[Java] 함수형 프로그래밍이란?

nathan·2022년 1월 23일

Java OOP fp 함수형 프로그래밍

JAVA

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프로그래밍 패러다임(Programming Paradigm)

프로그래밍 패러다임은 프로그래머에게 프로그래밍의 관점을 갖게 해 주고, 결정하는 역할을 한다.
예를 들어 OOP는 프로그래머들이 프로그램을 상호작용하는 객체들의 집합으로 볼 수 있게 하는 반면에, 함수형 프로그래밍(FP)은 상태값을 지니지 않는 함수값들의 연속으로 생각할 수 있게 해준다.
소프트웨어 공학의 서로 다른 무리가 서로 다른 방법론을 지원하듯, 서로 다른 프로그래밍 언어는 서로 다른 프로그래밍 패러다임을 지원한다.
어떠한 언어는 특정한 하나의 패러다임을 지원하기도 하는데, jdk 1.8 이전의 Java나 smalltalk가 객체지향 프로그래밍을 지원했다면, R, 하스켈 등은 함수형 프로그래밍을 지원한다.
자바 또한 jdk 1.8부터 함수형 프로그래밍 패러다임을 지원하기 위해, 람다식, 생성자 레퍼런스, 메서드 레퍼런스를 도입했고, 선언형 프로그래밍의 장려를 위해 Stream과 같은 표준 API 등도 추가했다.

함수형 프로그래밍(FP)이란?

객체지향 프로그래밍(OOP)와 같은 프로그램 패러다임 중 하나
객체지향 프로그래밍은 객체 간 메시지와 협력 관계의 정의로 이루진 프로그래밍 패러다임이라면, 함수형 프로그래밍은 단순 함수의 조합으로 이루어진다.
해당 함수들은 외부와의 관계가 없이 단지 함수 자신만으로 존재한다.
함수가 1등 시민(first-class citizen)으로, 함수를 타입으로 지정하거나, 인자 값으로 넘기거나, 리턴 값으로 받을 수 있다.(마치 함수도 객체처럼 변수, 함수의 인자, 리터럴하게 다룰 수 있음을 의미)
함수형 프로그래밍은 객체지향 프로그래밍보다 높은 수준의 추상화를 요구한다.

함수형 프로그래밍의 핵심 요소 4가지

(1) Pure Function

동일한 입력 값에 대하여 항상 같은 값을 반환하는 함수를 의미한다.
전역 변수를 사용하거나, 변경을 하는 것을 막아 side effect의 발생을 최소화 시킨다.

private String name = "nathan";

// Not Pure
public String Hello(){
   return "Hello" + name;
}


// Pure
public static String Hello(String name){
   return "Hello" + name;
}

(2) Not foreach (= No Iterate)

for, while 문과 같은 반복문을 사용하지 않는다.
함수형에서는 반복문 대신 map, filter와 같은 함수를 매개변수로 받는 메서드를 이용한다.

List<Integer> numbers = List.of(1, 2, 3, 4, 5);
// for loop
for (int i = 0; i < numbers.size(); i++){
   System.out.println(numbers.get(i));
}

// functional
numbers.forEach((num) -> {
   System.out.println(num);
});

(3) High Order Function

고차함수라고도 부르며, 함수를 인자로 받거나 함수를 반환 값으로 이용할 수 있는 것을 말한다.
함수를 더 추상화하면 차원이 높아지는 고차함수로 표현할 수 있다.
그 중에서도 여러 값이 들어있는 콜렉션을 탐색하고, 비교하고, 찾아서 정리하는 기능은 자주 사용한다.
클로져(Closure) : 내부 함수가 외부 함수의 맥락(context)에 접근할 수 있는 것을 뜻함.
- 외부 함수 안에 있는 내부 함수가 외부 함수의 지역 변수를 사용할 수 있다라는 뜻
- 특이한 점 : 외부 함수가 종료되더라도 내부 함수에서 참조하는 외부 함수의 context는 유지됨.
- 클로져가 생성되는 시점에 함수 자체가 복사되어 따로 context를 유지하기 때문.
- ++ 익명 클래스에 context를 념겨주는 것이 바로 클로져(Closure)

Function<String, Function<String, String>> hello = (helloText)  -> {
   return (name) -> {
      return helloText + " " + name;
   };
};

Function<String, String> hello1 = hello.apply("Hello");
Function<String, String> hello2 = hello.apply("HI");

System.out.println(hello1.apply("nathan"));
System.out.println(hello2.apply("nathan"));

>>>
Hello nathan
HI nathan

(4) Immutability

불변성은 변할 수 없는 값을 의미한다.
자바에서 final 변수를 선언해서 불변값을 만들 수 있지만, 참조값을 final로 선언하는 경우에는 값이 변할수도 있다.

final String name = "nathan";
name = "Nathan"; // compile error

final List<String> tmpList = Arrays.asList("a", "b", "c");

// but change value
tmpList.add("d");

자바의 경우 Collection 객체들은 아래와 같은 방법으로 불변성 객체 생성이 가능하다. (

final List<String> tmpList = Collections.unmodifiableList(Arrays.asList("a", "b", "c"));
tmpList.add("d"); // error

왜 함수형 프로그래밍을 하는가? (개인 생각)

빅데이터 시대가 도래하게 되면서, 데이터 핸들링의 중요성이 더욱 대두되었다.
데이터가 변하지 않으면서, 의도된 대로 안전하게 가공하는 것이 목표가 되었고, 순수함수, 불변성 등을 특징으로 하는 함수형 프로그래밍이 각광받게 되었다.
함수형 프로그래밍은 전역 상태를 허용하지 않기 때문에 병렬 프로세스나 쓰레드에 안전하다.
또한 추상화 레벨이 높아, 필요한 정보만 보여주기 때문에, 전체적인 흐름을 파악하는 데에도 도움이 된다.