Modern Java Ch04. Stream 소개

스트림 소개

컬렉션은 데이터를 그룹화하고 처리할 수 있어서 대부분의 프로그래밍의 작업에 사용된다.

많은 요소를 포함하는 커다란 컬렉션은 멀티코어 아키텍처를 활용해서 병렬로 컬렉션의 요소를 처리해야 한다.

하지만 병렬 처리 코드를 구현하는 것은 단순 반복 처리 코드에 비해 복잡하고 어렵고 디버깅도 어렵다.

스트림이란?

데이터 처리 연산을 지원하도록 소스에서 추출된 연속된 요소.

스트림은 자바 8 API에 새로 추가된 기능이다.

스트림을 이용하면 선언형(데이터를 처리하는 임시 구현 코드 대신 질의로 표현할 수 있다.)으로 컬렉션 데이터를 처리할 수 있다.

스트림은 데이터 컬렉션 반복을 처리하는 기능이다. (멀티스레드 코드를 구현하지 않고 병렬 처리도 가능하다.)

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

여기서 stream() 을 parallelStream()으로 바꾸면 이 코드를 멀티코어 아키텍처에서 병렬로 실행할 수 있다.

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

스트림의 새로운 기능이 주는 이득

• 선언형으로 코드를 구현할 수 있다. 즉, 루프와 if 조건문 등의 제어 블록을 사용해서 어떻게 동작을 구현할지 지정할 필요 없이 '저칼로리의 요리만 선택하라'같은 동작의 수행을 지정할 수 있다.
• 다양한 빌딩 블록 연산을 연결해서 복잡한 데이터 처리 파이프라인을 만들 수 있다. 여러 연산을 파이프라인으로 연결해도 가독성과 명확성이 유지된다. 특정 스레딩 모델에 제한되지 않고 자유롭게 어떤 상황에서든 사용할 수 있다. (데이터 처리 과정을 병렬화하면서 스레드와 락을 걱정할 필요가 없다.)

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

스트림에는 두 가지 중요 특성이 있다.

• 파이프라이닝 : 스트림 연산은 스트림 연산끼리 연결해서 커다란 파이프라인을 구성할 수 있도록 스트림 자신을 반환한다. 그 덕에 게으름(lazyness), 쇼트서킷(short-circuiting) 같은 최적화도 얻을 수 있다.
• 내부 반복 : 반복자를 이용해서 명시적으로 반복하는 컬렉션과 달리 스트림은 내부 반복을 지원한다.

스트림과 컬렉션

자바의 기존 컬렉션과 새로운 스트림 모두 연속된 요소 형식의 값을 저장하는 자료구조의 인터페이스를 제공한다.

컬렉션은 현재 자료구조가 포함하는 모든 값을 메모리에 저장하는 자료구조다.

즉, 컬렉션의 모든 요소는 컬렉션에 추가하기 전에 계산되어야 한다.

스트림은 이론적으로 요청할 때만 요소를 계산하는 고정된 자료구조다.

스트림은 생산자와 소비자 관계를 형성한다. 즉, 사용자가 데이터를 요청할 때만 값을 계산한다.

반면 컬렉션은 적극적으로 생산된다.

컬렉션으로 소수를 구하려고하면 무한 루프를 돌면서 새로운 소수를 계산하고 추가하기를 반복할 것이다.

결국 소비자는 결과를 볼 수 없게 된다.

스트림은 단 한 번만 소비할 수 있다

외부 반복과 내부 반복

컬렉션 인터페이스를 사용하려면 사용자가 직접 요소를 반복해야 한다.

for-each나 Iterator를 이용해서 반복할 수 있으며 이를 외부 반복(external iteration)이라고 한다.

반면 스트림 라이브러리는 반복을 알아서 처리하고 결과 스트림 값을 저장해주는 내부 반복(internal iteration)을 사용한다.

중간 연산, 최종 연산

스트림은 연결할 수 있는 스트림 연산인 중간 연산(intermediate operation)과 스트림을 닫는 연산인 최종 연산(terminal operation)으로 구성된다.

중간 연산

중간 연산은 다른 스트림을 반환한다.

따라서 여러 중간 연산을 연결해 질의를 만들 수 있다.

중간 연산의 가장 중요한 특징은 단말 연산을 스트림 파이프라인에 실행하기 전까지는 아무도 연산을 수행하지 않는다는 것, 즉 게으르다(lazy)는 것이다.

중간 연산을 합친 다음에 합쳐진 중간 연산을 최종 연산으로 한 번에 처리하기 때문이다.

List<Stirng> names = menu.stream() // 스트림 open
		.filter(dish -> dish.getCalories > 300) // 중간 연산 시작
		.map(Dish::getname)
		.limit(3) // 중간 연산 끝, short-circuit
		.collect(toList()); // 종단 연산

스트림의 게으른 특성 덕분에 얻을 수 있는 최적화 효과가 있다.

첫 번째는 쇼트 서킷이다.

모든 연산을 다 해보기 전에 조건을 만족하면 추가적인 불필요한 연산은 하지 않는다. 위의 예시에서는 limit 연산이 쇼트 서킷 연산에 해당된다. 3개의 결과를 얻은 후 앞선 filter와 map연산은 더 이상 수행할 필요가 없어 빠르게 최종 연산을 수행한다.

두 번째는 루프 퓨전이다.

위의 예시 코드에서 filter와 map 연산에 값을 print 하는 과정을 추가한다면 filter와 map이 다른 연산이지만 한 과정으로 병합되어 처리됨을 확인할 수 있다. 루프 퓨전은 이렇게 둘 이상의 연산이 합쳐 하나의 연산으로 처리됨을 말한다.

최종 연산

최종 연산은 스트림 파이프라인에서 결과를 도출한다.

보통 최종 연산에 의해 List, Integer, void 등 스트림 이외의 결과가 반환된다.

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• Stream은 데이터를 변경하지 않는다.
• Stream은 1회용 이다.
• Stream은 지연 연산을 수행한다.
• Stream은 병렬 실행이 가능하다.