Java의 정석 의 책을 읽고 정리한 내용입니다.

 

📚 1. 람다식(Lambda expression)

📖 A. 람다식이란?

람다식(Lambda expression) : 간단히 말해서 메서드를 하나의 식(expression)으로 표현한 것이다.
람다식을 익명함수(anonymous function)이라고도 한다.

int[] arr = new int[5];
Arrays.setAll(arr, (i) -> (int) (Math.random()*5)+1);

이 람다식이 하는 일을 메서드로 표현

int method() {
	return (int)(Math.random()*5)+1;
}

 

📌 메서드와 함수의 차이
객체지향개념에서 함수(function)대신에 객체의 행위나 동작을 의미하는 메서드(method)라는 용어를 사용한다.
메서드는 함수와 같은 의미지만, 특정 클래스에 반드시 속해야 한다는 제약이 있기 때문에 기존의 함수와 같은 의미의 다른 용어를 선택해서 사용한 것이다.

 

📖 B. 람다식 작성하기

람다식은 익명 함수 답게 메서드에서 이름과 반환타입을 제거하고 매개변수 선언부와 몸통{} 사이에 -> 를 추가한다.

반환타입 메서드이름(매개변수 선언) {
	문장들
}

➡️

(매개변수 선언) → {
	문장들
}

문장(statement) 이 아닌 식이므로 끝에 ;을 붙이지 않는다.

 

매개변수의 타입이 있으면 괄호()를 생략할 수 없다.

(a) -> a * a
(int a) -> a * a

➡️

a -> a * a // Ok
(int a) -> a * a // 에러

 

마찬가지로 괄호{} 안의 문장이 하나일 때는 괄호{}를 생략할 수 있다.
이 때 문장의 끝에 ;를 붙이지 않아야 한다는 것에 주의하자.

(String name, int i) -> {
	System.out.println(name+"="+i);
}

➡️

(String name, int i) ->
	System.out.println(name+"="+i)

 

괄호{} 안의 문장이 return문일 경우 괄호{}를 생략할 수 없다.

(int a, int b) -> { return a > b ? a : b} // OK
(int a, int b) -> return a > b ? a : b // 에러

 

✔️ 메서드를 람다식으로 변환 예제

 

📖 C. 함수형 인터페이스(Functional Interface)

람다식은 익명 클래스의 객체와 동등하다.

(int a, int b) -> a > b ? a : b

↔️

new Object() {
	int max(int a, int b) {
    	return a > b ? a : b
    }
}

람다식으로 정의된 익명 객체의 메서드를 어떻게 호출할 수 있을까?
➡️ 참조변수가 있어야 객체의 메서드를 호출 할 수 있으니, 일단 이 익명 객체의 주소를 f라는 참조변수에 저장해 보자.

타입 f = (int a, int b) -> a > b ? a : b; // 참조변수의 타입을 뭘로 해야 할까?

참조변수 f의 타입은 어떤 것이어야 할까?
참조형이니까 클래스 또는 인터페이스가 가능하다.
람다식과 동등한 메서드가 정의되어 있는 것이어야 한다.
그래야만 참조변수로 익명 객체(람다식)의 메서드를 호출할 수 있기 때문이다.

 

예를 들어서 아래와 같이 max()라는 메서드가 정의된 MyFunction 인터페이스가 정의되어 있다고 가정하자.

interface MyFunction {
	public abstarct int max (int a, int b);
}

그러면 이 인터페이스를 구현한 익명 클래스의 객체는 다음과 같이 생성할 수 있다.

MyFunction f = new MyFunction() {
	public int max(int a, int b) {
    	return a > b ? a : b;
    }
};
int big = f.max(5, 3); // 익명 객체의 메서드를 호출한다.

MyFunction인터페이스에 정의된 메서드 max()는 람다식 (int a, int b) -> a > b ? a : b과 메서드의 선언부가 일치한다.
그래서 위 코드의 익명 객체를 람다식으로 아래와 같이 대체할 수 있다.

MyFunction f = (int a, int b) -> a > b ? a : b // 익명 객체를 람다식으로 대체
int big = f.max(5, 3); // 익명 객체의 메서드를 호출한다.

이처럼 MyFunction인터페이스를 구현한 익명 객체를 람다식으로 대체가 가능한 이유는, 람다식도 실제로는 익명 객체이고, MyFunction 인터페이스를 구현한 익명 객체의 메서드 max()와 람다식의 매개변수의 타입과 개수 그리고 반환값이 일치하기 때문이다.

 

함수형 인터페이스(functional interface) : 람다식을 다루기 위한 인터페이스

@FunctionalInterface
interface MyFunction { // 함수형 인터페이스 MyFunction을 정의
	public absteract int max(int a, int b);
}

함수형 인터페이스에는 오직 하나의 추상 메서드만 정의되어 있어야 한다는 제약이 있다. 그래야 람다식과 인터페이스의 메서드가 1:1로 연결될 수 있기 때문이다.
반면에 static메서드와 default메서드의 개수에는 제약이 없다.

 

💡 참고
@FuncttionalInterface를 붙이면, 컴파일러가 함수형 인터페이스를 올바르게 정의했는지 확인해주므로, 꼭 붙여야 한다.

 

List<String> list = Array.asList("abc", "aaa", "bbb", "ddd", "aaa");
Collections.sort(list, new Comparator<String>() {
	public int compare(String s1, String s2) {
    	return s2.compareTo(s1);
    }
});

➡️ 

List<String> list = Arrays.asList("abc", "aaa", "bbb", "ddd", "aaa");
Collections.sort(list, (s1, s2) -> s2.compareTo(s1));

이제 람다식으로 간단히 처리할 수 있게 되었다.

 

✔️ 함수형 인터페이스 타입의 매개변수와 반환타입

@FunctionalInterface
interface MyFunction {
	void myMethod(); // 추상 메서드
}

메서드의 매개변수가 MyFunction타입이라면, 이 메서드를 호출할 때 람다식을 참조하는 참조변수를 매개변수로 지정해야 한다는 뜻이다.

void aMethod(MyFunction f) {	// 매개변수의 타입이 함수형 인터페이스
	f.myMethod();		// MyFunction에 정의된 메서드 호출
}
	...
MyFunction f = () -> System.out.println('myMethod()");
aMethod(f);

참조변수 없이 아래 코드와 같이 직접 람다식을 매개변수로 지정하는 것도 가능하다.

aMethod(()->System.out.println("myMethod()")); // 람다식을 매개변수로 지정

 

그리고 메서드의 반환타입이 함수형 인터페이스타입이라면, 이 함수형 인터페이스의 추상메서드와 동등한 람다식을 가리키는 참조변수를 반환하거나 람다식을 직접 반환할 수 있다.

MyFunction myMethod() {
	MyFunction f = () -> {};
    return f;	// 이 줄과 윗 줄을 한 줄로 줄이면, return () -> {};
}

람다식을 참조변수로 다룰 수 있다는 것은 메서드를 통해 람다식을 주고받을 수 있다는 것을 의미한다.
즉, 변수처럼 메서드를 주고받는 것이 가능해진 것이다.

 

✔️ 람다식의 타입과 형변환
함수형 인터페이스로 람다식을 참조할 수 있는 것일 뿐, 람다식의 타입이 함수형 인터페이스의 타입과 일치하는 것은 아니다.
람다식은 익명 객체이고 익명 객체는 타입이 없다. 정확히는 타입은 있지만 컴파일러가 임의로 이름을 정하기 때문에 알 수 없는 것이다.
그래서 대입 연산자의 양변의 타입을 일치시키기 위해 아래 코드와 같이 형변환이 필요하다.

interface MyFunction{
	void method();
}

MyFunction f = (MyFunction) (() -> {}); // 양변의 타입이 다르므로 형변환이 필요하다.

람다식은 MyFunction 인터페이스를 직접 구현하진 않았지만,
이 인터페이스를 구현한 클래스의 객체와 완전히 동일하기 때문에 위와 같은 형변환을 허용한다. 그리고 이 형변환은 생략가능하다.
람다식은 이름이 없을 뿐 분명히 객체인데도, 아래와 같이 Object타입으로 형변환 할 수 없다.
람다식은 오직 함수형 인터페이스로만 형변환이 가능하다.

Object obj = (Object) (() -> {}); // 에러. 함수형 인터페이스로만 형변환 가능

굳이 Object타입으로 형변환하려면, 먼저 함수형 인터페이스로 변환해야 한다.

Object obj = (Object) (MyFunction) (() -> {});
STring str = ((Object) (MyFunction) (() -> {})).toString();

 

일반적인 익명 객체라면, 객체 타입 : 외부클래스이름$번호와 같은 형식으로 타입이 결정된다.
람다식의 타입 : 외부클래스이름$$Lambda$번호와 같은 형식으로 타입이 결정된다.

 

✔️ 외부 변수를 참조하는 람다식
람다식도 익명 객체, 즉 익명 클래스의 인스턴스이므로 람다식에 외부에 선언된 변수에 접근하는 규칙은 앞서 익명 클래스에서 배운 것과 동일하다.

@Functionalinterface
interface MyFunction {
	void myMethod();
}
class Outer {
	int val=10; // Outer.this.val
    
    class Inner {
    	int val=20; // this.val
        
        void method(int i) { // void method(final int i) {
        	int val=30; // final int val=30;
      //    i=10; -> 에러, 상수의 값을 변경할 수 없음.
            
            MyFunction f = () -> {
            	System.out.println("			 i : " + i);
                System.out.println("	 	   val : " + val);
                System.out.println("	  this.val : " + ++this.val);
                System.out.println("Outer.this.val : " + ++Outer.this.val);
            };
            f.myMethod();
        }
        }
    } // Inner클래스의 끝
} // Outer클래스의 끝

class LambdaEx3 {
	public static void main(String args[]) {
    	Outer outer = new Outer();
        Outer.Inner inner = outer.new Inner();
        inner.method(100);
    }
}

i : 100
val : 30
this.val : 21
Outer.this.val : 11

이 예제는 람다식 내에서 외부에 선언된 변수에 접근하는 방법을 보여준다. 람다식 내에서 참조하는 지역변수는 final이 붙지 않았어도 상수로 간주된다. 람다식 내에서 지역변수 i와 val을 참조하고 있으므로 람다식 내에서나 다른 어느 곳에서도 이 변수들의 값을 변경하는 일은 허용되지 않는다.
반면에 Inner클래스와 Outer클래스의 인스턴스 변수인 this.val과 Outer.this.val은 상수로 간주되지 않으므로 값을 변경해도 된다.

void method(int i) {
	int val = 30; // final int val = 30;
    i = 10; // 에러1, 상수의 값을 변경할 수 없음
    
    MyFunction f = (i) -> { // 에러2, 외부 지역변수와 이름이 중복됨
            	System.out.println("			 i : " + i);
                System.out.println("	 	   val : " + val);
                System.out.println("	  this.val : " + ++this.val);
                System.out.println("Outer.this.val : " + ++Outer.this.val);
    }
};

외부 지역변수와 같은 이름의 람다식 매개변수는 허용되지 않는다. (에러2)

 

📖 D. java.util.function 패키지

java.util.function 패키지에 일반적으로 자주 쓰이는 형식의 메서드를 함수형 인터페이스로 미리 정의해 놓았다.
매번 새로운 함수형 인터페이스를 정의하지 말고, 가능하면 이 패키지의 인터페이스를 활용하는 것이 좋다.
그래야 함수형 인터페이스에 정의된 메서드 이름도 통일되고, 재사용성이나 유지보수 측면에서도 좋다.

 

✔️ java.util.function패키지의 주요 함수형 인터페이스

 

💡 참고
타입 문자 T는 Type을 R은 Return Type을 의미한다.

 

✔️ 조건식의 표현에 사용되는 Predicate
Predicate는 Function의 변형으로, 반환타입이 boolean이라는 것만 다르다.

 

💡 참고
수학에서 결과로 true 또는 false를 반환하는 함수를 프레디케이트(predicate)라고 한다.

 

Predicate<String> isEmptyStr = s -> s.length() == 0;
String s = "";
if(isEmptrySTr.test(s)) // if(s.length() ==0)
	System.out.println("This is an empty String.");

 

✔️ 매개변수가 두 개인 함수형 인터페이스

매개변수의 개수가 2개인 함수형 인터페이스는 이름 앞에 접두사 Bi가 붙는다.

 

💡 참고
매개변수의 타입으로 보통 T를 사용하므로, 알파벳에서 T 다음의 문자인 U, V, W를 매개변수의 타입으로 사용하는 것일 뿐 별다른 의미는 없다.

 

두 개 이상의 매개변수를 갖는 함수형 인터페이스가 필요하다면 직접 만들어서 사용해야 한다.
만일 3개의 매개변수를 갖는 함수형 인터페이스를 선언한다면 아래 코드와 같을 것이다.

@FunctionalInterface
interface TriFunction<T,U,V,R> {
	R apply(T t, U u, V v);
}

 

✔️ UnaryOperator와 BinaryOperator
Function의 또 다른 변형으로 UnaryOperator와 BinaryOperator가 있는데, 매개변수의 타입과 반환타입의 타입이 모두 일치한다는 점만 제외하고는 Function과 같다.

 

💡 참고
UnaryOperator와 BinaryOperator의 조상은 각각 Function과 BiFunction이다.

 

 

✔️ 컬렉션 프레임워크와 함수형 인터페이스
컬렉션 프레임워크의 인터페이스에 다수의 디폴트 메서드가 추가됐는데, 그 중의 일부는 함수형 인터페이스를 사용한다.

Map인터페이스에 있는 compute로 시작하는 메서드들은 맵의 value를 변환하는 일을 하고 merge()는 Map을 병합하는 일을 한다.

 

✔️ 기본형을 사용하는 함수형 인터페이스

기본형 대신 래퍼클래스를 사용하는 것은 당연히 비효율적이다.
효율적으로 처리할 수 있도록 기본형을 사용하는 함수형 인터페이스들이 제공된다.

타입을 지정

Function<Integer, Integer> f = (a) -> 2*a; // OK, 매개변수 타입과 반환타입이 Integer

 

IntUnaryOperator가 Function이나 IntFunction보다 오토박싱&언박싱의 횟수가 줄어들어 더 성능이 좋다.

IntFunction<Integer> f = (a) -> 2*a; // Ok, 매개변수 타입은 int, 반환타입은 Integer

매개변수의 타입과 반환타입이 일치할 때는 앞에서 배운 것처럼 Function 대신 UnaryOperator를 사용하자.

 

📖 E. Fuunction의 합성과 Predicate의 결합

Function과 Predicate에 정의된 메서드에 대해서만 살펴볼 것인데, 그 이유는 다른 함수형 인터페이스의 메서드도 유사하기 때문이다.

 

💡 참고
원래 Function인터페이스는 반드시 두 개의 타입을 지정해 줘야 하기 때문에, 두 타입이 같아도 Function< T>라고 쓸 수 없다. Function<T,T>라고 써야 한다.

 

Function
default <V> Function<T,V> andThen(Function<? super R, ? extends V> after)
default <V> Function<V,R> compose(Function<? super V, ? extends T> before)
static <T> Function<T,T> identify()
	
	
Predicate
default Predicate<T> and(Predicate<? super T> other)
default Predicate<T> or(Predicate<? super T> other)
default Predicate<T> negate()
static<T> Predicate<T> isEqual(Object targetRef)

 

✔️ Function의 합성
두 람다식을 합성해서 새로운 람다식을 만들 수 있다. 두 함수의 합성은 어느 함수를 먼저 적용하느냐에 따라서 달라진다. 함수 f, g가 있을 때, f.andThen(g)는 함수 f를 먼저 적용하고, 그 다음에 함수 g를 적용한다.
그리고 f.compose(g)는 반대로 g를 먼저 적용하고 f를 적용한다.

예를 들어, 문자열을 숫자로 변환하는 함수 f와 숫자를 2진 문자열로 반환하는 함수 g를 andThen()으로 합성해서 새로운 함수 h를 만들어 낼 수 있다.

 

Function<String, Integer> f = (s) -> Integer.parseInt(s, 16);
Function<Integer, String> g = (i) -> Integer.toBinaryString(i);
Function<String, String> h = f.andThen(g);

함수 h의 지네릭 타입이 <String, String>이다.
즉, String을 입력받아서 String을 결과로 반환한다.

예를 들어서 함수 h에 문자열 FF를 입력하면, 결과로 11111111을 얻는다.

 

이번엔 compose()를 이용해서 두 함수를 반대의 순서로 합성해보자.

Function<Integer,String> g = (i) -> Integer.toBinaryString(i);
Function<String,Integer> f = (s) -> Integer.parseInt(s,16);
Function<Integer, Integer> h = f.compose(g);

이전과 달리 함수 h의 지네릭 타입이 <Integer, Integer>이다. 함수 h에 숫자 2를 입력하면, 결과로 16을 얻는다.

그리고 identify()는 함수를 적용하기 이전과 이후가 동일한 항등 함수가 필요할 때 사용한다. 이 함수를 람다식으로 표현하면 x->x이다.

 

💡 참고
항등 함수는 함수에 x를 대입하면 결과가 x인 함수를 말한다. f(x)=x

 

Function<String, String> f = x -> x;
// Function<String, String> f = Function.identify(); // 위 문장과 동일하다.
System.out.println(f.apply("AAA")); // AAA가 그대로 출력된다.

항등 함수는 잘 사용하지 않는 편이며, 나중에 배울 map()으로 변환작업을 할 때, 변환없이 그대로 처리하고자할 때 사용된다.

 

✔️ Predicate의 결합
여러 Predicatte를 and(), or(), negate()로 연결해서 하나의 새로운 Predicate로 결합할 수 있다.

Predicate<Integer> p = i -> i < 100;
Predicate<Integer> q = i -> i < 200;
Predicate<Integer> r = i -> i%2 == 0;
Predicate<Integer> notP = p.negate(); // i >= 100
// 100 <= i && (i < 200 || i%2==0)
Predicate<Integer> all = notP.and(q.or(r));
System.out.println(all.test(150)); // true

아래와 같이 람다식을 직접 넣어도 된다.

Predicate<Integer> all = notP.and(i -> i < 200).or(i -> i%2 == 0);

 

💡 참고
Predicate의 끝에 negate()를 붙이면 조건식 전체가 부정된다.

 

static메서드인 isEqual()은 두 대상을 비교하는 Predicate를 만들 때 사용한다.
먼저, isEqual()의 매개변수로 비교대상을 하나 지정하고, 또 다른 비교대상은 test()의 매개변수로 지정한다.

Predicate<String> p = Predicate.isEqual (str1);
boolean result = p.test(str2); // str1과 str2가 같은지 비교하여 결과를 반환한다.

 

위 두 문장을 합치면 아래와 같다.

// str1과 str2가 같은지 비교
boolena result = Predicate.isEqual(str1).test(str2);

 

📖 F. 메서드 참조

람다식이 하나의 메서드만 호출하는 경우에는 메서드 참조(method reference) 라는 방법으로 람다식을 간략히 할 수 있다.
예를 들어 문자열을 정수로 변환하는 람다식은 아래 코드처럼 작성할 수 있다.

Function<String, Integer> f = (String s) -> Integer.parseInt(s);

보통은 위 코드처럼 람다식을 작성하는데, 위 람다식을 메서드로 표현하면 아래 코드와 같다.

Integer wrapper(String s) { // 이 메서드의 이름은 의미없다.
	return Integer.parseInt(s);
}

 

아래의 람다식을 메서드 참조로 변경한다면, 어떻게 될까?

BiFunction<String, String, Boolean> f = (s1, s2) -> s1.equals(s2);

참조변수 f의 타입만 봐도 람다식이 두 개의 String타입의 매개변수를 받는다는 것을 알 수 있으므로, 람다식의 매개변수들은 없어도 된다.
위의 람다식에서 매개변수들을 제거해서 메서드 참조로 변경하면 아래 코드와 같다.

BiFunction<String, String, Boolean> f = (s1, s2) -> s1.equals(s2);

➡️

BiFunction<String, String, Boolean> f  = String::equals; // 메서드 참조

매개변수 s1과 s2를 생략하고 나면 equals만 남는데, 두 개의 String을 받아서 Boolean을 반환하는 equals라는 이름의 메서드는 다른 클래스에도 존재할 수 있기 때문에 equals 앞에 클래스 이름은 반드시 필요하다.

 

메서드 참조를 사용할 수 있는 경우가 한 가지 더 있다. 이미 생성된 객체의 메서드를 람다식에서 사용한 경우에는 클래스 이름 대신 그 객체의 참조변수를 적어줘야 한다.

MyClass obj = new MyClass();
Function<String, Boolean> f = (x) -> obj.equals(x); // 람다식
Function<String, Boolean> f2 = obj::equals; // 메서드 참조

 

📌 정리 - 람다식을 메서드 참조로 변환하는 방법

종류	람다	메서드 참조
static메서드 참조	(x) -> ClassName.method(X)	ClassName::method
인스턴스메서드 참조	(obj.x) -> obj.method(X)	ClassName::method
특정 객체 인스턴스메서드 참조	(x) -> obj.method(X)	obj::method

하나의 메서드만 호출하는 람다식은
'클래스이름::메서드이름' 또는 '참조변수::메서드이름'으로 바꿀 수 있다.

 

✔️ 생성자의 메서드 참조
생성자를 호출하는 람다식도 메서드 참조로 변환할 수 있다.

Supplier<MyClass> s = () -> new MyClass(); // 람다식
Supplier<MyClass> s = MyClass::new; // 메서드 참조

매개변수가 있는 생성자라면, 매개변수의 개수에 따라 알맞은 함수형 인터페이스를 사용하면 된다. 필요하다면 함수형 인터페이스를 새로 정의해야 한다.

Function<Integer, MyClass> f = (i) -> new MyClass(i); // 람다식
Function<Integer, MyClass> f2 = MyClass::new; // 메서드 참조

BiFunction<Integer, String, MyClass> bf = (i, s) -> new MyClass(i, s);
BiFunction<Integer, String, MyClass> bf2 = MyClass::new; // 메서드 참조

배열을 생성할 때는 아래와 같이 하면 된다.

Function<Integer, int[]> f = x -> new int[x]; // 람다식
Function<Integer, int[]> f2 = int[]::new; // 메서드 참조

메서드 참조는 람다식을 마치 static변수처럼 다룰 수 있게 해준다. 메서드 참조는 코드를 간략히 하는데 유용해서 많이 사용된다.

람다식을 메서드 참조로 변환하는 연습을 많이해서 빨리 익숙해져야 한다!

 

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참고

• 표 참고