스트림이란?
- 스트림은 Java8에 새로 추가된 기능
- 선언형으로 컬렉션 데이터를 처리할 수 있다.
- 멀티 스레드 코드를 투명하게 병렬로 처리
스트림 활용 여부에 따른 Java Code차이
~ Java 7
List<Dish> menu = new ArrayList<>();
// 저 칼로리 음식 셋업
List<Dish> lowCaloricDishes = new ArrayList<>();
for(Dish dish: menu) {
if(dish.getCalorory() < 400) {
lowCaloricDishes.add(dish);
}
}
// 저 칼로리 음식 정렬
Collections.sort(lowCaloricDishes, new Comparator<Dish>() {
@Override
public int compare(Dish dish1, Dish dish2) {
return Integer.compare(dish1.getCalorory(), dish2.getCalorory());
}
});
// 저 칼로리 음식 이름 추출
List<String> lowCaloricDishesName = new ArrayList<>();
for(Dish dish: lowCaloricDishes) {
lowCaloricDishesName.add(dish.name);
}Java 8 ~
parallelStream()을 사용하면 쉽게 멀티스레드 처리를 할 수 있습니다.
List<String> lowCaloricDishesName2 =
menu.stream()
.filter(d -> d.getCalorory() < 400)
.sorted(Comparator.comparing(Dish::getCalorory))
.map(Dish::getName)
.collect(Collectors.toList());
List<String> lowCaloricDishesName3 =
menu.parallelStream()
.filter(d -> d.getCalorory() < 400)
.sorted(Comparator.comparing(Dish::getCalorory))
.map(Dish::getName)
.collect(Collectors.toList());스트림은 소프트웨어공학적으로 다양한 이점이 있습니다.
- 선언형으로 코드를 구현, 루프와 조건등의 제어 블록을 사용하지 않고
'저칼로리 요리만 선택해'같은 동작을 지정 - filter, sorted, map, collect 같은 여러 빌딩 블록 연산을 연결해서 데이터 처리 파이프라인을 만들 수 있다.
filter, sorted, map, collect..같은 연산은 고수준 빌딩 블록(high-level building block)으로 이루어져 있으므로 특정 스레딩 모델에 제한되지 않고 자유롭게 어떤 상황에서도 사용이 가능합니다.
(내부적으로 단일 스레드 모델을 사용할 수 있음)
스트림을 사용하면 데이터 처리 과정을 병렬화하면서 스레드와 락을 걱정할 필요가 없어집니다.
결과적으로 스트림은 병렬화, 선언형, 유연성을 제공합니다.
스트림 시작하기
스트림이란 정학히 뭘까?
스트림의 정의 : 데이터 처리 연산을 지원하도록 소스에서 추출된 연속된 요소
아래에서 조금 더 알아봅니다.
-
연속된 요소 : 컬렉션과 마찬가지고 스트림도 특정 요소 형식으로 연속된 값의 집합의 인터페이스를 제공
컬렉션의 주요 관심사는 저장,스트림의 주요 관심사는 계산입니다. -
소스 : 스트림은 컬렉션, 배열 I/O 자원 등의 데이터 제공 소스로부터 데이터를 소비합니다. 정렬된 컬렉션으로 스트림을 생성하면 정렬이 그대로 유지
-
데이터 처리 연산 : 스트림은 함수형 프로그래밍 언어에서 일반적으로 지원하는 연산과 데이터베이스와 비슷한 연산을 지원합니다.
filter, map, reduce, find, match등으로 데이터를 조작 그리고 연산을 순차적 또는 병렬적으로 실행합니다.
스트림의 중요 특징
- 파이프 라이닝 : 대부분의 스트림 연산은 연산끼리 연결해서 커다란 파이프 라인을 구성할 수 있도록 자신을 반환, 이 덕분에 게으름(laziness), 쇼트서킷(short-circuiting)같은 최적화가 가능합니다.
연산 파이프란인은 데이터 소스에 저용하는 데이터베이스 질의와 비슷함 - 내부 반복 : 반복자를 이용해서 명시적으로 반복하는 컬렉션과 달리 스트림은 내부 반복을 지원합니다.
지금까지 설명을 반영한 코드를 확인해봅니다.
List<String> threeHighCaloricDishNames =
menu.stream() // 메뉴 컬렉션에서 스트림을 얻는다.
.filter(dish -> dish.getCalories() > 300) // 파이프라인 연산 만들기
.map(Dish::getName) // 요리명 추출
.limit(3) // 선착순 3개
.collect(Collectors.toList()); // 결과를 컬렉션으로 저장메뉴라는 데이터 소스(컬렉션)에서 stream()을 호출해 스트림을 얻습니다.
스트림에서 filter, map, limit, collect로 이어지는 일련의 데이터 처리 연산을 적용합니다.
collect()를 제외한 모든 연산은 파이프라인을 형성할 수 있도록 스트림을 반환합니다.
파이프라인(filter, map, limit..)은 소스에 적용하는 질의 같은 존재입니다.
스트림과 컬렉션
자바의 기존 컬렉션과 새로운 스트림 모두 연속된 요소 형식의 값을 저장하는 자료구조의 인터페이스를 제공합니다.
연속된
순서와 상관없이 아무 값에나 접근하는 것이 아니라 순차적으로 값에 접근하는 것
스트림과 컬렉션의 가장 큰 차이는 "데이터를 언제 계산하는가?" 입니다.
컬렉션
- 현재 자료구조가 포함하는 모든 값을 메모리에 저장하는 자료구조입니다.
- 컬렉션의 모든 요소는 컬렉션에 추가하기 전에 계산되어야 합니다.
스트림
- 이론적으로 요청할 때만 요소를 계산하는 고정된 자료구조
사용자가 요청하는 값만 스트림에서 추출하는 것이 핵십입니다.
결과적으로 스트림은 생산자(Producer)와 소비자(Consumer)관계를 형성합니다.
또한 스트림은 게으르게 만들어지는 컬렉션과 같으며 사용자가 데이터를 요청할 때 만 값을 계산합니다.
딱 한번만
반복자와 마찬가지로 스트림도 한 번만 탐색할 수 있습니다.
즉 탐색된 스트림의 요소는 소비되며 반복자와 마찬가지로 한 번 탐색한 요소를 다시 탐색하려면 초기 데이터 소스에서 새로운 스트림을 만들어야 합니다.
그렇다는 것은 컬렉션도 반복 사용이 가능한 데이터 소스여야 합니다.
데이터 소스가 I/O 채널이라면 소스를 반복 사용할 수 없으므로 새로운 스트림도 만들 수 없습니다.
List<String> title = Arrays.asList("Java8", "In", "Action");
Stream<String> s = title.stream();
s.forEach(System.out::println);
s.forEach(System.out::println); <- 예외를 던진다.한번 더 스트림을 생성할 때 예외를 던집니다.
IllegalStateException: stream has already been operated upon or closed
외부 반복, 내부 반복
컬렉션 인터페이스를 사용하려면 사용자가 직접 요소를 반복해야합니다.
외부 반복
List<String> names = new ArrayList<>();
for(Dish dish: menu) {
names.add(dish.getName());
}내부 반복
List<String> names = menu.stream()
.map(Dish::getName)
.collect(Collectors.toList());컬렉션은 외부적으로 반복, 명시적으로 컬렉션 항목을 하나씩 처리해야 합니다.
또한 병렬성 구현을 스스로 관리해야하는 점이 존재합니다.
내부 반복은 작업을 투명하게 병렬로 처리하거나 최적화된 다양한 순서로 처리합니다.
스트림은 내부 반복을 사용하므로 반복 과정을 신경 쓰지 않아도 됩니다.
하지만 filter, map같은 반복을 숨겨지는 연산이 미리 정의가 되어야 합니다.
스트림 연산
List<String> highCaloricDishesName = menu.stream() <- 스트림 얻기
.filter(dish -> dish.getCalories() > 300) <- 중간연산
.map(Dish::getName) <- 중간연산
.limit(3) <- 중간연산
.collect(Collectors.toList()); <- toList중간 연산(intermediate operation) : 연결할 수 있는 스트림 연산
최종 연산(terminal operation) : 스트림을 닫는 연산
중간 연산(intermediate operation)
- Lazy : 중간 연산의 특징은 단말 연산을 스트림 파이프라인에 실행하기 전까지는 아무 연산도 수행하지 않음
- 중간 연산을 합친 다음에 중간 연산을 최종 연산으로 한 번에 처리
List<String> names =
menu.stream()
.filter(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(Collectors.toList());쇼트서킷과 루프퓨전의 기법을 사용
A~D Box가 존재하면 'A'요소에 중간 연산을 모두 적용하고 'B'요소에 중간 연산 모두 적용 하는 방식으로 흘러갑니다.
limit(1)을 생각하고 intermediate operation3가 limit(1)이였다면 'A'요소에서 연산이 종료됩니다.
최종 연산(terminal operation)
최종 연산은 파이프라인에서 결과(List, Integer, void같이 스트림이 아닌)를 도출합니다.
long count = menu.stream()
.filter(d -> d.getCalories() > 300)
.distinct()
.limit(3)
.count(); <- 최종 연산