스트림

💡 스트림(Stream)은 자바 8 부터 추가된 기능으로, 컬렉션에 저장된 엘리먼트들을 하나씩 순회하면서 처리할 수 있는 기능이다. 람다식과 함께 사용할 수 있으며 컬렉션에 들어있는 데이터에 대한 처리를 간결하게 표현할 수 있다.

또한 내부 반복자를 사용하기 때문에 병렬처리가 쉽다는 장점이 있다.

Stream 이 필요한 이유

• 자바 8 이전에 배열 또는 컬렉션 다루는 방법은 for, foreach 를 사용하여 엘리먼트들을 꺼내서 다루는 방법이었다. 간단할 경우 상관 없지만 코드 양이 많아질수록 복잡성이 많이 올라가게 되었다.

• 스트림을 이용하면 배열 또는 컬렉션을 함수 여러 개를 사용해서 결과를 쉽게 얻을 수 있다.

• 스트림을 사용하면 람다식을 활용해 코드 양도 줄이고 간결하게 표현도 가능하다.

• 스트림의 또 하나의 장점은 병렬처리가 가능하다는 것이다.

• Java 6 이전엔 iterator 를 사용하여 엘리먼트를 순회하였다.

Stream 특징

1. 스트림은 원본을 변경하지 않는 읽기 전용이다.
2. 스트림은 iterator 처럼 한번만 사용되고 사라진다. 필요하면 다시 스트림을 생성해야 한다.
3. 최종 연산 전까지 중간 연산이 처리되지 않는다.
4. 병렬 처리가 용이하다.

Stream 활용

• 스트림은 크게 생성, 가공, 결과 3가지로 구분된다.

  • 생성 : 스트림 생성
  • 가공 : 원하는 결과를 만들기 위한 필터링, 매핑 등의 작업
  • 결과 : 최종 결과를 만들어 내는 작업

배열, 컬렉션 -> 스트림 생성 -> 매핑 -> 필터링 -> 결과

Stream 생성

• 자바에서는 자주 사용하는 배열과 컬렉션 객체에서 stream() 메소드를 지원한다.

• 이 메소드를 사용하면 스트림이 생성된다. 이 외 다양한 방법으로 스트림을 생성할 수도 있다.

배열 스트림 생성

• 스트림을 생성할 배열을 생성한 후 stream() 사용

public static void main(String[] args) {

    String[] strArr = new String[]{"hello", "stream", "world"};

    Stream<String> stringStream1 = Arrays.stream(strArr);
    Stream<String> stringStream2 = Arrays.stream(strArr, 0, 2);  // 인덱스 0, 1 출력(2 제외)
`
    stringStream1.forEach(str -> System.out.print(str + " "));
    System.out.println();
    stringStream2.forEach(str -> System.out.print(str + " "));
}

• 실행결과

  hello stream world 
  hello stream

컬렉션 스트림 생성

• 컬렉션도 마찬가지로 stream() 를 사용할 수 있다.

public static void main(String[] args) {

    List<String> stringList = Arrays.asList("hello", "stream", "world");
    
    Stream<String> stringStream = stringList.stream();
    Stream<String> parallelStream = stringList.parallelStream();    // 병렬 처리 스트림
}

비어 있는 스트림

• 비어있는 스트림도 생성할 수 있는데, 요소가 없을 때 사용하면 된다.

public Stream<String> streamOf(List<String> list) {
    return list == null || list.isEmpty()
            ? Stream.empty()
            : list.stream();
}

Stream.builder()

• 빌더를 사용해 직접 값을 넣을 수도 있다.

public static void main(String[] args) {

    Stream<String> builderStream =
        Stream.<String>builder()
                .add("hello")
                .add("stream")
                .add("world")
                .build();

    builderStream.forEach(str -> System.out.print(str + " "));
}

• 실행결과

  hello stream world

Stream().iterate()

• iterate() 메소드를 사용하여 수열 형태로 스트림을 생성할 수 있다.

public static void main(String[] args) {

    Stream<Integer> stream = Stream.iterate(10, x -> x * 2).limit(10);

    stream.forEach(val -> System.out.print(val + " "));
}

스트림 생성 - 기본 타입

• 스트림을 제네릭을 사용하지 않고 기본 타입으로 스트림을 생성할 수 있다. (range() 와 rangeClosed() 는 범위 차이다.)

• 제네릭을 사용하지 않기 때문에 불필요한 오토박싱도 일어나지 않는다.

• 필요한 경우에는 boxed() 를 사용해 박싱을 할 수도 있다.

public static void main(String[] args) {

    IntStream intStream = IntStream.range(5, 10);           // 5, 6, 7, 8, 9
    LongStream longStream = LongStream.rangeClosed(1, 3);   // 1, 2, 3
    Stream<Double> boxedDoubleStream = new Random().doubles(5).boxed();

    intStream.forEach(i -> System.out.print(i + " "));
    System.out.println();
    longStream.forEach(l -> System.out.print(l + " "));
    System.out.println();
    boxedDoubleStream.forEach(d -> System.out.print(d + " "));
}

• 실행결과

  5 6 7 8 9 
  1 2 3 
  0.003291382437904611 0.9568968822141412 0.1968739072117316 0.5724730036434903 0.1273612419533796

문자 관련 스트림

• 문자 관련 스트림 생성이 가능하다.

public static void main(String[] args) {

    IntStream intStream = "Hello Stream World".chars();

    Stream<String> stringStream = Pattern.compile(",").splitAsStream("Hello,Stream,World");

    intStream.forEach(i -> System.out.print(i + " "));
    System.out.println();
    stringStream.forEach(s -> System.out.print(s + " "));
}

• 실행결과

  72 101 108 108 111 32 83 116 114 101 97 109 32 87 111 114 108 100 
  Hello Stream World

스트림 합치기

public static void main(String[] args) {

    Stream<String> stringStream1 = Stream.of("Hello", "Stream", "World");
    Stream<String> stringStream2 = Stream.of("Java", "Spring", "SpringBoot");

    Stream<String> concatStream = Stream.concat(stringStream1, stringStream2);

    concatStream.forEach(s -> System.out.print(s + " "));
}

• 실행결과

  Hello Stream World Java Spring SpringBoot

Stream 가공

• 스트림에 있는 데이터에 대해 내가 원하는 결과를 만들기 위해서 중간 처리 작업을 가공이라고 한다.

• 스트림에서는 데이터를 가공할 수 있는 메소드들을 제공하는데, 해당 메소드들은 Stream을 전달받아 Stream을 반환하므로 연속해서 메소드를 연결할 수 있다. 또한 Stream 가공할 때에 필터-맵(filter-map) 기반 API를 사용하기 때문에 지연연산을 통해 성능 최적화가 가능하다.

상세 역할	메소드
필터링	filter(), distinct()
변환	map(), flatMap()
제한	limit(), skip()
정렬	sorted()
결과 확인	peek()

Filter

• 필터(Filter)는 스트림에서 특정 데이터만 걸러내는 메소드이다. 매개변수로 받는 Predicate는 boolean을 리턴하는 함수형 인터페이스이다.

Stream<T> filter(Predicate<? super T> predicate);

Map

• map() 메소드는 값을 가공할 수 있는 람다식을 매개변수로 받는다.

<R> Stream<R> map(Function<? super T, ? extends R> mapper);

• 스트림에 들어있는 데이터를 특정 람다식을 통해 데이터를 가공하고 새로운 스트림에 담아주는 역할을 한다.

flatMap

• flatMap() 은 map() 과 비슷하지만 조금 더 복잡한 작업을 하는데 확인해보자.

<R> Stream<R> flatMap(Function<? super T, ? extends Stream<? extends R>> mapper);

• flatMap() 는 중첩 구조를 한 단계 제거하고 단일 컬렉션으로 만들어준다. 이러한 작업을 플래트닝(flattening)이라고한다.

Sorting

• 스트림에 있는 데이터들을 정렬할 때는 sorted() 메소드를 사용한다.

Stream 결과

• 가공된 스트림을 통해 이제는 결과를 만들어 내는 작업이 필요하다.

• 이 과정은 데이터를 필터링하고 가공한 뒤에 출력하기 위해서 진행하는 작업이다.

Calculating

• 스트림에서는 다양한 메소드들을 제공하는데, 먼저 최소/최대/총합/평균 등 과 같은 결과를 알아보자.

• 만약 스트림이 비어 있으면 count 와 sum은 0을 출력할 것이다.

public static void main(String[] args) {

    long count = IntStream.range(1, 10).count();
    long sum = IntStream.range(1, 10).sum();

    OptionalInt max = IntStream.range(1, 10).max();
    OptionalInt min = IntStream.range(1, 10).min();

    int OddSum = IntStream.range(1, 10)
            .filter(i -> i % 2 == 1)
            .sum();    
}

Reduction

• reduce() 라는 메소드는 스트림에 있는 데이터들의 총합을 계산해준다. reduce() 파라미터에 따라 3가지 종류가 있다.

// 1개 (accumulator)
Optional<T> reduce(BinaryOperator<T> accumulator);

// 2개 (identity)
T reduce(T identity, BinaryOperator<T> accumulator);

// 3개 (combiner)
<U> U reduce(U identity, BiFunction<U, ? super T, U> accumulator, BinaryOperator<U> combiner);

Collecting

• collect() 는 Collector 타입을 받아서 처리하는데, 해당 메소드를 통해 컬렉션을 출력으로 받을 수 있다.

• collect() 메소드는 Collector 객체에서 제공하는 정적 메소드를 사용할 수 있다.

Collectors.toList()

- 스트림 작업 결과를 리스트로 반환해주는 메소드이다.

Collectors.joining()

- 스트림의 작업 결과를 String 타입으로 이어 붙인다.

- 세개의 인자를 받을 수 있다. 각 인자는 delimiter(구분자), prefix(맨 앞 문자), suffix(맨 뒤 문자) 이다.

Matching

• Matching 은 Predicate 를 인자로 받아 조건을 만족하는 엘리먼트가 있는지 확인하고 boolean 으로 리턴해준다.