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Stream API

Java Stream API

Lambda Expression

기존에 간편하게 사용하던 람다식을 보면 다음과 같다.

람다식을 사용하지 않은 경우 스레드 구동 코드

Thread t = new Thread(new Runnable(){ 
        @Override public void run(){ 
            System.out.println("hello"); 
        } 
    }); 
t.start();

람다식을 사용한 경우 스레드 구동 코드

Thread t = new Thread(()->{ 
    System.out.println("hello"); 
}); 
t.start();

java.lang.Runnable 인터페이스는 메소드가 단 한개뿐인 인터페이스이므로 자리만 맞다면 클래스 이름이나, 메소드 이름, 반환형, 매개변수 타입 등은 굳이 적어주지 않아도 컴퓨터가 알 수 있는 정보들이 된다. 물론, 메소드가 단 한개 일 경우에만 해당되며 두 개 이상일 경우에는 성립하지 않는다.

java.lang.Runnable 인터페이스 형태

public interface Runnable { 
    public abstract void run(); 
}

람다식을 이용하면 다음과 같은 효과를 얻을 수 있다.

  • 짧고 간결한 프로그래밍 코드

  • 병렬 프로그래밍

  • 메소드 레퍼런스

  • 함수형 인터페이스 만들기

함수형 인터페이스는 메소드를 단 한개만 가지고 있어야 하는데, 이를 강제하기 위해 @FunctionalInterface라는 주석을 사용한다. 주석이 붙어있을 경우 메소드 개수가 1개가 아니면 예외가 발생하여 함수형 인터페이스를 쉽게 구현할 수 있게 된다.

@FunctionalInterface 
interface Calculator{ 
    int process(int a, int b); 
}

람다식을 사용하지 않고 Calculator를 이용해 덧셈 계산

Calculator add = new Calculator() { 
    @Override public int process(int a, int b) { 
        return a + b; 
    } 
}; 
int result = add.process(10, 20); 
System.out.println("result = "+result);

람다식을 사용하여 Calculator를 이용해 덧셈 계산

Calculator add = (a, b)->a+b; 
int result = add.process(10, 20); 
System.out.println("result = "+result);

람다식을 사용하는 것이 코드가 더 간편해짐을 확인할 수 있다. 이렇게 직접 만들어 사용해도 좋지만, 자바 8에서 기본적으로 지원해주는 함수형 인터페이스들을 이용하면 다양한 기능들을 쉽게 구현할 수 있다.

자바의 주요 함수형 인터페이스

인터페이스

설명

Consumer

반환형이 void이며, 인자 T를 받는 함수형 인터페이스

Predicate

인자 T를 받아 boolean을 반환하는 함수형 인터페이스

Supplier

인자는 없으며 반환형만 존재하는 함수형 인터페이스

Function

인자 T를 받아 반환형 R을 반환하는 전형적 함수형 인터페이스

UnaryOperator

인자 T를 받아 동일한 형태인 T를 반환하는 함수형 인터페이스

BinaryOperator

인자 T를 2개 받아 동일한 형태인 T를 반환하는 함수형 인터페이스

BiPredicate

반환형이 void이며 인자 T, U를 받는 함수형 인터페이스

BiFunction

인자 T, U 를 받아 반환형 R 형태로 반환하는 함수형 인터페이스

Optional

null 여부를 검사하여 사용할 수 있는 함수형 인터페이스

위의 인터페이스를 이용하여 메소드를 매개변수로 전달할 수 있기 때문에 매우 유용하게 사용할 수 있다.

Consumer 사용 예

Consumer<String> printer = text->System.out.println(text); 
printer.accept("this is consumer");

Predicate의 사용 예

Predicate<String> check = string -> string.isEmpty(); 
System.out.println(check.test(""));//true 
System.out.println(check.test("1"));//false

Supplier의 사용 예

Supplier<Integer> lotto = () -> (int)(Math.random() * 45) + 1; 
System.out.println(lotto.get());

Function의 사용 예

Function<Integer, Integer> square = n -> n*n; 
int result = square.apply(11); 
System.out.println("result = "+result);

메소드 레퍼런스(Method Reference)

앞에에서 살펴봤던 함수형 인터페이스들에 메소드 참조를 설정할 수 있다. 아래 예제를 통해 확인해본다.

Consumer의 메소드 레퍼런스 활용

package lambda; 
import java.util.function.Consumer; 
public class Lambda04 { 
    public static void test(String text) { 
        System.out.println(text); 
    } 
    public static void main(String[] args) { 
        Consumer<String> c = Lambda04::test; 
        c.accept("method reference"); 
    } 
}

main 메소드에서 c라는 Consumer 레퍼런스를 만들어 Lambda04에 존재하는 static 메소드인 test를 직접 참조하도록 설정하고 있다. 이러한 메소드 참조가 가능해지면 복잡한 코드도 메소드만 명시적으로 전달해줄 수 있으므로 코드의 가독성을 높이며 효율도 증대시킬 수 있다는 장점이 생기게 된다. 또한 기존의 자바에서 사용하던 전형적인 콜백 객체 생성방식에서 벗어날 수 있다.

Function 의 메소드 레퍼런스 사용

Function<String, Boolean> check = String::isEmpty; 
System.out.println(check.apply(""));//true 
System.out.println(check.apply(" "));//false

Java 1.8 에서는 이러한 함수형 인터페이스와 람다, 메소드 레퍼런스를 이용하여 Collection을 제어할 수 있는 Stream api를 제공한다

Java Collection

자바 버전별로 List에 간단한 데이터를 넣는 방법은 다음과 같이 변해왔다.

자바 1.7 이전 (java.util.ArrayList)

List<Integer> list = new ArrayList<>(); 
for(int i = 1; i <= 10; i++) { 
    list.add(i); 
} 
System.out.println(list);

list는 확장이 가능하다.

자바 1.8 버전 (java.util.Arrays$ArrayList)

List<Integer> list = Arrays.asList(1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10); 
System.out.println(list);

list는 크기가 고정이며 확장이 불가능하다. 물론 1.7 이전의 방식도 사용할 수 있다.

자바 9 버전 (java.util.ImmutableCollections$ListN)

List<Integer> list = List.of(1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10); 
System.out.println(list);

list는 크기가 고정이며 확장이 불가능하다. 이전 방식 모두 사용할 수 있다. 어느 방식으로 생성해도 stream api를 이용할 수 있으므로 앞으로는 List.of() 를 이용하여 간편하게 데이터를 초기화 하는 코드를 사용하기로 한다.

Java Collection과 Stream API

자바 컬렉션에서 사용하는 Stream API는 배열과 Collection에서 동작하며, .stream() 명령을 이용하여 스트림 참조를 얻는것부터 시작한다.

List<Integer> list = List.of(1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10); 
System.out.println(list.stream());

형태는 java.util.stream.ReferencePipeline$Head이며, 상태 변경을 위한 각종 명령들을 체이닝 형식으로 사용할 수 있다.

List의 출력 코드(기존 방식)

List<Integer> list = List.of(1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10); 
for(int i=0; i < list.size(); i++) { 
    System.out.println(list.get(i)); 
}

List의 출력 코드(확장 for 이용)

List<Integer> list = List.of(1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10);
for(Integer n : list){ 
    System.out.println(n); 
}

List의 출력 코드(Stream API 이용)

List<Integer> list = List.of(1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10); 
list.stream().forEach(d->System.out.println(d));

List의 출력 코드(Stream API + Method Reference)

List<Integer> list = List.of(1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10); 
list.stream().forEach(System.out::println);

Stream API를 사용할 수록 코드가 조금 더 간결해지는 것을 확인할 수 있다. 이와 같은 현상은 Collection과 관련한 처리가 많아질 수록 더 심화된다.

List에서 짝수만 출력하는 코드(기존 방식)

List<Integer> list = List.of(1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10); 
for(int i=0; i < list.size(); i++) { 
    if(list.get(i) % 2 == 0) { 
        System.out.println(list.get(i)); 
    } 
}

List에서 짝수만 출력하는 코드(Stream API + Method Reference)

List<Integer> list = List.of(1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10); 
list.stream()
        .filter(v -> v % 2 == 0) 
        .forEach(System.out::println);

List에서 앞 5개 요소의 합을 구하는 코드(기존 방식)

List<Integer> list = List.of(1, 2 ,3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10); 
int total = 0; 
for(int i=0; i < list.size(); i++) { 
    if(i < 5) { 
        total += list.get(i); 
    } 
} 
System.out.println("합계 = "+total);

List에서 앞 5개 요소의 합을 구하는 코드(Stream API + Method Reference)

List<Integer> list = List.of(1, 2 ,3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10); 
int total = list.stream() 
                                .limit(5)//앞에서 5개만 뽑아서 
                                .reduce(0, (a, b) -> a+b);//0을 시작값으로 하여 합산 
System.out.println("합계 = "+total);

Stream API의 명령들

  • forEach

  • count

  • max

  • min

  • findAny

  • findFirst

  • allMatch

  • anyMatch

  • noneMatch

  • toArray

  • reduce

  • collect

  • sort

Stream API 특징

  • 원본을 변경하지 않는다

  • 반복하여 사용이 불가능하다

  • 연산이 최종 시점에 합산되어 처리된다

    • 필요시 병렬 스트림을 사용할 수 있다

간단한 문제

아래 단어들을 List에 저장한 뒤 다음 문제 풀기

  • Java, C, Python, Ruby, Perl, Go, Swift

  • 첫글자가 p인 요소를 대소문자 구분하지 않고 출력

  • 3글자 이상인 요소를 출력 

List<String> list = List.of("Java", "C", "Python", "Ruby", "Perl", "Go", "Swift"); 
System.out.println("### 첫글자 p인 요소만 출력 ###"); 
list.stream().map(sub -> sub.toLowerCase()) 
                        .filter(sub -> sub.startsWith("p")) 
                        .forEach(System.out::println); 
System.out.println("### 3글자 이상인 요소만 출력 ###"); 
list.stream().filter(sub -> sub.length() >= 3) 
                        .forEach(System.out::println);

Stream 간의 연결

스트림 연결 스트림을 서로 연결하고 싶은 경우에는 Stream에 있는 concat 메소드를 사용한다

Stream\ concat(Stream\ s1, Stream\ s2)

List<String> list1 = List.of("h", "e", "l", "l", "o"); 
List<String> list2 = List.of("s", "t", "r", "e", "a", "m"); 
Stream<String> stream = Stream.concat(list1.stream(), list2.stream()); 
stream.distinct().forEach(System.out::println);

.distinct()는 중복제거를 수행한다

원시형 스트림

Stream API에서는 원시형 데이터에 대한 스트림도 제공한다.

IntStream을 이용하여 1부터 100까지 담아 출력하는 코드

IntStream stream = IntStream.range(1, 100); 
stream.forEach(System.out::println);

IntStream을 이용하여 1부터 100 사이 난수 100개를 저장하는 코드

Random random = new Random(); 
IntStream stream = random.ints(50/*개*/, 1/*부터*/, 100/*가지*/); 
stream.forEach(System.out::println);
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