Book/모던자바인액션/ 4장. 스트림 소개

25 Feb 2021

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컬렉션을 그룹화한다든가 최댓값을 찾는 등의 연산에서 스트림을 이용하면 코드를 더 간결하게 만들 수 있다.

스트림이란 무엇인가?

스트림을 이용하면 ~~멀티스레드 코드를 구현하지 않아도~~ 데이터를 투명하게 병렬로 처리할 수 있다. 이번에는 메뉴를 구성하는 요리 컬렉션에서 저칼로리 요리명을 반환하고, 칼로리를 기준으로 요리를 정렬하는 코드를 살펴보자.

List<Dish> lowCaloricDishes = new ArrayList<>();
for (Dish dish : menu) { //누적자로 요소 필터링
    if (dish.getCalories() < 400) {
        lowCaloricDishes.add(dish);
    }
}
Collections.sort(lowCaloricDishes, new Comparator<Dish>() {
    public int compare(Dish dish1, Dish dish2) { //익명 클래스로 요리 정렬
        return Integer.compare(dish1.getCalories(), dish2.getCalories());
    }
});
List<String> lowCaloricDishesName = new ArrayList<>();
for (Dish dish : lowCaloricDishes) {
    lowCaloricDishesName.add(dish.getName()); //정렬된 리스트를 처리하면서 요리 이름 선택
}

위의 코드에서 lowCaloricDishes는 컨테이너 역할만 하는 중간 변수, 즉 가비지 변수 이다. 자바 8을 이용해 코드를 개선해보자.

List<String> lowCaloricDishesName =
                    menu.stream().filter(d -> d.getCalories() < 400)
                        .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

두 코드를 비교해보면 stream API의 세 가지 특징을 알 수 있다.

선언형 : 더 간결하고 가독성이 좋아진다.
조립할 수 있음 : 유연성이 좋아진다.
병렬화 : 성능이 좋아진다.

이제 숫자 스트림을 만들고 조작하는 방법을 알아보자.

스트림 시작하기

스트림에는 다음과 같은 두 가지 중요 특징이 있다.

파이프라이닝 : 대부분의 스트림 연산은 스트림 연산끼리 연결해서 커다란 파이프라인을 구성할 수 있도록 스트림 자신을 반환한다.
내부 반복 : 반복자를 이용해서 명시적으로 반복하는 컬렉션과 달리 스트림은 내부 반복을 지원한다.

List<String> threeHighCaloricDishNames = 
                    menu.stream() //메뉴에서 스트림 얻기
                        .filter(d -> d.getCalories() > 300) //고칼로리 요리 필터링
                        .map(Dish::getName) //요리명 추출
                        .limit(3) //세 개만 선택
                        .collect(toList())); //결과를 다른 리스트로 저장

이 코드에서 filter, map, limit, collect는 각각 다음과 같은 연산을 한다.

filter : 람다를 인수로 받아 스트림에서 특정 요소를 제외시킨다.
map : 람다를 이용해서 한 요소를 다른 요소로 변환하거나 정보를 추출한다.
limit : 정해진 개수 이상의 요소가 스트림에 저장되지 못하게 스트림 크기를 축소한다.
collect : 스트림을 다른 형식으로 변환한다. (ex. 스트림 -> 리스트)

컬렉션과 스트림

컬렉션과 스트림의 차이를 알아보자. DVD에 어떤 영화가 저장되어 있다면 DVD에 전체 자료구조가 저장되어 있으므로 DVD도 컬렉션이다. 하지만, 인터넷 스트리밍으로 같은 비디오를 시청한다면? 스트리밍, 즉 스트림이다. 스트리밍으로 재생할 때는 사용자가 시청하는 부분의 프레임만 미리 내려받는다.
즉, 데이터를 언제 계산하느냐가 컬렉션과 스트림의 가장 큰 차이다.

컬렉션 : 현재 자료구조가 포함하는 모든 값을 메모리에 저장하는 자료구조, 모든 요소는 추가 전 계산되어야 함
스트림 : 요청할 때만 요소를 계산하는 고정된 자료구조, 요청하는 값만 스트림에서 추출하는 것, 게으르게 만들어지는 컬렉션

딱 한 번만 탐색 가능

컬렉션과 달리 스트림의 탐색된 요소들은 소비되는 것이므로, 한 번만 탐색할 수 있다 한 번 탐색한 요소를 다시 탐색하려면 초기 데이터 소스에서 새로운 스트림을 만들어야 한다.

외부반복과 내부반복

컬렉션은 (for-each등을 사용해서) 사용자가 직접 요소를 반복해야 하는데, 이를 외부 반복 이라고 한다.
반면, 스트림은 반복을 알아서 처리하고 결과를 어딘가에 저장해주는 내부 반복 을 사용한다.

//for-each를 사용하는 컬렉션의 외부반복
List<String> names = new ArrayList<>();
for (Dish dish : menu) {       //메뉴 리스트를 명시적으로 순차 반복
    names.add(dish.getName()); //이름을 추출해서 리스트에 추가
}

//스트림의 내부반복
List<String> names = menu.stream()
                    .map(Dish::getName) //map 메서드를 getName으로 파라미터화해서 요리명 추출
                    .collect(toList()); //파이프라인을 실행, 반복자 필요 X

내부 반복을 이용하면 작업을 투명하게 병렬로 처리하거나 더 최적화된 다양한 순서로 처리할 수 있다. 또한, for-each를 이용하는 외부 반복에서는 병렬성을 스스로 관리 하는 반면, 내부 반복은 데이터 표현과 하드웨어를 활용한 병렬성 구현을 자동으로 선택 한다. 하지만, 이러한 내부반복의 이점을 누리려면 반복을 숨겨주는 연산 리스트(filter, map 등)가 미리 정의되어 있어야 할 것이다. 이제 자바가 제공하는 스트림 연산에 대해 알아보자.

스트림 연산

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

앞에서 봤던 예제에서 사용한 연산들을 크게 두 그룹으로 구분할 수 있다.

filter, map, limit는 서로 연결되어 파이프라인을 형성한다.
collect로 파이프라인을 실행한 다음 닫는다.

이 때, 연결할 수 있는 그룹 1의 연산을 중간 연산 , 스트림을 닫는 그룹 2의 연산을 최종 연산 이라고 한다.

중간 연산

중간 연산은 다른 스트림을 반환하기 때문에 중간 연산을 연결해서 질의를 만들 수 있다. 중간 연산의 중요한 특징은 단말 연산을 파이프라인에 실행하기 전까지는 아무 연산도 수행하지 않는다는 것, 즉 게으르다 는 것이다. 중간 연산들은 합친 다음, 최종 연산으로 한 번에 처리한다.

최종 연산

최종 연산은 스트림 파이프라인에서 결과를 도출한다. 보통 이 때 List, Integer, void 등이 반환된다.

스트림 이용하기

스트림 이용 과정은 다음 세 단계로 정리할 수 있다.

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