Stream API

.·2022년 7월 30일

CS Java language 스터디

Computer Science

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다양한 방식으로 저장된 데이터를 읽고 쓰기 위한 공통된 방법을 제공

특징

외부 반복을 통해 작업하는 컬렉션과 달리 내부 반복(internal iteration)을 통해 작업을 수행한다.
재사용이 가능한 컬렉션과 달리 한 번만 사용할 수 있다.
원본 데이터를 변경하지 않는다.
필터-맵(filter-map) 기반의 API를 사용하여 지연(lazy) 연산을 통해 성능을 최적화한다.
parallelStream() 메서드를 통한 손쉬운 병렬 처리를 지원한다.
배열, 컬렉션, 파일에 저장된 데이터도 모두 같은 방법으로 다룰 수 있다.
매개 변수로 함수형 인터페이스를 받는다.
- 람다식은 함수형 인터페이스를 반환한다.

동작 흐름

스트림의 생성
스트림의 중개 연산 (스트림의 변환)
스트림의 최종 연산 (스트림 사용)

1. 스트림 생성

컬렉션, 배열, 가변 매개변수, 지정된 범위의 연속된 정수, 특정 타입의 난수들, 람다 표현식, 파일, 빈 스트림 같은 다양한 데이터 소스에서 Stream API를 생성할 수 있다.

Collection

모든 컬렉션의 최고 상위 조상인 Collection 인터페이스에는 스트림을 생성하는 stream()이 정의되어 있다.
parallelStream()으로 병렬 처리가 가능한 스트림을 생성할 수도 있다.

List<Integer> list = new ArrayList<>(List.of(1, 4, 3, 2));

Stream<Integer> stream = list.stream();
stream.forEach(System.out::println);

<실행 결과>

1
4
3
2

Stream.forEach() : 해당 스트림의 요소를 하나씩 소모해가며 순차적으로 접근한다.
- 같은 스트림으로는 해당 메서드를 한 번밖에 호출할 수 없다.
- 원본 데이터를 소모하는 것이 아니다.

Array

Arrays 클래스에 다양한 stream() 메서드가 클래스 메서드로 정의되어 있다.
기본 타입을 저장할 수 있는 배열에 관한 스트림이 별도로 정의되어 있다.
- java.util.stream 패키지의 IntStream, LongStream, DoubleStream의 인터페이스로 각각 제공된다.
전체 배열뿐만 아니라 일부분의 스트림을 생성할 수 있다.

String[] array = new String[]{"하나", "넷", "셋", "둘"};

Stream<String> stream1 = Arrays.stream(array);
stream1.forEach(e -> System.out.print(e + " "));
System.out.println();

Stream<String> stream2 = Arrays.stream(array, 1, 3);
stream2.forEach(e -> System.out.print(e + " "));

<실행 결과>

하나 넷 셋 둘
넷 셋

Variable Parameter 가변 매개변수

Stream 클래스의 of() → 가변 매개변수를 전달받아 스트림 생성 가능

Stream<Double> stream = Stream.of(4.2, 2.5, 3.1, 1.9)

지정된 범위의 연속된 정수

IntStream과 LongStream 인터페이스에 range(), rangeClosed()가 정의되어 있다.
- range(int begin, int end) : begin ~ (end - 1)
- rangeClosed(int begin, int end) : begin ~ end

IntStream stream1 = IntStream.range(1, 4);
stream1.forEach(e -> System.out.print(e + " "));
System.out.println();

IntStream stream2 = IntStream.range(1, 4);
stream2.forEach(e -> System.out.print(e + " "));

<실행 결과>

1 2 3
1 2 3 4

특정 타입의 난수

Random 클래스의 ints(), longs(), doubles()
- 매개변수로 long 타입의 스트림의 크기를 전달받는다.
- 매개변수가 없다면 크기가 정해지지 않은 무한 스트림(infinite stream) 반환
  - 이때 limit() 메서드로 따로 스트림의 크기를 제한해야 한다.

Random random = new Random();
IntStream stream = random.ints(4);
stream.forEach(System.out::println);

Lambda Expression

매개변수로 전달받은 람다식의 반환값을 요소로 하는 무한 스트림
Stream 클래스의 iterate(), generate()
- iterate(): seed로 명시된 값을 람다식에 사용하여 반환된 값을 다시 시드로 사용하는 방식
- generate(): 매개변수가 없는 람다 표현식을 사용하여 반환된 값으로 무한 스트림 생성

IntStream stream = Stream.iterate(2, n -> n + 2);  // 2, 4, 6, 8, 10, ..

File

jva.nio.file.Files 클래스의 lines() : 파일의 한 행(line)을 요소로 하는 스트림
java.nio.BufferedReader 클래스의 lines() : 파일뿐만 아니라 다른 입력으로부터도 데이터를 행 단위로 읽어올 수 있다.

Stream<String> stream = Files.lines(Path path);

Empty Stream

아무 요소도 가지지 않는다.

Stream<Object> stream = Stream.empty();
System.out.println(stream.count());

<실행 결과>

0

2. 중개 연산 intermediate operation

초기 스트림은 중개 연산을 통해 또 다른 스트림으로 변환된다.

연속으로 연결해서 사용할 수 있다.

filter-map 기반 API 사용 → 지연(lazy) 연산을 통해 성능 최적화한다.

스트림 필터링: filter(), distinct()
스트림 변환: map(), flatMap()
스트림 제한: limit(), skip()
스트림 정렬: sorted()
스트림 연산 결과 확인: peek()

필터링

Stream<T> filter(Predicate<? super T> predicate): 주어진 조건(predicate)에 맞는 요소로만 구성된 새로운 스트림 반환
Stream<T> distinct(): 중복된 요소가 제거된 새로운 스트림 반환
- Object 클래스의 equals() 사용

IntStream stream1 = IntStream.of(7, 5, 5, 2, 1, 2, 3, 5, 4, 6);
IntStream stream2 = IntStream.of(7, 5, 5, 2, 1, 2, 3, 5, 4, 6);

stream1.distinct()
    .forEach(e -> System.out.print(e + " "));
System.out.println();

stream2.filter(n -> n % 2 != 0)
    .forEach(e -> System.out.print(e + " "));

<실행 결과>

7 5 2 1 3 4 6 
7 5 5 1 3 5

변환

<R> Stream<R> map(Function<? super T, ? extends R> mapper): 요소들을 주어진 함수 인수로 전달하여 그 반환값들로 이루어진 새로운 스트림 반환
<R> Stream<R> flatMap(Function<? super T, ? extends Stream<? extends R>> mapper): 스트림의 요소가 배열일 경우 배열의 각 요소의 반환값을 하나로 합친 새로운 스트림 반환

Stream<String> stream = Stream.of("HTML", "CSS", "JAVA", "JAVASCRIPT");
stream.map(s -> s.length())
    .forEach(System.out::println);

<실행 결과>

4
3
4
10

String[] array = {"Woowahan study", "clean architecture"};

Stream<String> stream = Arrays.stream(array);
stream.flatMap(s -> Stream.of(s.split(" ")))
    .forEach(System.out::println);

<실행 결과>

Woowahan
study
clean
architecture

제한

Stream<T> limit(long maxSize): 첫 번째 요소부터 전달된 개수만큼의 요소만으로 이루어진 새로운 스트림 반환
Stream<T> skip(long n): 첫 번째 요소부터 전달된 개수만큼의 요소를 제외한 나머지 요소만으로 이루어진 새로운 스트림 반환

IntStream stream1 = IntStream.range(0, 10);
IntStream stream2 = IntStream.range(0, 10);
IntStream stream3 = IntStream.range(0, 10);

stream1.limit(5)
    .forEach(n -> System.out.print(n + " "));
System.out.println();

stream1.skip(4)
    .forEach(n -> System.out.print(n + " "));
System.out.println();

stream1.skip(3)
    .limit(5)
    .forEach(n -> System.out.print(n + " "));

<실행 결과>

0 1 2 3 4
4 5 6 7 8 9
3 4 5 6 7

정렬

Stream<T> sorted(Comparator<? super T> comparator): 주어진 비교자(comparator)를 이용하여 정렬한다.
Stream<T>sorted(): 비교자를 전달하지 않으면 사전 편찬 순(natural order)으로 정렬한다.

Stream<String> stream1 = Stream.of("JAVA", "HTML", "JAVASCRIPT", "CSS");
Stream<String> stream1 = Stream.of("JAVA", "HTML", "JAVASCRIPT", "CSS");

stream1.sorted()
    .forEach(s -> System.out.print(s + " "));
System.out.println();

stream1.sorted(Comparator.reverseOrder())
    .forEach(s -> System.out.print(s + " "));

<실행 결과>

CSS HTML JAVA JAVASCRIPT
JAVASCRIPT JAVA HTML CSS

연산 결과 확인

Stream<T> peek(Consumer<? super T> action): 원본 스트림이 아닌 결과 스트림으로부터 요소를 소모하여 추가로 명시된 동작을 수행한다.
- 연산과 연산 사이 결과를 확인하고 싶을 때 사용한다. (디버깅)

IntStream stream = IntStream.of(7, 5, 5, 2, 1, 2, 3, 5, 4, 6);

stream1.peek(s -> System.out.println("원본 스트림: " + s))
    .skip(2)
    .peek(s -> System.out.println("skip(2) 실행 후: " + s))
    .limit(5)
    .peek(s -> System.out.println("limit(5) 실행 후: " + s))
    .sorted()
    .peek(s -> System.out.println("sorted() 실행 후: " + s))
    .forEach(System.out::println);

<실행 결과>

원본 스트림 : 7
원본 스트림 : 5
원본 스트림 : 5
skip(2) 실행 후 : 5
limit(5) 실행 후 : 5
원본 스트림 : 2
skip(2) 실행 후 : 2
limit(5) 실행 후 : 2
원본 스트림 : 1
skip(2) 실행 후 : 1
limit(5) 실행 후 : 1
원본 스트림 : 2
skip(2) 실행 후 : 2
limit(5) 실행 후 : 2
원본 스트림 : 3
skip(2) 실행 후 : 3
limit(5) 실행 후 : 3
sorted() 실행 후 : 1
1
sorted() 실행 후 : 2
2
sorted() 실행 후 : 2
2
sorted() 실행 후 : 3
3
sorted() 실행 후 : 5
5

3. 최종 연산 terminal operation

중개 연산을 통해 변환된 스트림은 최종 연산을 통해 각 요소를 소모하며 결과를 표시한다.

지연(lazy)되었던 모든 중개 연산들이 모두 수행되는 것

최종 연산 시 모든 요소를 소모한 스트림은 더는 사용할 수 없다.

요소의 출력: forEach()
요소의 소모: reduce()
요소의 검색: findFirst(), findAny()
요소의 검사: anyMatch(), allMatch(), nonMatch()
요소의 통계: count(), min(), max()
요소의 연산: sum(), average()
요소의 수집: collect()

출력

void forEach(Consumer<? super T> action): 각 요소를 소모하여 명시된 동작 수행
- 반환 타입이 void이므로 보통 요소를 출력하는 용도로 쓰인다.

Stream<String> stream = Stream.of("JAVA", "HTML", "JAVASCRIPT", "CSS");
stream..forEach(System.out::println);

<실행 결과>

JAVA
HTML
JAVASCRIPT
CSS

소모

Optional<T> reduce(BinaryOperator<T> accumulator): 첫 번째 요소와 두 번째 요소로 연산을 수행한 뒤, 그 결과와 세 번째 요소로 또다시 연산을 수행한다.
T reduce(T identity, BinaryOperator<T> accumulator): 인수로 전달받은 초기값과 첫 번째 요소와 연산을 한 뒤, 그 결과와 두 번째 요소를 가지고 계속해서 연산을 수행한다.
- 빈 스트림과 연산할 경우 초깃값을 그대로 반환한다.

Stream<String> stream1 = Stream.of("JAVA", "HTML", "JAVASCRIPT", "CSS");
Stream<String> stream1 = Stream.of("JAVA", "HTML", "JAVASCRIPT", "CSS");

Optional<String> result1 = stream1.reduce(s1, s2) -> s1 + "_" + s2);
result1.ifPresent(System.out::println);

String result2 = stream2.reduce("PYTHON", (s1, s2) -> s1 + "_" + s2);
System.out.println(result2);

<실행 결과>

JAVA_HTML_JAVASCRIPT_CSS
PYTHON_JAVA_HTML_JAVASCRIPT_CSS

검색

Optional<T> findFirst(), Optional<T> findAny(): 첫 번째 요소 참조
- 빈 스트림에서는 비어있는 Optional 객체 반환
병렬 스트림의 경우 findAny()를 사용해야 정확한 연산 결과를 얻을 수 있다.

IntStream stream1 = IntStream.of(4, 2, 7, 3, 5, 1, 6);
IntStream stream2 = IntStream.of(4, 2, 7, 3, 5, 1, 6);

OptionalInt result1 = stream1.sorted().findFirst();
System.out.println(result1.getAsInt());

OptionalInt result2 = stream2.findAny();
System.out.println(result2.getAsInt());

<실행 결과>

1
4

검사

boolean anyMatch(Predicate<? super T> predicate): 특정 조건을 만족하는 요소가 있는가
boolean allMatch(Predicate<? super T> predicate): 특정 조건을 모두 만족하는가
boolean noneMatch(Predicate<? super T> predicate): 특정 조건을 모두 만족하지 않는가

IntStream stream1 = IntStream.of(30, 90, 70, 10);
IntStream stream2 = IntStream.of(30, 90, 70, 10);

System.out.println(stream1.anyMatch(n -> n == 70));
System.out.println(stream2.allMatch(n -> n > 80));

<실행 결과>

true
false

통계

long count(): 요소의 개수 반환
Optional<T> max(Comparator<? super T> comparator), Optional<T> min(Comparator<? super T> comparator): 요소 중 가장 큰 값과 가장 작은 값의 요소를 참조하는 Optional 객체 반환

IntStream stream1 = IntStream.of(30, 90, 70, 10);
IntStream stream2 = IntStream.of(30, 90, 70, 10);

long result1 = stream1.count();
OptionalInt result2 = stream2.max();

System.out.println(result1);
System.out.println(result2.getAsInt());

<실행 결과>

4
90

연산

IntStream, DoubleStream 같은 기본 타입 스트림의 제공 메서드
T sum(): 모든 요소의 합 반환
Optional<T> average(): 모든 요소의 평균값 반환

IntStream stream1 = IntStream.of(30, 90, 70, 10);
DoubleStream stream2 = DoubleStream.of(30.3, 90.9, 70.7, 10.1);

int result1 = stream1.sum();
OptionalDouble result2 = stream2.average();

System.out.println(result1);
System.out.println(result2.getAsDouble());

<실행 결과>

200
50.5

수집

<R,A> R collect(Collector<? super T,A,R> collector): 인수로 전달되는 Collectors 객체에 구현된 방법대로 스트림의 요소를 수집한다.
Collector 클래스에는 미리 정의된 다양한 방법이 정적 메서드로 정의되어 있다.
1. 스트림을 배열이나 컬렉션으로 변환: toArray() toCollection() toList() toSet() toMap()
2. 요소의 통계, 연산: counting() maxBy() minBy() summingInt() averagingInt()
3. 요소의 소모: reducing() joining()
4. 요소의 그룹화와 분할: groupingBy() partitioningBy()

Stream<String> stream = Stream.of("JAVA", "HTML", "JAVASCRIPT", "CSS");

List<String> list = stream.collect(Collectors.toList());
Iterator<String> iter = list.iterator();
while(iter.hasNext()) {
    System.out.print(iter.next() + " ");
}

<실행 결과>

JAVA HTML JAVASCRIPT CSS

Stream<String> stream = Stream.of("JAVA", "PHP", "JAVASCRIPT", "CSS");

Map<Boolean, List<String>> partition = stream.collect(
    Collectors.partitioningBy(s -> s.length() % 2 == 0));

List<String> oddLengthList = partition.get(false);
System.out.println(oddLengthList);

List<String> evenLengthList = partition.get(true);
System.out.println(evenLengthList);

<실행 결과>

[PHP, CSS]
[JAVA, JAVASCRIPT]

출처

코딩교육 티씨피스쿨

Stream API

Computer Science

특징

동작 흐름

1. 스트림 생성

Collection

Array

Variable Parameter 가변 매개변수

지정된 범위의 연속된 정수

특정 타입의 난수

Lambda Expression

File

Empty Stream

2. 중개 연산 intermediate operation

필터링

변환

제한

정렬

연산 결과 확인

3. 최종 연산 terminal operation

출력

소모

검색

검사

통계

연산

수집

출처

Lambda Expression

Object-Oriented Programming

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