🦊 chap4. 스트림 소개

컬렉션은 데이터를 그룹화하고 처리할 수 있으며 대부분의 프로그래밍 작업에 사용된다.

그러나 완벽한 컬렉션 관련 연산을 지원하려면 멀었다.

SQL 질의에서는 선언형으로 연산을 표현할 수 있으며 구현은 자동으로 제공된다.

SELECT name FROM dishes WHERE calorie < 400

컬렉션에 요소가 많다면? 병렬로 컬렉션을 처리해야 한다.

그러나 단순 반복 처리 코드에 비해 병렬 처리 코드를 구현하는 것은 복잡하고 어려우며 디버깅이 힘들다.

4.1 스트림이란 무엇인가?

스트림은 자바 8 API 에 추가된 기능이다.

스트림을 사용하면 선언형으로 컬렉션 데이터를 처리할 수 있다.

멀티스레드 코드를 구현하지 않아도 데이터를 투명하게 병렬로 처리할 수 있다.

List<Dish> lowCaloricDishes = new ArrayList<>();
for(Dish dish: menu) {
	if(dish.getCalories() < 400) {
		lowCaloricDishes.add(dish);
	}
}
Collections.sort(lowCaloricDishes, new Comparator<Dish>() {
	public int compare(Dish dish1, Dish dish2) {
		return Integer.compare(dish1.getCalories(), dish2.getCalories());
	}
});
List<String> lowCaloricDishesName = new ArrayList<>();
for(Dish dish: lowCaloricDishes) {
	lowCaloricDishesName.add(dish.getName());
}

이 코드에서는 lowCaloricDishes 라는 컨테이너 역할만 하는 중간 변수인 가비지 변수를 사용했다.

자바 8에서는 이런 세부 구현은 라이브러리(스트림) 내에서 모두 처리한다.

List<String> lowCaloricDishesName = 
			menu.stream()
					.filter(d -> d.getCalories() < 400)
					.sorted(comapring(Dish::getCalories))
					.map(Dish::getName)
					.collect(toList());

만약 stream() 을 parallelStream() 으로 바꾸면 병렬 실행이 가능하다.

List<String> lowCaloricDishesName = 
			menu.parallelStream()
					.filter(d -> d.getCalories() < 400)
					.sorted(comapring(Dish::getCalories))
					.map(Dish::getName)
					.collect(toList());

스트림의 새로운 기능은 소프트웨어공학적으로 다양한 이득을 준다.

• 선언형으로 코드를 구현할 수 있다.
  • 어떻게 동작을 구현할지 지정할 필요 없이 동작의 수행을 지정한다.
  • 선언형 코드와 동작 파라미터화, 람다를 이용하여 쉽게 코드 구현이 가능하고 요구사항에 쉽게 대응할 수 있다.
• 복잡한 데이터 처리 파이프라인을 만들 수 있다.
  • 여러 연산을 연결해도 가독성과 명확성이 유지된다.

filter, sorted, map, colllect 와 같은 연산은 고수준 빌딩 블록으로 이루어져 특정 스레딩 모델에 제한되지 않고 자유롭게 어떤 상황에서든 사용할 수 있다.

결과적으로 병렬 처리에서도 스레드와 락을 걱정할 필요가 없어진다.

4.2 스트림 시작하기

자바 8 컬렉션에는 스트림을 반환하는 stream 메서드가 추가됐다.

스트림이란 데이터 처리 연산을 지원하도록 소스에서 추출된 연속된 요소 라고 정의할 수 있다.

• 연속된 요소
  • 컬렉션처럼 특정 요소 형식으로 이루어진 연속된 값 집합의 인터페이스를 제공한다.
  • 컬렉션은 자료구조이기 때문에 시공간 복잡성과 관련된 요소 저장 및 접근 연산이 주가 된다.
  • 반면 스트림은 표현 계산식이 주를 이룬다.
  • 컬렉션의 주제는 데이터, 스트림의 주제는 계산이다.
• 소스
  • 스트림은 컬렉션, 배열, I/O 자원 등의 데이터 제공 소스로부터 데이터를 소비한다.
• 데이터 처리 연산
  • 함수형 프로그래밍 언어에서 지원하는 연산과 DB와 비슷한 연산을 지원한다.
  • filter map reduce find match sort 등으로 데이터를 조작할 수 있다.
• 파이프라이닝
  • 대부분의 스트림 연산은 스트림 자산을 반환한다. 이는 스트림 연산끼리 연결해서 커다란 파이프라인을 구성할 수 있도록 한다.
  • Laziness, Short-Circuiting 같은 최적화도 가능하다.
• 내부 반복
  • 반복자를 이용하여 명시적으로 반복하는 컬렉션과 달리 스트림은 내부 반복을 지원한다.

4.3 스트림과 컬렉션

데이터를 언제 계산하느냐가 컬렉션과 스트림의 가장 큰 차이다.

컬렉션은 현재 자료구조가 포함하는 모든 값을 메모리에 저장하는 자료구조이다.

즉, 컬렉션의 모든 요소는 컬렉션에 추가하기 전에 계산되어야 한다.

스트림은 이론적으로 요청할 때만 요소를 계산하는 고정된 자료구조다.

생산자와 소비자 관계를 형성하고, 게으르게 만들어지는 컬렉션과 같다.

4.3.1 딱 한 번만 탐색할 수 있다.

스트림은 한 번만 탐색할 수 있다. 탐색된 스트림의 요소는 소비된다.

List<String> title = Arrays.asList("Java8", "In", "Action");
Stream<String> s = title.stream();
s.forEach(System.out::println);
s.forEach(System.out::println); // throws IllegalStateException

4.3.2 외부 반복과 내부 반복

• 컬렉션 인터페이스 - 외부 반복

사용자가 직접 요소를 반복해야 한다.

List<String> names = new ArrayList<>();
for(Dish dish: menu) {
	names.add(dish.getName());
}

• 스트림 라이브러리 - 내부 반복

함수에 어떤 작업을 수행할지만 지정하면 모든 것이 알아서 처리된다.

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

4.4 스트림 연산

• 중간 연산

연결할 수 있는 스트림 연산

• 최종 연산

스트림을 닫는 연산

4.4.1 중간 연산

중간 연산은 단말 연산을 스트림 파이프라인에 실행하기 전까지는 아무 연산도 수행하지 않는다 (Lazy)

List<String> names =
		menu.stream()
				.fliter(dish -> {
									System.out.println("filtering:" + dish.getName());
									return dish.getCalories() > 300;
				})
				.map(dish -> {
									System.out.println("mapping:" + dish.getName());
									return dish.getName();
				)}
				.limit(3)
				.collect(toList());
System.out.println(names);

• 출력 결과

// output
filtering:pork
mapping:pork
filtering:beef
mapping:beef
filtering:chicken
mapping:chicken
[pork, beef, chicken]

스트림의 게으른 특성으로 몇 가지 최적화 효과를 얻을 수 있었다.

1. 300 칼로리가 넘는 요리는 여러 개지만 오직 처음 3개만 선택되었다. (쇼트서킷)
2. filter와 map은 서로 다른 연산이지만 한 과정으로 병합되었다. (루프퓨전)

4.4.2 최종 연산

최종 연산은 스트림 파이프라인에서 결과를 도출한다.

보통 List Integer void 등 스트림 이외의 결과가 반환된다.

4.4.3 스트림 이용하기

스트림의 이용 과정은 세 가지로 요약할 수 있다.

• 질의를 수행할 데이터 소스 (컬렉션)
• 중간 연산 연결
• 최종 연산으로 결과를 만듬

중간 연산

filter, map, limit, sorted, distinct

최종 연산

forEach, count, collect