[모던자바인액션] chapter 4. Stream 이란 - 자바 스트림 가이드

 

" Modern Java In Action - 모던 자바 인 액션, 전문가를 위한 자바 8, 9, 10 기법 가이드 "
독서 스터디 후, 책 내용을 정리한 글입니다.


1) Chapter 1. 자바 8, 9, 10, 11 : 무슨일이 일어나고 있는가?
2) Chapter 2. 동작 파라미터화 코드 전달하기
3) Chapter 3. 람다 표현식
4) Chapter 4. Stream
5) Chapter 5. Stream 활용
6) Chapter 6. Stream으로 데이터 수집하기 
7) Chapter 7. Stream 병렬 데이터처리와 성능

 

 

Chapter4 에서는 java8 이후 생긴 Stream API 에 대해서 설명합니다.

• Stream 사용하는 방법
• Stream 파이프라인을 구성하는 방법
• Stream 활용을 위한 Stream 연산들 등

 

 

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1. 스트림이란

 

• 스트림이란, 자바 8 API 에 새로 추가된 기능 중 하나입니다.
• 스트림을 이용하면 마치 데이터를 처리하는 임시구현 코드 대신 질의같은 선언형으로, 컬렉션 데이터를 처리할 수 있습니다.
• 또한 스트림을 이용하면 멀티스레드 코드를 구현하지 않아도 데이터를 투명하게 병렬로 처리할 수 있습니다. (parallel stream)

 

 

제가 생각했을때, 스트림이란,

📌 컬렉션(ex List) 의 데이터 처리를 위해, Stream 이란 하나의 파이프라인을 만들고, 그 파이프라인에서 추가적인 공정(filter, map 등등) 을 가능하게 하는 데이터 처리 파이프라인? 정도로 이해가 되는것같습니다.. (주관적인 생각입니다)

 

📌혹은, 스트림이란 데이터 처리 연산을 지원하도록 소스에서 추출된 연속된 요소로 정의하기도 합니다.

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2. 스트림 특징

1. 선언형 : 더 간결하고 가독성이 좋아진다.
2. 조립할 수 있음 : 유연성이 좋아진다.
   • filter, sorted, map, collect 와 같은 연산이 고수준 빌딩 블록 처럼 사용되어진다. (마치 빌더처럼)
3. 병렬화 : 성능이 좋아진다. (parallel ??)

 

조금 더 자세히 이야기하면

연속된 요소

• 컬렉션과 마찬가지로 스트림은 특정 요소 형식으로 이루어진 연속된 값 집합의 인터페이스를 제공합니다.
• 스트림은 filter, sorted, map 처럼 표현 계산식이 주를 이룹니다.
• 🔥 즉, 컬렉션의 주제는 데이터고 스트림의 주제는 계산입니다.

 

소스

• 리스트로 스트림을 만들면 스트림의 요소는 리스트의 요소와 같은 순서를 유지합니다.
• 즉, 정렬된 리스트로 스트림을 만들면, 정렬이 그대로 유지됩니다.

 

데이터 처리 연산

• 🔥 스트림은 함수형 프로그래밍 언어에서 일반적으로 지원하는 연산과 데이터베이스와 비슷한 연산을 지원합니다.
• 스트림 연산은 순차적으로 또는 병렬로 실행할 수 있습니다.

 

파이프라이닝

• 대부분의 스트림 연산은 스트림 연산끼리 연결해서 커다란 파이프라이닝을 구성할 수 있도록 스트림 자신을 반환시킵니다.
• 이러한 특징 덕분에 게으름(laziness), 쇼트서킷(short circuting) 과 같은 최적화를 얻을 수 있습니다.

 

내부 반복

• 컬렉션은 명시적으로 반족하는 외부 반복을 사용해야하지만, 스트림은 내부 반복을 제공합니다. (밑에서 자세히)

 

 

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3. 스트림 사용 가이드

자바 8 컬렉션에는 스트림을 반환하는 Stream 메소드가 추가되었습니다.

 

스트림 예제 

List<String> lowCalDishesName = 
	        menu.stream()  // 메뉴에서 스트림을 얻는다.
                .filter(d -> d.getCalories < 400) // 파이프라인 연산 만들기. 첫번째, 고칼로리 요리 필터링
                .sorted(comparing(Dish::getCalories)) // 정렬
                .map(Dish::getName) //요리명 추출
                .limit(3) // 선착순 세개만 선택
                .collect(toList()); //결과를 다른 리스트로 저장

 

스트림 연산

• filter : 람다를 인수로 받아 스트림에서 특정 요소를 제외시킵니다.
• map : 람다를 이용해서 한 요소를 다른 요소로 반환하거나 정보를 추출합니다.
• limit : 정해진 개수 이상의 요소가 스트림에 저장되지 못하게 스트림 크기를 축소 truncate 합니다.
•  collect : 스트림을 다른 형식으로 반환합니다.

 

 

📌 스트림 내부에 구현된 라이브러리를 통해, 조금 더 선언형으로 데이터를 처리할 수 있습니다.

📌 스트림 라이브러리에서 필터링, 추출, 축소 기능을 제공하므로 직접 기능을 구현할 필요가 없으며 파이프라인은 더 최적화 시킬수 있는 유연성을 제공합니다.

 

 

스트림이 제공하는 이러한 라이브러리들은, 중개 연산과 최종 연산으로 구분할 수 있습니다.

 

스트림의 중개 연산(intermediate operation)

1. 스트림 필터링 : filter(), distinct()
2. 스트림 변환 : map(), flatMap()
3. 스트림 제한 : limit(), skip()
4. 스트림 정렬 : sorted()
5. 스트림 연산 결과 확인 : peek()

 

 

스트림의 최종 연산(terminal operation)

1. 요소의 출력 : forEach()
2. 요소의 소모 : reduce()
3. 요소의 검색 : findFirst(), findAny()
4. 요소의 검사 : anyMatch(), allMatch(), noneMatch()
5. 요소의 통계 : count(), min(), max()
6. 요소의 연산 : sum(), average()
7. 요소의 수집 : collect()

 

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4. 스트림 과 컬렉션의 차이

컬렉션과 스트림 모두 연속된 요소 형식의 값을 저장하는 자료구조의 인터페이스를 제공합니다.

 

📌 1. 스트림과 컬렉션의 가장 큰 차이는, "데이터를 언제 계산하느냐" 라고 합니다.

컬력션

• 현재 자료구조가 포함하는 모든 값을 메모리에 저장하는 자료구조입니다.
• 즉 컬렉션의 모든 요소는 컬렉션에 추가하기 전에 계산되어져야합니다.

스트림

• 이론적으로 요청할 때만 요소를 계산하는 고정된 자료구조입니다.
• 사용자가 요청하는 값만 스트림에서 추출합니다. (ex limit)
• 스트림은 게으르게 만들어지는 컬렉션과 같습니다. 즉, 사용자가 데이터를 요청할 때만 값을 계산합니다.

 

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📌 2. 스트림은 단 한번만 탐색할 수 있다.

• 스트림은 단 한번만 소비할 수 있다고 합니다.
• 즉, 스트림은 재사용할 수 없습니다.

 

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📌 3. 내부 반복

컬렉션은 외부반복을 스트림은 내부반복을 사용합니다.

 

외부반복

• 컬렉션 인터페이스를 사용하려면 사용자가 직접 요소를 반복해야합니다.
• 즉, for-each 와 갗이 반복을 명시적으로 선언해주고 처리해주어야 합니다.

List<String> names = new ArrayList();
for (Dish dish : menu) { // 명시적으로 순차 반복함 (외부 반복)
	names.add(dish.getName());
}

내부 반복

• 스트림 라이브러리를 사용해서 반복을 알아서 처리하고 결과 스트림값을 어딘가에 저장해주는 반복을 의미합니다.
• 함수에 어떤 작업을 수행할 것인지 지정만 하면 그 작업에대한 처리는 알아서 진행됩니다.
• 즉, 사용자가 명시적으로 반복에 대한 처리를 할 필요가 없음 (더 최적화된 순서로 시스템이 처리)

menu.stream()
	.map(Dish::getName)
	.collect(toList());  // 내부 반복

 

내부 반복으로써 얻는 이점?

• 작업을 투명하게 병렬로 처리하거나, 더 최적화된 다양한 순서로 처리할 수 있습니다. (외부 반복으로 처리한다면 최적화를 달성하기 어려움)
• 스트림 라이브러리의 내부 반복은 데이터 표현과 하드웨어를 활용한 병렬성 구현을 자동으로 선택합니다. (반면 외부반복에서는 병렬성을 스스로 관리해야함)