[도서][모던 자바 인 액션] - 스트림 소개

스트림이란?

데이터 처리 연산을 지원하도록 소스에서 추출된 연속된 요소

특징

• 연속된 요소: 스트림은 특정 요소 형식으로 이루어진 연속된 값 집합의 인터페이스를 제공한다.

• 컬렉션은 데이터 저장 및 접근 연산이 주 기능이지만, 스트림은 표현 계산식(filter, sorted, map)이 주를 이룬다.

• 소스: 스트림은 컬렉션, 배열, I/O 자원 등의 데이터 제공 소스로부터 데이터를 소비한다.

• 데이터 처리 연산: 함수형 프로그래밍 언어에서 일반적으로 지원하는 연산과 데이터베이스와 비슷한 연산을 지원한다. filter, map, reduce, find, match, sort 등으로 데이터를 조작하며, 스트림 연산은 순차적으로 또는 병렬로 실행할 수 있다. 데이터 처리 과정을 병렬화 할때 스레드와 락을 걱정할 필요가 없다. 성능이 좋아진다.

• 파이프라이닝: 대부분의 스트림 연산은 스트림 연산끼리 연결해서 커다란 파이프 라인을 구성할 수 있도록 스트림 자신을 반환한다. 복잡한 데이터 처리 파이프라인을 만들 수 있다. 여러 연산을 파이프라인으로 연결해도 가독성과 명확성이 유지된다. 조립할 수 있어서 유연성이 좋아진다.

• 내부 반복: 컬렉션은 반복자를 이용하여 명시적으로 반복하지만, 스트림은 내부 반복을 지원한다.

• 선언형으로 코드를 구현할 수 있으므로 더 간결하고 가독성이 좋아진다. 루프와 if 조건문 등의 제어를 사용하여 어떻게 동작을 구현할지 지정할 필요 없이 특정 동작의 수행을 지정할 수 있다.

• 변하는 요구사항에 쉽게 대응할 수 있다. 람다식을 이용하여 스트림의 필터만 바꿔주면 된다.

스트림 예시

List<String> threeHighCaloricDishNames =
	menu.stream() // 스트림을 얻어서
    	    .fliter(dish -> dish.getCalories() > 300) // 300칼로리보다 높은 칼로리를 가진 요리 필터링
            .map(Dish::getName) // 필터링 후 남은 요리 이름 추출
            .limit(3) // 앞의 3개만 선택
            .collect(toList()); // 결과를 리스트로 저장

데이터 소스(menu)는 연속된 요소를 스트림에 제공하고, 그 후 filter, map, limit, collect으로 이어지는 데이터 처리 연산을 적용한다.

이때 collect를 제외한 나머지 연산은 서로 파이프라인을 형성할 수 있도록 stream을 반환한다.

collect 연산은 스트림을 반환하지 않고 파이프라인을 처리해서 결과를 반환한다. collect가 호출되기 전까지는 연산이 수행되지 않는다.

• filter: 람다를 인수로 받아 스트림에서 특정 요소를 거른다. 스트림을 반환한다.

• map: 람다를 이용해서 한 요소를 다른 요소로 변환하거나 정보를 추출한다. 스트림을 반환한다.

• limit: 정해진 개수 이상의 요소가 스트림에 저장되지 못하게 스트림 크기를 축소시킨다. 스트림을 반환한다.

• collect: 스트림을 다른 형식으로 변환한다. 다양한 변환 방법을 인수로 받아 스트림에 남은 요소를 특정 결과로 변환시킨다.

스트림과 컬렉션

스트림과 컬렉션 모두 연속된 요소 형식의 값을 저장하는 자료구조의 인터페이스를 제공하며 순차적으로 값에 접근한다. 하지만 차이점이 존재한다.

데이터 계산 시점

• 컬렉션은 현재 자료구조가 포함하는 모든 값을 메모리에 저장하는 자료구조이다. 즉 컬렉션의 모든 요소는 컬렉션에 추가하기 전에 계산되어야 한다.

• 스트림은 요청할 때만 요소를 계산하는 고정된 자료구조다. 스트림에 요소를 추가하거나 스트림에서 요소를 삭제하거나 할 수 없다. 사용자가 요청하는 값만 스트림에서 추출한다.

반복횟수

• 스트림은 딱 한 번만 탐색할 수 있다. 탐색된 스트림은 소비된다. 한 번 탐색된 스트림을 다시 탐색하려면 새로운 스트림을 만들어야한다.

외부 반복과 내부 반복

• 컬렉션 인터페이스를 사용하려면 사용자가 for-each문 등을 사용해서 직접 요소를 반복해야한다. 이를 외부 반복이라고 한다. 병렬성을 스스로 관리해야한다.

• 스트림은 반복을 알아서 처리하고 결과 스트림값을 어딘가 저장해주는 내부 반복을 사용한다. 반복자는 필요없으며 반복 과정을 개발자가 신경 쓰지 않아도 된다. 내부 반복은 작업을 투명하게 병렬로 처리하거나 더 최적화된 다양한 순서로 처리할 수 있게 해준다.

스트림 연산

스트림은 크게 2가지 연산으로 이루어져 있다. 스트림을 반환하여 파이프라인을 형성하는 중간 연산과, 파이프라인을 실행한 후 스트림을 닫는 최종 연산으로 이루어져있다.

중간 연산

위의 예제에서 본 filter, map, limit 등이 중간 연산이다. 여러 중간 연산을 연결하여 파이프라인을 형성할 수 있다.

최종 연산

위의 예제에서 본 스트림을 리스트로 만들어준 collect은 최종 연산이다. 최종 연산은 파이프라인에서 스트림 이외의 결과를 도출한다.

중간 연산은 게으르기 때문에 최종 연산이 실행되기 전까지는 아무 연산도 수행하지않는다.

최종 연산이 실행되면, 데이터의 요소가 하나씩 파이프라인을 지난다. 즉 모든 데이터 요소가 filter를 거친 후, 모든 데이터 요소가 map을 거치는 것이 아니라,데이터 요소가 차례대로 filter와 map을 한 번에 통과한다.

스트림 이용과정

• 질의를 수행할 데이터 소스(ex. 컬렉션)
• 스트림 파이프라인을 구성할 중간 연산 연결
• 스트림 파이프라인을 실행하고 결과를 만들 최종 연산