Java8 In Action - 3. 스트림 소개

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Java8 In Action 을 읽고 정리한 내용이다. 스트림의 개념을 설명하고 스트림과 컬렉션을 비교 설명한다.

스트림이란 무엇인가?

스트림은 자바 API에 새로 추가된 기능으로, 스트림을 이용하면 선언형으로 컬렉션 데이터를 처리할 수 있고, 멀티 스레드 코드를 구현하지 않아도 데이터를 투명하게 병렬로 처리할 수 있다.
즉, 데이터 처리연산을 지원하도록 소스에서 추출된 연속된 요소 이다.

Dish

Dish.java

@Getter @Setter @ToString
@AllArgsConstructor
public class Dish {

    private final String name;
    private final boolean vegetarian;
    private final int calories;
    private final Type type;

    public enum Type { 
        MEAT, FISH, OTHER
     }

    public static final List<Dish> menu =
            Arrays.asList( new Dish("pork", false, 800, Dish.Type.MEAT),
                    new Dish("beef", false, 700, Dish.Type.MEAT),
                    new Dish("chicken", false, 400, Dish.Type.MEAT),
                    new Dish("french fries", true, 530, Dish.Type.OTHER),
                    new Dish("rice", true, 350, Dish.Type.OTHER),
                    new Dish("season fruit", true, 120, Dish.Type.OTHER),
                    new Dish("pizza", true, 550, Dish.Type.OTHER),
                    new Dish("prawns", false, 400, Dish.Type.FISH),
                    new Dish("salmon", false, 450, Dish.Type.FISH));
}

Java7 코드

StreamBasic.java

public class StreamBasic {

    public static void main(String[] args) {
        getLowCaloricDishesNamesInJava7(Dish.menu).forEach(x -> System.out.println(x));
    }

    public static List<String> getLowCaloricDishesNamesInJava7(List<Dish> dishes) {
        List<Dish> lowCaloricDishes = new ArrayList<>();
        for (Dish d : dishes) {
            if (d.getCalories() < 400) {
                lowCaloricDishes.add(d);
            }
        }

        List<String> lowCaloricDishesName = new ArrayList<>();
        // 익명 클래스로 요리 정렬
        Collections.sort(lowCaloricDishes, new Comparator<Dish>() {
            public int compare(Dish d1, Dish d2) {
                return Integer.compare(d1.getCalories(), d2.getCalories());
            }
        });

        for (Dish d : lowCaloricDishes) {
            lowCaloricDishesName.add(d.getName());
        }

        return lowCaloricDishesName;
    }

}

결과 화면

season fruit
rice

Java8 코드

StreamBasic.java

public class StreamBasic {

    public static void main(String[] args) {
        getLowCaloricDishesNamesInJava8(Dish.menu).forEach(x -> System.out.println(x));
    }

    public static List<String> getLowCaloricDishesNamesInJava8(List<Dish> dishes) {
        List<String> collect = dishes.stream()
                .filter(d -> d.getCalories() < 400) // 400 칼로리 이하의 요리 선택
                .sorted(comparing(dish -> dish.getCalories())) // 칼로리로 요리 정렬
                .map(dish -> dish.getName()) // 요리명 추출
                .collect(toList()); // 모든 요리명을 리스트에 저장

        return collect;
    }

}

결과 화면

season fruit
rice

Java8 코드 병렬 처리

stream()을 parallelStream()으로 바꾸면 이 코드를 멀티코어 아키텍처에서 병렬로 실행할 수 있다. 결과적으로 우리는 데이터 처리 과정을 병렬화하면서 스레드와 락을 걱정할 필요가 없다.

StreamBasic.java

public class StreamBasic {

    public static void main(String[] args) {
        getLowCaloricDishesNamesInJava8Parellel(Dish.menu).forEach(x -> System.out.println(x));
    }

    public static List<String> getLowCaloricDishesNamesInJava8Parellel(List<Dish> dishes) {
        List<String> collect = dishes.parallelStream() // 병렬처리
                .filter(d -> d.getCalories() < 400) // 400 칼로리 이하의 요리 선택
                .sorted(comparing(dish -> dish.getCalories())) // 칼로리로 요리 정렬
                .map(dish -> dish.getName()) // 요리명 추출
                .collect(toList()); // 모든 요리명을 리스트에 저장

        return collect;
    }

}

결과 화면

season fruit
rice

스트림 연산을 연결해서 스트림 파이프라인 형성

            graph LR
            menu --> filter
filter --> sorted
sorted --> map
map --> collect
          

스트림과 컬렉션

컬렉션은 현재 자료구조가 포함하는 모든 값을 메모리에 저장하는 자료구조이고, 스트림은 요청할 때만 요소를 계산하는 고정된 자료구조이다.

딱 한 번만 탐색할 수 있다!

스트림은 단 한 번만 소비 할 수 있다.

StreamVsCollection.java

public class StreamVsCollection {

    public static void main(String...args){
        List<String> names = Arrays.asList("Java8", "Lambdas", "In", "Action");
        Stream<String> s = names.stream();
        s.forEach(System.out::println);
        s.forEach(System.out::println); // java.lang.IllegalStateException 스트림이 이미 소비되었거나 닫힘
    }

}

결과 화면

Java8
Lambdas
In
Action
Exception in thread "main" java.lang.IllegalStateException: stream has already been operated upon or closed
	at java.base/java.util.stream.AbstractPipeline.sourceStageSpliterator(AbstractPipeline.java:279)
	at java.base/java.util.stream.ReferencePipeline$Head.forEach(ReferencePipeline.java:658)
	at me.action.chapter3.StreamVsCollection.main(StreamVsCollection.java:23)

스트림은 한번 소비 하게 되면 java.lang.IllegalStateException를 발생 시킨다. 여기서 컬렉션과 스트림의 또 다른 차이점은 데이터 반복 처리 방법이다.

외부 반복과 내부 반복

컬렉션 인터페이스를 사용하려면 사용자가 직접 요소를 반복해야 되는 것을 외부 반복(external iteration)이라고 하고, 스트림 라이브러리는 내부 반복(internal iteration)을 사용한다.

StreamVsCollection.java

public class StreamVsCollection {

    public static void main(String...args){
        List<String> names = Arrays.asList("Java8", "Lambdas", "In", "Action");

        // 외부 반복
        List<String> nameList = new ArrayList<>();
        for (String name : names) {
            nameList.add(name);
        }
        System.out.println("nameList = [" + nameList + "]");

        List<String> nameList2 = new ArrayList<>();
        Iterator<String> iterator = names.iterator();
        while (iterator.hasNext()) {
            String name = iterator.next();
            nameList2.add(name);
        }
        System.out.println("nameList2 = [" + nameList2 + "]");

        // 내부 반복
        List<String> externalNames = names.stream()
                                        .map(s1 -> names.get(0))
                                        .collect(toList());
        externalNames.forEach(x -> System.out.println("externalNames = [" + x + "]"));
    }

}

결과 화면

nameList = [[Java8, Lambdas, In, Action]]
nameList2 = [[Java8, Lambdas, In, Action]]
externalNames = [Java8]
externalNames = [Java8]
externalNames = [Java8]
externalNames = [Java8]

여기서 가장 큰 차이점은 스트림라이브러리의 내부 반복은 데이터 표현과 하드웨어를 활용한 병렬성 구현을 자동으로 선택한다. 반면 for-each를 이용하는 외부 반복에서는 병렬성을 스스로 관리 해야하는 단점이 있다.

스트림 연산

filter와 map처럼 스트림을 반환하면서 다른 연산과 연결될 수 있는 연산을 중간 연산이라고 한다. 중간 연산을 이용해서 파이프라인을 구성할 수 있지만 중간 연산으로 어떤 결과도 생성할 수 없다. forEach나 count처럼 스트림 파이프라인을 처리해서 스트임이 아닌 결과를 반환하는 연산을 최종 연산이라고 한다.

            graph LR
            menu --> filter
filter --> map
map --> limit
limit --> collect
          

1. 질의를 수행할(컬렉션 같은) 데이터 소스
2. 스트림 파이프라인을 구성할 중간 연산(filter, map, limit) 연결
3. 스트림 파이프라인을 실행하고 결과를 만들 최종 연산(collect)

중간 연산

연산	형식	반환 형식	연산의 인수	함수 디스크립터
filter	중간연산	Stream	Predicate	T -> boolean
map	중간연산	Stream	Function<T, R>	T -> R
limit	중간연산	Stream
sorted	중간연산	Stream	Comparator	(T, T) -> int
distinct	중간연산	Stream

최종 연산

연산	형식	목적
forEach	최종연산	스트림의 각 요소를 소비하면서 람다를 적용한다. void를 반환한다.
count	최종연산	스트림의 요소 개수를 반환한다. long을 반환한다.
collection	최종연산	스트임을 리듀스해서 리스트, 맵, 정수 형식의 컬렉션을 만든다.

소스코드

참조

• http://www.hanbit.co.kr/store/books/look.php?p_code=B1999551123