210106 람다식과 스트림

2021-01-06

람다식

(매개변수)->{실행문;}

자바 8부터 함수형 프로그래밍 방식을 지원

함수형 프로그래밍

함수를 기반으로 자료를 입력받아 구현한다
함수의 구현과 호출만으로 프로그램을 만들 수 있다
순수 함수(pure function)을 구현, 호출하여 외부 자료에 부수적인 영향을 주지 않도록 구현한다
- 순수 함수: 매개변수만을 사용하여 만드는 함수
- 함수 내부에서 함수 외부에 있는 변수를 사용하지 않아, 함수가 수행되더라도 외부 자료에는 영향이 없다

함수형 프로그래밍의 장점

여러 자료를 동시에 처리하는 병렬 처리에 적합하다
- 함수가 입력받은 자료 외 외부 자료에 영향을 미치지 않기 때문
안정되고 확장성 있는 프로그램을 개발할 수 있다
함수 기능이 자료에 독립적임을 보장한다
- 동일한 입력에 대해 동일한 출력 보장
- 다양한 자료에 같은 기능을 수행할 수 있다

람다식 문법

함수 이름이 없는 익명 함수를 만든다

// 1. 매개변수 자료형을 생략 가능하며, 매개변수가 하나인 경우에는 괄호도 생략 가능하다. 
str -> {System.out.println(str);}
(x,y) -> {System.out.println(x+y);}

// 2. 중괄호 내부의 구현 부분이 한 문장인 경우, 중괄호를 생략할 수 있다
// 하지만 return문은 중괄호를 생략할 수 없다
str -> System.out.println(str);
str -> { return str.length();}

// 3. 중괄호 안의 구현 부분이 return문 하나라면, 중괄호와 return을 모두 생략하고 식만 쓴다
(x , y)-> x + y;
str -> str.length();

람다식 사용

// 함수형 인터페이스 선언
public interface MyNumber {
    int getMax(int num1, int num2);
}
// 람다식 구현 및 호출
public class TestMyNumber {
    public static void main(String[] args){
        MyNumber Max = (x,y) -> (x>=y) ? x : y;
        System.out.println(max.gerMax(10,20));
    }
}

함수형 인터페이스

람다식은 메서드 이름이 없다
- 메서드를 실행하는데 필요한 매개변수와 매개변수를 활용한 실행 코드를 구현
자바에서는 참조 변수 없이 메서드를 호출할 수 없다
람다식을 구현하기 위해 함수형 인터페이스를 만들고, 인터페이스에 람다식으로 구현할 메서드를 선언한다.
람다식은 오직 하나의 메서드만 선언한 인터페이스를 구현할 수 있다
- 하나의 메서드를 구현하여 인터페이스형 변수에 대입
- 이름이 없는 익명 함수로 구현하기 때문에 인터페이스에 메서드가 여러 개 있다면 어떤 메서드를 구현한 것인지 모호해진다

@FunctionalInterface 애너테이션

함수형 인터페이스라는 의미를 명시적으로 표현한다
람다식으로 구현한 인터페이스에 실수로 다른 메서드를 추가하는 것을 막는다

익명 객체

익명 내부 클래스는 클래스 이름 없이 인터페이스 자료형 변수에 바로 메서드 구현부를 생성하여 대입할 수 있다
람다식 코드에서 외부 메서드의 지역 변수를 수정할 수 없다
- 지역 변수는 메서드 호출이 끝나면 메모리에서 사라진다
- 익명 내부 클래스에서 사용하는 경우에는 지역 변수가 상수로 변한다
- 람다식 역시 익명 내부 클래스가 생성, 외부 메서드의 지역 변수를 사용하면 변수는 상수(final)가 되어 오류 발생

함수를 변수처럼 사용하는 람다식

interface PrintString{ 
	void showString(String str);
}
public class TestLambda{ 
	public static void showMyString(PrintString p){
    	p.showString("Hello2");
	}
    public static PrintString returnString(){
        /*
        PrintString str = s->System.out.println(s+" world");
        return str;
        */
        return s->System.out.println(s+" world");
    }
    public static void main(String args[]){
        // 1) 인터페이스형 변수에 람다식 대입
    	PrintString lambdaStr = s-> System.out.println(s);
	    lambdaStr.showString("Hello");   
        // 2) 함수의 매개변수로 람다식 전달
        showMyString(lambdaStr);
        // 3) 반환값으로 람다식 사용
        PrintString reStr=returnString();
        reStr.showString("Hello3");
    }
}

스트림

int[] arr = {1,2,3,4,5};
Arrays.stream(arr).forEach(n->System.out.println(n));

여러 자료의 처리에 대한 기능을 구현해놓은 클래스
배열, 컬렉션 등의 자료를 일관성있게 처리할 수 있다
- 처리해야 하는 자료가 무엇인지와 상관없이 같은 방식으로 메서드를 호출한다
  - 자료를 추상화했다

스트림 연산

중간 연산

자료를 거르거나 변경하여 또 다른 자료를 내부적으로 생성

filter()

sList.stream().filter(s -> s.length() >= 10).forEach(s -> System.out.println(s));

조건을 넣고 true인 경우에만 자료 추출

map()

customerList.stream().map(c->c.getName()).forEach(s -> System.out.println(s))

클래스가 가진 자료 중 한가지만 추출
요소들을 순회하면서 다른 형식으로 변환하는 경우에도 사용

최종 연산

생성된 내부 자료를 소모해 가면서 연산을 수행
마지막에 한 번만 호출된다
최종 연산이 수행되고 나면 해당 스트림은 더이상 사용할 수 없다

forEach()

요소를 하나씩 꺼낸다

count()

int count = (int) Arrays.stream(arr).count();

통계: 배열 요소의 개수를 출력

sum()

int sum = Arrays.stream(arr).sum();

통계: 배열 요소의 합계를 구함

Collection에서 스트림 생성/사용

public class ArrayListStreamTest{
    public static void main(String[] args){
        List<String> sList = new ArrayList<>();
        sList.add("A");
        sList.add("B");
        sList.add("C");
        
        Stream<String> stream = sList.stream();
        stream.forEach(s -> System.out.println(s));
        System.out.println();
        sList.stream().sorted().forEach(s -> System.out.println(s));
    }
}

Collection 인터페이스의 stream() 메서드 사용, 스트림 생성
- 이 스트림은 내부적으로 해당 Collection 구현체의 모든 요소를 가지고 있다

sorted()

요소의 정렬을 위한 중간 연산
사용하는 자료 클래스가 Comparable 인터페이스를 구현해야 한다
만약 구현되어 있지 않다면 메서드의 매개변수로 Comparator 인터페이스를 구현한 클래스를 지정할 수 있다

스트림의 특징

자료의 대상과 관계없이 동일한 연산을 수행한다

컬렉션의 여러 자료 구조에 대해 요소 출력, 조건에 따른 자료 추출, 합계나 평균 등의 작업을 일관성 있게 처리할 수 있는 메서드를 제공한다

한 번 생성하고 사용한 스트림은 재사용할 수 없다

스트림의 요소들은 최종 연산시 ‘소모된다’
소모된 요소들은 재사용할 수 없으며, 다른 기능을 호출하고 싶다면 스트림을 새로 생성해야 한다

스트림의 연산은 기존 자료를 변경하지 않는다

정렬한다거나 합을 구하는 등의 여러 연산을 수행한다고 해서 기존 배열이나 컬렉션이 변경되지는 않는다
스트림 연산을 위해 사용하는 메모리 공간이 별도로 존재한다

스트림의 연산은 중간 연산과 최종 연산이 있다

중간 연산은 여러 개가 적용될 수 있으며, 최종 연산은 맨 마지막에 한 번 적용된다.
만약 중간 연산이 여러 개 호출되더라도 최종 연산이 호출되어야 스트림의 중간 연산이 모두 적용된다
- 지연 연산(lazy evaluation)

reduce() 연산

T reduce(T identify, BinaryOperator<T> accumulator)

내부적으로 스트림의 요소를 하나씩 소모하면서 프로그래머가 직접 정의한 기능을 수행한다
T identify : 초기값
BinaryOperator 인터페이스 : 두 매개변수로 람다식을 구현, 각 요소별 기능 수행
- 매개변수로 람다식을 직접 작성해도 되고, 길이가 길다면 인터페이스를 구현한 클래스를 생성하여 대입해도 된다
- 함수형 인터페이스이므로 apply() 메서드를 반드시 구현해야 한다
  - apply() : 두 개의 매개변수와 한 개의 반환값을 가진다(셋 다 같은 자료형)

class CompareString implements BinaryOperator<String> {
    @Override
    public String apply(String s1, String s2){
        if(s1.getBytes().length >= s2.getBytes().length) return s1;                                                 else return s2;
    }
}
public class ReduceTest {
    public static void main(String[] args){
        String[] greetings = {"안녕하세요","hello","반갑습니다"};
        // 1. 매개변수로 람다식 직접 작성하기
        System.out.println(Arrays.stream(greetings).reduce("",(s1,s2)->{
            if(s1.getBytes().length >= s2.getBytes().length) return s1;                                                 else return s2;});
        // 2. BinaryOperator 인터페이스를 구현한 클래스 사용하기                   
        String str = Arrays.stream(greetings).reduce(new CompareString()).get();
        System.out.println(str);
    }
}                        

궁금증: 스트림의 forEach()와 for-loop의 성능 차이?

요소를 순회하기 위해 스트림의 forEach() 최종 연산을 사용할때와 for-loop를 사용할 때 성능 차이가 발생할까?
기본 for-loop을 사용했을 때 가장 빠르다
- 기본 for-loop은 오버헤드가 없는 단순 인덱스 기반 메모리 접근이므로 스트림보다 빠르다
- 비교적 최근에 도입된 스트림보다 for-loop의 컴파일러 최적화가 더 정교하다

출처

Do it! 자바 프로그래밍

https://madplay.github.io/post/mistakes-when-using-java-streams

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