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Java_stream.md

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스트림 이란?

  • 스트림이란 컬렉션 반복을 처리하는 기능
    • 컬랙션에 조건 필터링의 복잡한 과정을 줄익기 만들어짐
      • 거의 모든 자바 애플리케이션은 컬렉션을 만들고 처리하는 과정이 포함
      • 병렬처리를 별도의 멀티스레드 구현없이 쉽게 구현 가능
    • 수행을 선언적 으로 구현
      • 스트림은 데이터를 처리하는 부분을 질의문 형태로 처리하게 해주는 선언형 코드 형태
      • 복잡한 루프문을 사용하지 않음

Stream 맛보기 (Java7 VS Java8 Stream)

스트림 사용 X

스트림을 사용하지 않을때는 각 필터링 단계마다 코드를 작성해야 합니다.

// 빨간색 사과 필터링
List<Apple> redApples = forEach(appleList, (Apple apple) -> apple.getColor().equals("RED"));

// 무게 순서대로 정렬
redApples.sort(Comparator.comparing(Apple::getWeight));

// 사과 고유번호 출력
List<Integer> redHeavyAppleUid = new ArrayList<>();
for (Apple apple : redApples)
    redHeavyAppleUid.add(apple.getUidNum());

스트림 사용 O

스트림을 사용하여 단 한줄로 표현 할수 있습니다.

List<Integer> redHeavyAppleUid = appleList.stream()
        .filter(apple -> apple.getColor().equals("RED"))        // 빨간색 사과 필터링
        .sorted(Comparator.comparing(Apple::getWeight))         // 무게 순서대로 정렬
        .map(Apple::getUidNum).collect(Collectors.toList());    // 사과 고유번호 출력

스트림 API의 특징 정리

  • 선언형 : 더 간결하고 가독성이 좋아진다.
  • 함수의 조립 : 유연성이 좋아진다.
  • 병렬화 : 성능이 좋아진다.

스트림의 정의

스트림이란 '데이터 처리연산을 지원하도록 소스에서 추출된 연속된 요소'

연속된 요소 (Sequence of element)

컬렉션 자료구조와 마찬가지로 스트림은 특정 요소 형식으로 이루어진 연속된 값 집합의 인터페이스를 제공합니다. 컬렉션에서는 시간, 공간의 복잡성과 관련된 요소 저장 및 연산이 이루어진다면 스트림에서는 filter, sorted, map 처럼 표현 계산식으로 이루어져 있습니다.

즉 컬렉션의 주제는 데이터, 스트림의 주제는 계산입니다.

소스 (Source)

스트림은 컬렉션, 배열, I/O 자원등의 소스로부터 데이터를 소비하고 정렬된 컬렉션으로 스트림을 생성하면 정렬이 그대로 유지됩니다. 즉 리스트로 스트림을 만들면 스트림의 요소는 리스트의 요소와 같은 순서를 유지합니다.

데이터 처리 연산

스트림은 함수형 프로그래밍에서 지원하는 연산과 데이터베이스의 SQL 질의형과 비슷한 연산을 처리할수 있습니다. filter, sort, map, match 등으로 데이터를 조작할수 있고 순차적 혹은 병렬로 실행할수 있습니다.

파이프라이닝 (Pipelining)

스트림 연산들은 서로 연결하여 큰 파이프 라인을 구성할수 있도록 스트림 자신을 반환합니다. 데이터 소스에 적용하는 데이터베이스 질의문과 비슷합니다.

내부 반복

반복자를 이용하여 명시적으로 반복하는 컬렉션과 다르게 스트림은 내부 반복 기능을 제공합니다.

List<String> highCaloriesFoodName = foodList.stream()   // 컬렉션에서 스트림을 얻는다.
        .filter(food -> food.getCalories() > 400)       // 고칼로리 음식 필터링
        .map(Food::getName)                             // 요리명 추출
        .limit(3)                                       // 위에서 3개만
        .collect(Collectors.toList());                  // 결과를 리스트로

System.out.println(highCaloriesFoodName);

스트림과 컬렉션

  • 데이터 계산 시점 차이
    • 컬렉션 : 모든 요소는 컬렉션에 추가하기전에 계산되어야 한다.
    • 스트림 : 요청할때만 요소를 계산하는 고정된 자료구조
  • 반복의 일회성
    • 컬랙션 : 여러번 반복 처리 가능
    • 스트림 : 단 한번만 반복문을 처리
      • 한 번 탐색한 요소를 다시 탐색하려면 초기 데이터 소스에서 새로운 스트림을 만들어야 함
  • 외부 반복과 내부 반복
    • 외부 반복
      • 사용자가 직접 요소를 반복
    • 내부 반복
      • 반복을 알아서 처리하고 결과 스트림값을 어디가에 저장
      • 함수에 어떤 작업을 수행하지만 알아서 모든것을 처리해 줌
    • 내부 반복이 좋은 이유
      • 작업을 투명하게 처리
        • 병렬 처리 쉽게 구현
        • 최적화된 순서로 처리
  • 자바 8 스트림에서 내부 반복을 반복하는 이유
    • 스트림 라이브러리의 내부 반복은 데이터 표현과 하드웨어를 활용하는 병렬성 구현을 자동으로 선택
    • 외부 반복에서는 병렬성을 스스로 관리해야함(스스로 관리한다는 것은 병렬성을 포기 or synchronized 처리)

스트림 연산

java.util.stream.Stream 에는 스트림 API에서 제공하는 여러가지 연산이 정이 되있는데 스트림 연산들은 크게 중간연산, 최종연산으로 구분할수 있습니다.

  • 중간연산 : 파이프라인으로 연결할수 있는 연산들
  • 최종연산 : 파이프라인을 실행한다음 닫는 연산

증간연산

filter나 map 같은 중간연산은 다른 스트림을 반환하기 때문에 여러개의 중간연산을 연결하여 질의를 만들수 있습니다. 중요한 특징은 최종연산을 실행하기 전까지는 아무 연산도 수행하지 않는다는것입니다.

  • filter
  • map
  • limit
  • sorted
  • distinct

최종연산

최종연산은 파이프라인 연산의 결과를 출력합니다. 예제에서는 List 형태로만 결과를 받았지만 이 외에도 Integer, void 등 다양한 형태로 출력할수 있습니다.

  • forEach : 스트림의 각 요소를 소비하면서 람다를 적용 (void 반환)
  • count : 스트림의 요소 갯수를 반환 (long 반환)
  • collect : 스트림을 리뷰스해서 리스트, 매, 정수 형식의 컬렉션을 반환

SQL과 JAVA STREAM

image

스트림 이용하기 요약

스트림을 사용하는 단계는 다음과 같이 3단계에 걸쳐서 진행됩니다.

  • 질의를 수행할 데이터소스 (ex 컬렉션)
  • 스트림 파이프라인을 구성할 중간 연산
  • 스트림 연산을 실행하고 결과로 출력할 최종연산

스트림 활용

필터링

  • 필터링

    • filter(Predicate<> predicate)
      • T -> boolean 형식의 Predicate 객체를 이용해서 필터링할 조건을 걸어준다.
      • 람다 및 메서드 참조로 이용 가능
    List<Dish> vegetarianMenu = menu.stream()
                              .filter(Dish::isVegetarian)  //  채식 인지 확인하는 메서드 레퍼런스 
                              .collect(toList());

  • 고유 요소 필터링

    • distinct()
    List<Integer> numbers = Arrays.asList(1, 2, 1, 3, 3, 2, 4);
numbers.stream()
      .filter(i -> i % 2 == 0)        // 짝수 선택 
      .distinct()                     // 중복 제거 
      .forEach(System.out::println);

슬라이싱

  • Predicate를 이용한 슬라이싱

    • takeWhile(Predicate<> predicate)
      • predicate를 적용해서 필터링 하되 false가 되는 순간 반복을 멈춘다.
    List<Integer> numbers = Arrays.asList(1, 2, 3, 4, 5);

  numbers.stream()
          .takeWhile(i-> i < 3)
          .forEach(System.out::println);
          // 결과 : 1, 2
    • dropWhile(Predicate<> predicate)
      • predicate가 처음으로 false가 되는 지점까지 발견된 요소를 버린다.
    List<Integer> numbers = Arrays.asList(1, 2, 3, 4, 5, 1 ,2);

  numbers.stream()
          .dropWhile(i-> i < 3)
          .forEach(System.out::println);
          // 결과 : 3, 4, 5, 1, 2

  • 스트림 축소

    • 주어진 사이즈 이하의 크기를 갖는 새로운 스트림을 반환하는 limit(n) 메서드를 지원
    List<Dish> dishes = menu.stream()
                      .filter(d -> d.getCalories() > 300)    // 300 칼로리 이상 선택 
                      .limit(3) 				             // 3개만 선택 
                      .collect(toList());

  • 요소 건너뛰기

    • 처음 n개 요소를 제외한 스트림을 반환하는 skip(n) 메서드를 지원
    List<Dish> dishes = menu.stream()
                      .filter(d -> d.getCalories() > 300)
                      .skip(2)
                      .collect(toList());

매핑

  • 스트림의 각 요소에 함수 적용하기
    • map(Funtion<> mapper)
      • 함수를 인수로 받아 각 요소에 함수를 적용하고 그 결과가 새로운 요소로 매핑된다.
    List<String> dishNames = menu.stream()
                                .map(Dish::getName)     // 요리명을 map 메서드로 전달(추출). Stream<String> 타입 
                                .collect(toList());

//요리명의 각 길이를 알아내고자 한다면 아래와 같이 channing을 할 수 있다.

    List<String> dishNames = menu.stream()
                                .map(Dish::getName)
                                .map(String::length)
                                .collect(toList());

스트림 평면화

  • map 에서 반환되는 값은 Stream<String[]> 이 되는데, 이를 문자열 스트림 (Stream) 으로 변환해야 한다면 flatMap 메서드를 통해 해결 가능
List<String> words = Arrays.asList("Hello", "World");

List<String> uniqueCharacters =
   words.stream()
      .map(word -> word.split(""))      // 각 단어를 개별 문자열 배열로 변환
      .flatMap(Arrays::stream)          // 생성된 스트림을 하나의 스트림으로 평면화
      .distinct()
      .collect(Collectors.toList());

System.out.println(uniqueCharacters);
  • flatMap은 스트림의 각 값을 다른 스트림으로 만든 다음에 모든 스트림을 하나의 스트림으로 연결하는 기능을 수행
  • flatmap을 사용했을 경우 내부 프로세스

검색과 매칭

  • anyMatch(Predicate<> predicate)
    • predicate가 주어진 스트림에서 적어도 한 요소와 일치하는지 확인, boolean값 반환
  • allMatch(Predicate<> predicate)
    • predicate가 주어진 스트림에서 모든 요소와 일치하는지 확인, boolean값 반환
  • noneMatch(Predicate<> predicate)
    • predicate가 주어진 스트림에서 모든 요소와 일치하지 않는지 확인, boolean값 반환
  • findAny()
    • 현재 스트림에서 임의의 요소를 반환
  • findFirst()
    • 스트림에서 첫번째 요소를 반환

리듀싱

모든 스트림 요소를 처리해서 값으로 도출하는 리듀싱 연산

  • 요소의 합
    • reduce(초깃값,BinaryOperator accumulator)
      • 초깃값이 없는 경우 Optional 객체를 반환
       Optional<Integer> sum1 = Arrays.stream(array)
            .reduce(Integer::sum);
    System.out.println(sum1); // Optional[15]

    Integer sum2 = Arrays.stream(array)
            .reduce(1, (a, b) -> a + b);
    System.out.println(sum2); // 16
  • 최댓값과 최솟값 
      Integer[] array = {1,2,3,4,5};

   Optional<Integer> max = Arrays.stream(array)
           .reduce(Integer::max);

   Optional<Integer> min = Arrays.stream(array)
           .reduce(Integer::min);

   System.out.println(max); // 5
   System.out.println(min); // 1