있다. 그리고 스트림 라이브러리는 데이터 표현과 하드웨어를 활용한 병렬성 구현을 자동으로 선택한다.

 

스트림 연산

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

중간 연산

filter나 sorted 같은 중간 연산은 다른 스트림을 반환한다. 따라서 여러 중간 연산을 연결해 질의를 만들 수 있다. 중간 연산의 중요한 특징은 단말 연산을 스트림 파이프라인에 실행하기 전까지는 아무 연산도 수행하지 않는다는 것이다. 중간 연산을 합친 다음에 합쳐진 중간 연산을 최종 연산으로 한 번에 처리하기 때문이다.

최종 연산

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