학습 목표 : 자바의 람다식에 대해 학습하세요.
람다식의 도입으로 인해, 자바는 객체지향언어인 동시에 함수형 언어(기능 제공)가 되었다.
람다식은 메소드를 하나의 '식(expression)' 으로 표현한 것이다.
int[] arr = new int[5];
Arrays.setAll(arr, i -> (int)(Math.random() * 5) + 1);
'() -> (int)(Math.random() * 5) + 1'
이 바로 람다식이다. // 메소드
반환타입 메소드명 (매개변수 선언) {
문장
}
// 람다식
(매개변수 선언) -> {
문장
}
// 메소드
int max(int a, int b) {
return a > b ? a : b;
}
// 람다식
(int a, int b) -> {
return a > b ? a: b;
}
(int a, int b) -> { a > b ? a : b }
(a, b) -> { a > b ? a : b }
(a) -> a * a
(int a) -> a * a
a -> a * a // OK.
int a -> a * a // ERROR.
(name, i) -> {
System.out.println(name + "=" + i);
}
(name, i) -> System.out.println(name + "=" + i)
// 1
(int a, int b) -> a > b ? a : b
// 2
new Object() {
int max(int a, int b) {
return a > b ? a : b;
}
}
람다식은 메소드와 동등한 것처럼 보이지만, 사실 람다식은 익명 클래스의 객체와 동등
하다.
위의 익명 객체의 메소드를 어떻게 호출할 수 있을까?
참조변수가 있어야 객체의 메소드를 호출 할 수 있으니 일단 익명 객체의 주소를 f라는 참조변수에 저장하자.
타입 f = (int a, int b) -> a > b ? a : b; // 참조변수의 타입을 뭘로 해야 할까?
참조변수 f의 타입은 어떤 것이어야 할까? 참조형이므로 클래스 또는 인터페이스가 가능하다.
그리고 람다식과 동등한 메소드가 정의
되어 있는 것이어야 한다. 그래야 참조변수로 익명 객체(람다식)의
메소드를 호출할 수 있기 때문이다.
예를 들어 max()라는 메소드가 정의된 MyFunction 인터페이스가 있다고 가정하자.
interface MyFunction {
public abstract int max(int a, int b);
}
위의 인터페이스를 구현한 익명 클래스의 객체는 아래와 같이 생성할 수 있다.
MyFunction f = new Myfunction() {
public int max(int a, int b) {
return a > b ? a : b;
}
};
int big = f.max(5, 3); // 익명 객체의 메소드 호출
'(a, b) -> a > b ? a : b'
와 메소드 선언부가 일치한다. 따라서, 위 코드의 익명 객체를 아래와 같이 람다식으로 변경할 수 있다.
MyFunction f = (a, b) -> a > b ? a : b; // 익명 객체를 람다식으로 대체
int big = f.max(5, 3); // 익명 객체 메소드 호출
👉 익명 객체를 람다식으로 대체 가능한 이유?
람다식도 실제로는 익명 객체이고, MyFunction 인터페이스를 구현한 익명 객체의 메소드 max()와
람다식의 매개변수 타입과 개수 그리고 반환값이 일치하기 때문이다.
위에서 봤듯이 하나의 메소드가 선언된 인터페이스를 정의해서 람다식을 다루는 것은 기존의 자바 규칙을
어기지 않으면서도 자연스럽다.
그래서 인터페이스를 통해 람다식을 다루기로 결정됐고, 람다식을 다루기 위한 인터페이스를
함수형 인터페이스(functional interface)
라고 부르기로 했다.
@FunctionalInterface
interface MyFunction { // 함수형 인터페이스 MyFunction을 의미
public abstract int max(int a, int b);
}
오직 하나의 추상 메소드만 존재
해야 한다. 💡 @FunctionalInterface를 붙이면, 컴파일러가 함수형 인터페이스를 올바르게 정의하였는지 확인하므로, 꼭 붙이자.
@FunctionalInterface
interface MyFunction {
void myMethod(); // 추상메소드
}
메소드의 매개변수가 MyFunction 타입이면, 이 메소드를 호출할 때 람다식을 참조하는 참조변수를
매개변수로 지정해야한다는 뜻이다.
void aMethod(MyFunction f) {
f.myMethod();
}
MyFunction f = () -> System.out.println("myMethod()");
aMethod(f);
또는 참조변수 없이 아래와 같이 직접 람다식을 매개변수로 지정할 수도 있다.
aMethod() -> System.out.println("myMethod()");
메소드의 반환타입이 함수형 인터페이스라면, 그 함수형 인터페이스의 추상메소드와 동등한 람다식을
가리키는 참조변수를 반환하거나, 람다식을 직접 반환 할 수 있다.
MyFunction myMethod() {
MyFunction f = () -> {};
return f; // 두 줄을 한 줄로 줆이면, return () -> {};
}
다음은 위에서 설명한 것들을 사용한 함수형 인터페이스와 람다식 예제이다.
@FunctionalInterface
interface MyFunction {
void run(); // public abstract void run();
}
public class LambdaEx1 {
static void execute(MyFunction f) {
f.run();
}
static MyFunction getMyFunction () {
return () -> System.out.println("f3.run()");
}
public static void main(String[] args) {
MyFunction f1 = () -> System.out.println("f1.run()");
MyFunction f2 = new MyFunction() {
@Override
public void run() {
System.out.println("f2.run()");
}
};
MyFunction f3 = getMyFunction();
f1.run();
f2.run();
f3.run();
execute(f1);
execute(() -> System.out.println("run()"));
}
}
// 결과
f1.run()
f2.run()
f3.run()
f1.run()
run()
람다식은 익명 객체이고 익명 객체는 타입이 없다.
따라서, 대입 연산자의 양변의 타입을 일치시키기 위해 형변환
이 필요하다.
MyFunction f = (MyFunction)(() -> {});
위의 람다식은 MyFunction 인터페이스를 직접 구현하지 않았지만, 인터페이스를 구현한 클래스의
객체와 동일하기 때문에, 위와 같은 형변환을 허용한다.
Object obj = (Object)(() -> {}) // ERROR. 함수형 인터페이스로만 형변환 가능
굳이 Object 타입으로 형변환하려면, 먼저 함수형 인터페이스로 변환해야 한다.
Object obj = (Object)(MyFunction)(() -> {});
String str = ((Object)(MyFunction)(() -> {})).toString();
람다식에서 외부 지역변수를 참조하는 행위를 Lambda Capturing(람다 캡쳐링)
이라고 한다.
람다에서 접근가능한 변수는 아래와 같이 세가지 종류가 있다.
지역변수만 변경이 불가능하고 나머지 변수들은 읽기 및 쓰기가 가능하다.
람다는 지역 변수가 존재하는 스택에 직접 접근하지 않고, 지역 변수를 자신(람다가 동작하는 쓰레드)의 스택에 복사한다.
각각의 쓰레드마다 고유한 스택을 갖고 있어서 지역 변수가 존재하는 쓰레드가 사라져도 람다는 복사된 값을 참조하면서
에러가 발생하지 않는다.
그런데 멀티 쓰레드 환경이라면, 여러 개의 쓰레드에서 람다식을 사용하면서 람다 캡쳐링이 계속 발생하는데
이 때 외부 변수 값의 불변성을 보장하지 못하면서 동기(sync)화 문제가 발생한다.
이러한 문제로 지역변수는 final, Effectively Final
제약조건을 갖게된다.
인스턴스 변수나 static 변수는 스택 영역이 아닌 힙 영역에 위치하고, 힙 영역은 모든 쓰레드가 공유하고 있는
메모리 영역이기 때문에, 값의 쓰기가 발생하여도 별 문제가 없는 것이다.
💡 Effectively Final
람다식 내부에서 외부 지역변수를 참조하였을때 지역 변수는 재할당을 하지 않아야 하는 것을 의미한다.
다음 예제로 살펴보자.
@FunctionalInterface
interface MyFunction3 {
void myMethod();
}
class Outer {
int val = 10;
class Inner {
int val = 20;
void method(int i) { // void method(final int i)
int val = 30; // final int val = 30;
// i = 10; // ERROR. 상수의 값은 변경할 수 없다.
MyFunction3 f = () -> {
System.out.println(" i : " + i);
System.out.println(" val : " + val);
System.out.println(" this.val : " + ++this.val);
System.out.println("Outer.this.val : " + ++Outer.this.val);
};
f.myMethod();
}
} // End Of Inner
} // End Of Outer
public class LambdaEx3 {
public static void main(String[] args) {
Outer outer = new Outer();
Outer.Inner inner = outer.new Inner();
inner.method(100);
}
}
// 결과
i : 100
val : 30
this.val : 21
Outer.this.val : 11
람다식 내에서 참조하는 지역변수는 final이 붙지 않아도 상수로 간주된다.
람다식 내에서 지역변수 i와 val을 참조하고 있으므로 람다식 내에서나 다른 곳에서도 이 변수들의 값을 변경할 수 없다.
반면, Inner 클래스와 Outer 클래스의 인스턴스 변수인 this.val과 Outer.this.val은 상수로 간주되지
않아서 값을 변경해도 된다.
람다식에서 this는 내부적으로 생성되는 익명 객체의 참조가 아니라 람다식을 실행한 객체의 참조다.
따라서 위의 코드에서 this는 중첩 객체인 Inner이다.
java.util.function 패키지에 일반적으로 자주 쓰이는 형식의 메소드를 함수형 인터페이스로 미리 정의해놨다.
매번 새로운 함수형 인터페이스를 정의하지 않고, 가능하면 이 패키지의 함수형 인터페이스를 사용하자.
함수형 인터페이스 | 메소드 | 설명 |
---|---|---|
java.lang.Runnable | void run() | 매개변수도 없고, 반환값도 없음. |
Supplier<T> | T get() | 매개변수는 없고, 반환값만 있음. |
Consumer<T> | void accept(T t) | Supplier와 반대로 매개변수만 있고, 반환값 없음 |
Function<T,R> | R apply(T t) | 일반적 함수. 하나의 매개변수를 받아 결과값 리턴 |
Predicate<T> | boolean test(T t) | 조건식을 표현. 매개변수는 하나, 반환 타입 boolean |
함수형 인터페이스 | 메소드 | 설명 |
---|---|---|
BiConsumer<T,U> | void accept(T t, U u) | 두 개의 매개변수, 반환값은 없음. |
BiFunction<T,U,R> | R apply(T t, U u) | 두 개의 매개변수를 받아 결과를 반환. |
BiPredicate<T> | boolean test(T t, U u) | 조건식을 표현. 매개변수는 둘, 반환 타입 boolean |
함수형 인터페이스 | 메소드 | 설명 |
---|---|---|
UnaryOperator<T> | T apply(T t) | Function의 자손. Function과 달리 매개변수와 결과타입 같음. |
BinaryOperator<T> | T apply(T t, T t) | BiFunction의 자손. BiFunction과 달리 매개변수와 결과타입 같음. |
예제를 통해 함수형 인터페이스 사용법을 익혀보자.
public class LambdaEx5 {
public static void main(String[] args) {
Supplier<Integer> s = () -> (int)(Math.random() * 100) + 1;
Consumer<Integer> c = i -> System.out.print(i + ", ");
Predicate<Integer> p = i -> i % 2 == 0;
Function<Integer, Integer> f = i -> i / 10 * 10;
List<Integer> list = new ArrayList<>();
makeRandomList(s, list);
System.out.println(list);
printEvenNum(p, c, list);
List<Integer> newList = doSomething(f, list);
System.out.println(newList);
}
static <T> List<T> doSomething(Function<T, T> f, List<T> list) {
List<T> newList = new ArrayList<>(list.size());
for (T i : list) {
newList.add(f.apply(i));
}
return newList;
}
static <T> void printEvenNum(Predicate<T> p, Consumer<T> c, List<T> list) {
System.out.print("[");
for (T i : list) {
if (p.test(i)) {
c.accept(i);
}
}
System.out.println("]");
}
static <T> void makeRandomList(Supplier<T> s, List<T> list) {
for (int i = 0; i < 10; i++) {
list.add(s.get());
}
}
}
// 결과
[69, 56, 56, 98, 26, 54, 10, 7, 19, 54]
[56, 56, 98, 26, 54, 10, 54, ]
[60, 50, 50, 90, 20, 50, 10, 0, 10, 50]
위에서 언급한 함수형 인터페이스는 매개변수와 반환값이 모두 제네릭 타입이었다.
그래서, 기본형 타입의 값을 처리할 때도 래퍼(wrapper) 클래스를 사용했는데, 이것은 당연히 비효율적이다.
보다 효율적인 처리를 위해 기본형을 사용하는 함수형 인터페이스도 제공된다.
함수형 인터페이스 | 메소드 | 설명 |
---|---|---|
DoubleToIntFunction | int applyAsInt(double d) | AToBFunction은 입력이 A 타입 출력이 B 타입 |
ToIntFunction<T> | int applyAsInt(T value) | ToBFunction은 출력이 B 타입, 입력이 제네릭 타입 |
IntFunction<R> | R apply(T t, U u) | AFunction은 입력이 A타입, 출력은 제네릭 |
ObjIntConsumer<T> | void accept(T t, U u) | ObjAFunction은 입력이 T, A 타입이고 출력은 없음. |
public class LambdaEx6 {
public static void main(String[] args) {
IntSupplier s = () -> (int)(Math.random() * 100) + 1;
IntConsumer c = i -> System.out.print(i + ", ");
IntPredicate p = i -> i % 2 == 0;
IntUnaryOperator op = i -> i / 10 * 10;
int[] arr = new int[10];
makeRandomList(s, arr);
System.out.println(Arrays.toString(arr));
printEvenNum(p, c, arr);
int[] newArr = doSomething(op, arr);
System.out.println(Arrays.toString(newArr));
}
static int[] doSomething(IntUnaryOperator op, int[] arr) {
int[] newArr = new int[arr.length];
for (int i = 0; i < newArr.length; i++) {
newArr[i] = op.applyAsInt(arr[i]); // apply()가 아니라 applyAsInt()
}
return newArr;
}
static void printEvenNum(IntPredicate p, IntConsumer c, int[] arr) {
System.out.print("[");
for (int i : arr) {
if (p.test(i)) {
c.accept(i);
}
}
System.out.println("]");
}
static void makeRandomList(IntSupplier s, int[] arr) {
for (int i = 0; i < arr.length; i++) {
arr[i] = s.getAsInt(); // get()이 아니라 getAsInt()
}
}
}
// 결과
[88, 63, 35, 56, 59, 64, 35, 16, 75, 15]
[88, 56, 64, 16, ]
[80, 60, 30, 50, 50, 60, 30, 10, 70, 10]
java.util.function 패키지의 함수형 인터페이스에 추상메소드 외에 디폴트 메소드와 static 메소드가 정의되어있다.
다른 함수형 인터페이스도 비슷한 메소드가 정의되어있기 때문에 Function과 Predicate만 살펴보겠다.
@FunctionalInterface
public interface Function<T, R> {
R apply(T t);
default <V> Function<V, R> compose(Function<? super V, ? extends T> before) {
Objects.requireNonNull(before);
return (V v) -> apply(before.apply(v));
}
default <V> Function<T, V> andThen(Function<? super R, ? extends V> after) {
Objects.requireNonNull(after);
return (T t) -> after.apply(apply(t));
}
static <T> Function<T, T> identity() {
return t -> t;
}
}
Function 인터페이스 내부를 보면 함수형 인터페이스이므로 하나의 추상메소드와
3개의 default, static 메소드가 존재한다.
andThen()
f.andThen(g)
함수 f를 먼저 적용하고 그 다음에 함수 g를 적용
compose()
f.compose(g)
andThen()과 반대 함수 g를 먼저 적용하고 그 다음 f를 적용
identity()
x -> x
, Function.identity()
두 개가 동일 @FunctionalInterface
public interface Predicate<T> {
boolean test(T t);
default Predicate<T> and(Predicate<? super T> other) {
Objects.requireNonNull(other);
return (t) -> test(t) && other.test(t);
}
default Predicate<T> negate() {
return (t) -> !test(t);
}
default Predicate<T> or(Predicate<? super T> other) {
Objects.requireNonNull(other);
return (t) -> test(t) || other.test(t);
}
static <T> Predicate<T> isEqual(Object targetRef) {
return (null == targetRef)
? Objects::isNull
: object -> targetRef.equals(object);
}
}
Predicate 인터페이스이다. 함수형 인터페이스 이므로 1개의 추상메소드와 여러 default, static 메소드가 존재한다.
여러 조건식들을 논리 연산자인 &&(and), ||(or), !(not) 으로 연결해서 하나의 식을 구성할 수 있는 것처럼,
여러 Predicate를 and(), or(), negate()
로 연결해서 하나의 새로운 Predicate로 결합할 수 있다.
Predicate<Integer> p = i -> i < 100;
Predicate<Integer> q = i -> i < 200;
Predicate<Integer> r = i -> i % 2 == 0;
Predicate<Integer> notP = p.negate(); // i >= 100
Predicate<Integer> all = notP.and(q.or(r));
static 메소드인 isEqual()
은 두 대상을 비교하는 Predicate를 만들 때 사용한다.
Predicate<String> p = Predicate.isEqual(str1);
boolean result = p.test(str2); // str1과 str2가 같은지 비교하여 결과 반환
boolean result = Predicate.isEqual(str1).test(str2); // 한 줄로 변경
public class LambdaEx7 {
public static void main(String[] args) {
Function<String, Integer> f = s -> Integer.parseInt(s, 16);
Function<Integer, String> g = i -> Integer.toBinaryString(i);
Function<String, String > h = f.andThen(g);
Function<Integer, Integer> h2 = f.compose(g); // g.andThen(f);
System.out.println(h.apply("FF")); // "FF" -> 255 -> "11111111"
System.out.println(h2.apply(2)); // 2 -> "10" -> 16
Function<String, String> f2 = x -> x; // 항등함수(identity function)
System.out.println(f2.apply("AAA")); // AAA 동일하게 출력
Predicate<Integer> p = i -> i < 100;
Predicate<Integer> q = i -> i < 200;
Predicate<Integer> r = i -> i % 2 == 0;
Predicate<Integer> notP = p.negate(); // i >= 100
Predicate<Integer> all = notP.and(q.or(r));
System.out.println(all.test(150));
String str1 = "hello";
String str2 = "hello";
Predicate<String> p2 = Predicate.isEqual(str1);
boolean result = p2.test(str2);
System.out.println(result);
}
}
// 결과
11111111
16
AAA
true
true
람다식이 하나의 메소드만 호출하는 경우에는 '메소드 참조(method reference)'
를 통해
람다식을 간략하게 작성할 수 있다.
메소드 참조를 작성하는 방법은 아래처럼 간단하다.
클래스이름::메소드이름
or
참조변수::메소드이름
Function<String, Integer> f = s -> Integer.parseInt(s);
보통 위처럼 람다식을 작성하는데, 이 람다식을 메소드로 표현하면 아래와 같다.
Integer wrapper(String s) { // 이 메소드의 이름은 의미없음. 테스트용
return Integer.parseInt(s);
}
이 wrapper 메소드는 별로 하는 일이 없다. 값을 받아서 Integer.parseInt()에게 넘겨줄 뿐.
차라리 Integer.parseInt()를 직접 호출하는게 낫지 않을까???
Function<String, Integer> f = s -> Integer.parseInt(s);
// 메소드 참조
Function<String, Integer> f = Integer::parseInt;
메소드 참조를 이용하면 더 간략하게 작성할 수 있다.
위 메소드 참조에서 람다식 일부가 생략되었지만, 컴파일러는 생략된 부분을 우변의 parseInt 메소드의 선언부로부터,
또는 좌변의 Function 인터페이스에 지정된 제네릭 타입으로부터 쉽게 알아낸다.
또 다른 예를 보자.
BiFunction<String, String, Boolean> f = (s1, s2) -> s1.equlas(s2);
위 람다식에서 어떤 부분을 변경할 수 있을까?
참조변수 f의 타입으로 유추하면 람다식이 두 개의 String 타입의 매개변수를 받는다. 따라서, 매개변수 생략가능.
매개변수를 생락하면, equals만 남는데, 두 개의 String을 받아서 Boolean을 반환하는 equals라는 메소드 이므로
String::equals
로 변경한다.
BiFunction<String, String, Boolean> f = String::equals;
메소드 참조로 변경한 결과이다.
MyClass obj = new MyClass();
Function<String, Boolean> f = x -> obj.equals(x); // 람다식
Function<String, Boolean> f2 = obj::equals; // 메소드 참조
메소드 참조를 사용하는 경우가 한 가지 더 있는데, 이미 생성된 객체의 메서드를 람다식에서 사용한 경우에는
클래스 이름 대신 그 객체의 참조변수
를 적어야 한다.
메소드 참조를 정리하면 다음과 같다.
종류 | 람다 | 메소드 참조 |
---|---|---|
static 메소드 참조 | x -> ClassName.method(x) | ClassName::method |
인스턴스 메소드 참조 | (obj, x) -> obj.method(x) | ClassName:method |
특정 객체 인스턴스 메소드 참조 | x -> obj.method(x) | obj::method |
생성자를 호출하는 람다식도 메소드 참조로 변환할 수 있다.
Supplier<MyClass> s = () -> new MyClass(); // 람다식
Supplier<MyClass> s = MyClass:new; // 메소드 참조
매개변수가 있는 생성자라면, 매개변수의 개수에 따라 알맞은 함수형 인터페이스를 사용하면 된다.
Function<Integer, MyClass> f = i -> new MyClasS(i); // 람다식
Function<Integer, MyClass> f = MyClass:new; // 메소드 참조
BiFunction<Integer, String, MyClass> bf = (i, s) -> new MyClass(i, s); // 람다식
BiFunction<Integer, String, MyClass> bf = MyClass::new; // 메소드 참조
만약 배열을 생성할 때는 다음과 같이 사용한다.
Function<Integer, int[]> f = x -> new int[x]; // 람다
Function<Integer, int[]> f2 = int[]::new; // 메소드 참조
메소드 참조를 연습하여 사용해보자.
처음에는 익숙하지 않아서 조금 헷갈릴 수 있지만 몇 번 사용하면 금방 손에 익는다.
public class MethodReferences {
public static void main(String[] args) {
// Function<String, Integer> f = s -> Integer.parseInt(s);
Function<String, Integer> f = Integer::parseInt;
System.out.println(f.apply("100") + 200);
// Supplier 입력 X, 출력 O
// Supplier<MyClass> s = () -> new MyClass();
Supplier<MyClass> s = MyClass::new;
System.out.println(s.get());
Function<Integer, MyClass> f2 = MyClass::new;
MyClass m = f2.apply(100);
System.out.println(m.iv);
System.out.println(f2.apply(200).iv);
Function<Integer, int[]> f3 = int[]::new;
System.out.println(f3.apply(10).length);
}
}
class MyClass {
int iv;
MyClass () {}
MyClass (int iv) {
this.iv = iv;
}
}
// 결과
300
MyClass@5fd0d5ae
100
200
10