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Chapter 14. 람다와 스트림_2(스트림)

04 Feb 2022 | 자바의 정석 JAVA

2. 스트림(stream)

2.1 스트림이란?

  • 스트림(Stream): 데이터 소스를 추상하하고, 데이터를 다루는데 자주 사용되는 메서드들을 정의
    • 데이터 소스를 추상화하였다는 것은 데이터 소스가 무엇이던 간에 같은 방식으로 다룰 수 있게 되었다는 것과 코드의 재사용성이 높아진다는 것을 의미

  • 스트림을 이용하면 배열이나 컬렉션뿐만 아니라 파일에 저장된 데이터도 모두 같은 방식으로 다룰 수 있음

  • 예시

    • 문자열 배열과 같은 내용의 문자열을 저장하는 List가 있을 때

      String[] strArr = {"aaa", "ddd", "ccc"};
List<String> strLisst = Arrays.asList(strArr);

    • 두 데이터 소스를 기반으로 하는 스트림은

      Stream<String> strStream1 = strList.stream();
Stream<String> strStream2 = Arrays.stream(strArr);

    • 두 스트림으로 데이터소스의 데이터를 읽어 정렬하고 화면에 출력하는 방법

      // 기존 방법
Arrays.sort(strArr);
Collections.sort(strList);
    
for (String str : strArr)
    System.out.println(str);
for (String str : strList)
    System.out.println(str);
    
// 스트림 사용
strStream1.sorted().forEach(Ststem.out::println);
strStream2.sorted().forEach(Ststem.out::println);

스트림은 데이터 소스를 변경하지 않음

  • 스트림은 데이터 소스로부터 데이터를 읽기만할 뿐, 데이터 소스를 변경하지 않음

  • 정렬된 결과를 컬렉션이나 배열에 담아 반환할 수도 있음

    // 정렬된 결과를 샐로운 List에 담아서 반환
List<String> sortedList = strStream2.sorted().collect(Collectors.toLost());

스트림은 일회용

  • Iterator처럼 일회용. Iterator로 컬렉션의 요소를 모두 읽고 나면 다시 사용할 수 없는 것처럼, 스트림도 한번 사용하면 닫혀서 다시 사용할 수 없음
  • 필요하다면 스트림을 다시 생성해야 함

스트림은 작업을 내부 반복으로 처리

  • 내부 반복은 반복문을 메서드의 내부에 숨길 수 있다는 것을 의미
  • forEach()는 스트림에 정의된 메서드 중의 하나로 매개변수에 대입된 람다식을 데이터 소스의 모든 요소에 적용

스트림의 연산

  • 스트림이 제공하는 다양한 연산을 이용해 복잡한 작업들을 간단히 처리할 수 있음

    • 연산(operation): 스트림에 정의된 메서드 중에서 데이터 소스를 다루는 작업을 수행하는 것

  • 스트림이 제공하는 연산은 중간 연산과 최종 연산으로 분류

    중간 연산 연산 결과가 스트림인 연산. 스트림에 연속해서 중간 연산할 수 있음

    최종 연산 연산 결과가 스트림이 아닌 연산. 스트림의 요소를 소모하므로 단 한번만 가능

지연된 연산

  • 최종 연산이 수행되기 전까지는 중간 연산이 수행되지 않는다는 것
  • 스트림에 대해 distinct() 나 sort()같은 중간 연산을 호출해도 즉각적인 연산이 수행되는 것은 아님
    • 중간 연산을 호출하는 것은 어떤 작업이 수행되어야하는지를 지정해주는 것일 뿐
    • 최종 연산이 수행되어야 스트림의 요소들이 중간 연산을 거쳐 최종 연산에서 소모됨

**Stream와 IntStream**

  • 요소의 타입이 T인 스트림은 기본적으로 Steam이지만, 오토박싱&언박싱으로 인한 비효율을 줄이기 위해 데이터 소스의 요소를 기본형으로 다루는 스트림을 제공
    • IntStream, LongStream, DoubleStream이 제공됨
  • Stream 대신 IntStream을 사용하는 것이 더 효율적. IntStream은 int 타입의 값으로 작업하는데 유용한 메서드들이 포함되어 있음

병렬 스트림

  • 스트림으로 데이터를 다룰 경우 병렬 처리가 쉬움

  • 병렬 스트림은 내부적으로 fork&join 프레임웍을 이용해 자동적으로 연산을 병렬로 수행

  • 스트림에 parallel()이라는 메서드를 호출해 병렬로 연산을 수행하도록 지시

    • 병렬로 처리되지 않게 하려면 sequential()을 호출하면 됨

    • 모든 스트림은 기본적으로 병렬 스트림이 아니므로 sequential() 을 호출할 필요가 없음

    • sequential()은 parallel()을 호출한 것을 취소할 때만 사용

2.2 스트림 만들기

컬렉션

  • 컬렉션의 최고 조상인 Collection에 stream()이 정의되어 있음

    • Collection의 자손인 List와 Set을 구현한 컬렉션 클래스들은 모두 이 메서드로 스트림 생성 가능

  • stream()은 해당 컬렉션을 소스(source)로 하는 스트림을 반환

    Stream<T> Collection.stream()

  • List로부터 스트림을 생성하는 코드

    List<Integer> list = Arrays.asList(1, 2, 3, 4, 5);	// 가변인자
Stream<Integer> intstream = list.stream();	// list를 소스로 하는 컬렉션 생성

  • forEach(): 지정된 작업을 스트림의 모든 요소에 대해 수행

    intStream.forEach(System.out::println);	// 스트림의 모든 요소를 출력
intStream.forEach(System.out::println);	// 에러. 스트림이 이미 닫힘
    • forEach()는 스트림의 요소를 소모하면서 작업을 수행하므로 같은 스트림에 forEach()를 두 번 호출할 수 없음
    • 스트림의 요소를 한번 더 출력하려면 스트림을 새로 생성해야 함
      • forEach()에 의해 스트림의 요소가 소모되는 것이지, 소스의 요소가 소모되는 것은 아니기 때문에 같은 소스로부터 다시 스트림을 생성할 수 있음

배열

  • 배열을 소스로 스트림을 생성하는 메서드는 Stream과 Arrays에 static 메서드로 정의되어 있음

    Stream<T> Stream.of(T... values)	// 가변인자
Stream<T> Stream.of(T[])
Stream<T> Arrays.stream(T[])
Stream<T> Arrays.stream(T[] array, int startInclusive, int endExclusive)

  • int, long, double과 같은 기본형 배열을 소스로 하는 스트림을 생성하는 메서드

    IntStream IntStream.of(int... values)	// Stream이 아니라 IntStream
IntStream IntStream.of(int[])
IntStream Arrays.stream(int[])
IntStream Arrays.stream(int[] array, int startInclusive, int endExclusive)

특정 범위의 정수

  • IntStream과 LongStream은 지정된 범위의 연속된 정수를 스트림으로 생성해 반환하는 range()와 rangeClosed()를 가짐

    IntStream	IntStream.range(int begin, int end)
IntStream	IntStream.rangeClosed(int begin, int end)
    • range()의 경우 경계의 끝인 end가 범위에 포함되지 않고, rangeClosed()의 경우 포함됨
    • int보다 큰 범위의 스트림을 생성하려면 LongStream에 있는 동일한 이름의 메서드를 사용하면 됨

임의의 수

  • 난수를 생성하는데 사용하는 Random 클래스에 포함된 인스턴스 메서드

    IntStream		ints()
LongStream		longs()
DoubleStream	doubles()

    • 해당 타입의 난수들로 이루어진 스트림을 반환

    • 반환하는 스트림은 크기가 정해지지 않은 ‘무한 스트림(infinite stream)’이므로 limit()도 함께 사용해 스트림의 크기를 제한해주어야 함

    • limit()은 스트림의 개수를 지정하는데 사용되며, 무한 스트림을 유한 스트림으로 만들어 줌

      IntStream	intStream = new Random().ints();	// 무한 스트림
intStream.limit(5).forEach(System.out::println)	// 5개의 요소만 출력

    • 매개변수로 스트림의 크기를 지정해 유한 스트림을 생성해 반환할수도 있음

    • 매개변수로 범위를 지정해줄 수 있음. 단 end는 범위에 포함되지 않음

람다식 - iterate(), generate()

  • Stream 클래스이 iterate()와 generate()는 람다식을 매개변수로 받아, 람다식에 의해 계산되는 값들을 요소로 하는 무한 스트림을 생성

    static <T> Stream<T> iterate(T seed, UnaryOperator<T> f)
static <T> Stream<T> generate(Supplier<T> s)
    • iterate()는 seed로 지정된 값부터 시작해, 람다식 f에 의해 계산된 결과를 다시 seed값으로 해서 계산을 반복
    • generate()는 람다식에 의해 계산되는 값을 요소로 하는 무한 스트림을 생성해 반환하지만, 이전 결과를 이용해 다음 요소를 계산하지 않음

  • generate()에 정의된 매개변수 타입은 Supplier<T>이므로 매개변수가 없는 람다식만 허용

파일

  • java.nio.file.Files는 파일을 다루는데 필요한 유용한 메서드들을 제공

  • list()는 지정된 디렉터리에 있는 파일의 목록을 소스로 하는 스트림을 생성해서 반환

    Stream<Path>	Files.list(Path dir)

  • 파일의 한 행을 요소로 하는 스트림을 생성하는 메서드

    Stream<String> Files.lines(Path path)
Stream<String> Files.lines(Path path, Charset cs)
Stream<String> lines()	// BufferedReader 클래스의 메서드

빈 스트림

  • 요소가 하나도 없는 비어있는 스트림 생성 가능

  • 스트림에 연산을 수행한 결과가 하나도 없을 때, null보다는 빈 스트림을 반환하는 것이 나음

    Stream emptyStream = Stream.empty();	// empty()는 빈 스트림을 생성해 반환
long count = emptyStream.count();	// count 값은 0
    • count(): 스트림 요소의 개수를 반환

두 스트림의 연결

  • Stream의 static 메서드인 concat()을 사용하면, 두 스트림을 하나로 연결할 수 있음

    • 연결하려는 두 스트림의 요소는 같은 타입이어야 함
    String[] str1 = {"123", "456"};
String[] str2 = {"AAA", "BBB"};
  
Stream<String> strs1 =  Stream.of(str1);
Stream<String> strs2 =  Stream.of(str2);
Stream<String> str3 = Stream.concat(strs1, strs2);	// 두 스트림을 하나로 연결

2.3 스트림의 중간연산

스트림 자르기 - skip(), limit()

Stream<T> skip(long n)
Stream<T> limit(long maxSize)

  • skip()은 처음 n개의 요소를 건너뛰고, limit()는 스트림의 요소를 5개로 제한

    IntStream intStream = IntStream.rangeClosed(1, 10);	// 1~10의 요소를 가진 스트림
intStream.skip(3).limit(5).forEach(System.out::println);	// 45678

스트림의 요소 걸러내기 - filter(), distinct()

  • distinct()는 스트림에서 중복되는 요소들을 제거하고, filter()는 주어진 조건(Predicate)에 맞지 않는 요소를 걸러냄
  • filter()는 매개변수로 Predicate를 필요로 하는데, 연산결과가 boolean인 람다식을 사용해도 됨
    • 필요하다면 filter()을 다른 조건으로 여러 번 사용할 수도 있음

정렬 - sorted()

Stream<T> sorted()
Stream<T> sorted(Comparator<? super T> comparator)
  • 지정된 Comparator로 스트림을 정렬하는데, Comparator 대신 int 값을 반환하는 람다식을 사용하는 것도 가능
    • Comparator을 지정하지 않으면 스트림 요소의 기본 정렬 기준(Comparable)로 정렬
    • 단, 스트림의 요소가 Comparable을 구현한 클래스가 아니면 예외 발생
  • Comparator인터페이스의 static 메서드

변환 - map()

Stream<R> map(Function<? super T, ? extends R> mapper)
  • 스트림의 요소에 저장된 값 중에서 원하는 필드만 뽑아내거나 특정 형태로 변환해야 할 경우 사용
  • 매개변수로 T타입을 R타입으로 변환해서 반환하는 함수를 지정해야 함
  • map()은 중간연산이므로, 연산결과는 String을 요소로하는 스트림
  • map()도 하나의 스트림에 여러 번 적용 가능

조회 - peek()

  • 연산과 연산 사이에 올바르게 처리되었는지 확인할 때 사용
  • forEach()와 다르게 스트림의 요소를 소모하지 않으므로 연산 사이에 여러 번 끼워 넣어도 괜찮음
  • filter()나 map()의 결과를 확인할 때 유용하게 사용됨

mapToInt(), mapToLong(), mapToDouble()

  • map()은 연산의 결과로 Stream타입의 스트림을 반환하는데, 스트림의 요소를 숫자로 변환하는 경우 IntStream과 같은 기본형 스트림으로 변환하는 것이 더 유용함

  • mapToInt()를 사용해 Stream가 아닌 IntStream 타입의 스트림을 생성 가능

  • count()만 지원하는 Stream와 달리 기본형 스트림은 숫자를 다루는데 편리한 메서드들을 제공

    int				sum()		// 스트림의 모든 요소의 총합
OptionalDouble	average()	// sum() / (double) count()
OptionalInt		max()		// 스트림의 요소 중 제일 큰 값
OptionalInt		min()		// 스트림의 요소 중 제일 작은 값
    • 이 메서드들은 최종연산이므로 호출 후에 스트림이 닫힘
    • sum()과 average()를 모두 호출해야할 때, 스트림을 또 생성해야하는 불편함을 없애기 위해 summaryStatistics()라는 메서드를 제공

2.4 Optional와 OptionalInt

  • Optional은 지네릭 클래스로 'T타입의 객체'를 감싸주는 래퍼 클래스
    • Optional 타입의 객체에는 모든 타입의 참조변수를 담을 수 있음
  • 최종 연산 결과를 Optional 객체에 담아서 반환
    • 객체에 담아서 반환하면, 반환된 결과가 null인지 if문으로 체크하는 대신 Optional 에 정의된 메서드를 통해 간단히 처리할 수 있음

Optional 객체 생성하기

  • of() 또는 ofNullable()을 사용
  • of()는 매개변수의 값이 null이면 NullPointerException이 발생
  • 참조변수의 값이 null일 가능성이 있으면, of()대신 ofNullable() 사용
  • Optinal 타입의 참조변수를 기본값으로 초기화할 때는 empty()를 사용

Optional 객체의 값 가져오기

  • 값을 가져올 때는 get()을 사용
  • 값이 null일 경우 NoSuchElementException이 발생하며, 이를 대비해 orElse()로 대체 값을 지정할 수 있음
  • orElse()의 변형으로 null 값을 대체할 값을 반환하는 람다식을 지정할 수 있는 orElseGet()과 null일 때 지정된 예외를 발생시키는 orElseThrow()가 있음
  • Optional 객체에도 filter(), map(), flatmap() 사용 가능
    • 만약 Optional 객체 값이 null인 경우 이 메서드들은 아무 일도 하지 않음
  • isPresent()는 Optional 객체의 값이 null이면 false를, 아니면 true를 반환
  • ifPresent(Consumer<T> block)은 값이 있으면 주어진 람다식을 실행하고, 없으면 아무 일도 하지 않음
    • Optional를 반환하는 findAny()나 findFirst()와 같은 최종 연산과 잘 어울림

OptionalInt, OptionalLong, OptionalDouble

  • 반환 타입이 Optional가 아닌 것을 제외하면 Stream에 정의된 것과 비슷

2.5 스트림의 최종 연산

  • 최종 연산은 스트림의 요소를 소모해서 결과를 만들어내기 때문에 최종 연산 후에는 스트림이 닫히게 되고 더 이상 사용할 수 없음
  • 최종 연산의 결과는 단일 값이거나, 스트림의 요소가 담긴 배열 또는 컬렉션일 수 있음

forEach()

  • 반환 타입이 void이므로 스트림의 요소를 출력하는 용도로 많이 사용

조건 검사 - allMatch(), anyMatch(), noneMatch(), findFirst(), findAny()

  • 스트림의 요소에 대해 지정된 조건에 모든 요소가 일치하는지, 일부가 일치하는지 아니면 어떤 요소도 일치하지 않는지 확인하는데 사용하는 메서드
  • 메서드들은 모두 매개변수로 Predicate를 요구하며, 연산결과로 boolean을 반환
  • findFirst()는 스트림의 요소 중에서 조건에 일치하는 첫 번째 것을 반환
    • 주로 filter()와 함께 사용되어 조건에 맞는 스트림의 요소가 있는지 확인하는데 사용됨
    • 병렬 스트림인 경우 findFirst() 대신 findAny()를 사용
    • findAny()와 findFirst()의 반환 타입은 Optional이며, 스트림의 요소가 없을 때는 비어있는 Optional 객체를 반환

통계 - count(), sum(), average(), max(), min()

  • 기본형 스트림의 요소들에 대한 통계 정보를 얻을 수 있는 메서드

  • 기본형 스트림이 아닌 경우 통계와 관련된 메서드는 아래 3개뿐

    long		count()
Optional<T>	max(Comparator<? super T> comparator)
Optional<T>	min(Comparator<? super T> comparator)

리듀싱 - reduce()

  • 스트림의 요소를 줄여나가면서 연산을 수행하고 최종결과를 반환하기 때문에 매개변수의 타입이 BinaryOperator인 것
  • 처음 두 요소를 가지고 연산한 결과를 가지고 그 다음 요소와 연산
    • 이 과정에서 스트림의 요소를 하나씩 소모하게 되고, 스트림의 모든 요소를 소모하게 되면 그 결과를 반환
  • 연산결과의 초기값(indentity)을 갖는 reduce()도 존재
    • 초기값과 스트림의 첫 번째 요소로 연산을 시작
    • 스트림의 요소가 하나도 없는 경우, 초기값이 반환되므로, 반환 타입이 Optional가 아니라 T
  • reduce()를 사용하기 위해 초기값(identity)과 어떤 연산(BinaryOperator)으로 스트림의 요소를 줄여나갈 것이지만 결정하면 됨

2.6 collect()

  • collect()는 스트림의 요소를 수집하는 최종 연산으로 reducing()과 유사
  • collect()가 스트림의 요소를 수집하기 위해서는 어떻게 수집할 것인가에 대한 방법이 정의되어 있어야 하는데, 이 방법을 정의한 것이 컬렉터(collector)
  • 컬렉터는 Collector 인터페이스를 구현한 것. 직접 구현할 수도 있고 미리 작성된 것을 사용할 수도 있음
    • Collectors 클래스는 미리 작성된 다양한 종류의 컬렉터를 반환하는 static 메서드를 가지고 있음

collect() 스트림의 최종연산, 매개변수로 컬렉터를 필요로 함

Collector 인터페이스, 컬렉터는 이 인터페이스를 구현해야 함

Collectors 클래스, static 메서드로 미리 작성된 컬렉터를 제공

  • collect()는 매개변수의 타입이 Collector
    • 매개변수가 Collector를 구현한 클래스의 객체이어야 한다는 의미
    • collect()는 이 객체에 구현된 방법대로 스트림의 요소를 수집

스트림을 컬렉션과 배열로 변환

  • 스트림의 모든 요소를 컬렉션에 수집하려면 Collectors 클래스의 toList()와 같은 메서드를 사용하면 됨
  • List나 Set이 아닌 특정 컬렉션을 지정하려면, toCollection()에 해당 컬렉션의 생성자 참조를 매개변수로 넣어주면 됨
  • Map은 키와 값의 쌍으로 저장해야하므로 객체의 어떤 필드를 키로 사용할지와 값으로 사용할지를 지정해줘야 함
  • 스트림에 저장된 요소들을 ‘T[]’ 타입의 배열로 변환하려면, toArray()를 사용하면 됨
    • 단, 해당 타입의 생성자 참조를 매개변수로 지정해줘야 함
    • 만일 매개변수를 지정하지 않으면 반환되는 타입은 ‘Object[]’

문자열 결합 - joining()

  • 문자열 스트림의 모든 요소를 하나의 문자열로 연결해서 반환
    • 구분자와 접두사, 접미사 지정 가능
  • 스트림의 요소가 String이나 StringBuffer처럼 CharSequence의 자손인 경우에만 결합이 가능
    • 스트림의 요소가 문자열이 아닌 경우 먼저 map()을 이용해서 스트림의 요소를 문자열로 변환해야 함
    • map()없이 스트림에 바로 joining()하면, 스트림의 요소에 toString()을 호출한 결과를 결합

그룹화와 분할 - groupingBy(), partitioningBy()

  • 그룹화: 스트림의 요소를 특정 기준으로 그룹화하는 것을 의미

  • 분할: 스트림의 요소를 지정된 조건에 일치하는 그룹과 일치하지 않는 그룹으로의 분할을 의미

  • groupingBy()는 스트림의 요소를 Function으로, partitioningBy()는 Predicate로 분류
  • 그룹화와 분할의 결과는 Map에 담겨 반환됨

2.7 Collector 구현하기

  • 컬렉터를 작성한다는 것은 Collector 인터페이스를 구현한다는 것을 의미

  • Collector 인터페이스 정의

    public interface Collector<T, A, R> {
    Supplier<A>			supplier();
    Biconsumer<A, t>	accumulator();
    BinaryOperator<A>	combiner();
    Fynction<A, R>		finisher();
      
    Set<Characteristics>	characteristics();	// 컬렉터의 특성이 담긴 Set을 반환
    	...
}
    • 직접 구현해야하는 것은 위의 5개 메서드
    • chracteristics()를 제외하면 모두 반환 타입이 함수형 인터페이스. 즉, 4개의 람다식을 작성하면 됨

supplier() 작업 결과를 저장할 공간을 제공

accumulator() 스트림의 요소를 수집(collect)할 방법을 제공

combiner() 두 저장공간을 병합할 방법을 제공 (병렬 스트림)

finisher() 결과를 최종적으로 변환할 방법을 제공

  • supplier()는 수집 결과를 저장할 공간을 제공하기 위한 것
  • accumulatoer()는 스트림의 요소를 어떻게 supplier()가 제공한 공간에 누적할 것인지를 정의
  • combiner()는 병렬 스트림인 경우, 여러 쓰레드에 의해 처리된 결과를 어떻게 합칠 것인가를 정의
  • finisher()는 작업결과를 변환하는 일을 하는데 변환이 필요없다면, 항등 함수인 Function.identity()를 반환하면 됨

Characteristics.CONCURRENT 병렬로 처리할 수 있는 작업

Characteristics.UNORDERED 스트림의 요소의 순서가 유지될 필요가 없는 작업

Characteristics.IDENTITY_FINISH finisher()가 항등 함수인 작업

  • characteristtics()는 컬렉터가 수행하는 작업의 속성에 대한 정보를 제공하기 위한 것
  • 3가지 속성 중 해당하는 것을 Set에 담아 반환하도록 구현
    • 아무런 속성도 지정하고 싶지 않다면 비어있는 Set을 반환

Chapter 14 끝!!!

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