스트림 패러다임 핵심은 계산을 일련의 변환(transformation)으로 재구성하는 부분이다.
각 변환 단계는 가능한 한 이전 단계의 결과를 받아 처리하는 순수 함수여야 한다.
오직 입력만이 결과에 영향을 주는 함수
다른 가변 상태를 참조하지 않고, 함수 스스로도 외부 상태를 변경하지 않는다.
즉, 함수는 입력값에 의존하여 항상 동일한 결과만을 내놓아야 한다.
이를 보장하기 위해서는 스트림 연산에 건네는 함수 객체는 모두 side-effect가 없어야 한다.
✒️ Stream API
1. Java Stream API • 컬렉션에 저장되어 있는 element들을 추상화시키고, 간단하게 처리할 수 있다. • Java 8 이전에는 Iterator 클래스를 이용했다. 2. 특징 (1) 원본 데이터를 변경하지 않는다. • 원본 데이터를 조회하여 별도의 요소들로 stream을 생성한다. • 정렬이나 필터링 등의 작업은 별도의 stream data들에서 처리된다. • List<String> sortedList = nameStream.sorted().collect(toList()); (2) 스트림은 일회용이다. • Stream API는 한 번 사용이 끝나면 재사용이 불가능하다. • 또 필요한 경우 stream을 재생성해야 하고, 닫힌 stream을 이용하면 IllegalStateException 발생 • userSteam.sorted().forEach(System.out::print); int count = userStream.count(); // IllegalStateException (3) 내부 반복으로 작업을 처리한다. • Stream을 사용하면 코드가 간결해지는 이유 중 하나는 '내부 반복' 때문이다. • for이나 while 등을 쓰지 않고, stream 내부에 숨겨진 반복 문법을 사용한다. • nameStream.forEach(System.out::println); // 반복문이 forEach라는 함수 내부에 숨겨져 있다.
찾아보니 자바 버전이 낮아서 그런 거였다. (뒷부분에서나 Java 9부터 지원한다고 언급해놨다. ㅡㅡ)
그래서 이 참에 내가 직접 구현해보았다.
class ScannerStream implements Iterable<String> {
private final Scanner scanner;
public ScannerStream(File file) throws FileNotFoundException {
scanner = new Scanner(file);
}
@Override public Iterator<String> iterator() {
return new ScannerIterator();
}
@Override public void forEach(Consumer<? super String> action) {
while (scanner.hasNext())
action.accept(scanner.next());
}
@Override public Spliterator<String> spliterator() {
return new ScannerSpliterator(scanner);
}
public Stream<String> tokens() {
return StreamSupport.stream(spliterator(), false);
}
private class ScannerIterator implements Iterator<String> {
@Override public boolean hasNext() {
return scanner.hasNext();
}
@Override public String next() {
return scanner.next();
}
@Override public void remove() {
throw new UnsupportedOperationException();
}
}
private class ScannerSpliterator implements Spliterator<String> {
private final Scanner scanner;
public ScannerSpliterator(Scanner scanner) {
this.scanner = scanner;
}
@Override public boolean tryAdvance(Consumer<? super String> action) {
if (scanner.hasNext()) {
action.accept(scanner.next());
return true;
} else {
return false;
}
}
@Override public Spliterator<String> trySplit() {
return null;
}
@Override public long estimateSize() {
return Long.MAX_VALUE;
}
@Override public int characteristics() {
return ORDERED | SIZED | NONNULL | IMMUTABLE;
}
}
}
ScannerStream은 Iterator<String> : 인터페이스를 구현하여 반복 가능 문자열 스트림을 생성한다.
forEach(Consumer<? super String> action) : Consumer 함수형 인터페이스를 통해 각 문자열에 대한 action을 수행한다. 내부적으로 Scanner의 hasNext()와 next()를 이용하여 문자열을 반복한다.
Spliterator을 구현하기 위해 내부적으로 ScannerSpliterator을 구현해서 객체를 반환하도록 처리했다.
tokens()는 파일에서 읽은 문자열을 스트림으로 반환한다.
사실 ChatGPT 도움을 어느 정도 받아가면서 했는데, Spliterator<String>을 반환하기 위해서 Java9 버전에서나 나오는 이상한 메서드를 호출하길래, Spliterator을 내부 클래스에서 구현해버렸다. (난 Java 8 따리라고..)
저렇게 구현하는 게 맞는지는 잘 모르겠다. 대충 작동만 하게끔 여기저기 참고해서 쓰긴 했는데, 여튼 챕터에 나오는 테스트용 정도로는 충분할 것 같다.
1️⃣ Stream 패러다임을 제대로 이해하지 못한 경우
public class Foo {
public static void main(String[] args) {
File file = new File("src\\Chat7\\Item46\\input.txt");
Map<String, Long> freq = new HashMap<>();
// 1. 스트림 패러다임을 이해하지 못한 경우
try (Stream<String> words = new ScannerStream(file).tokens()) {
words.forEach(word -> {
freq.merge(word.toLowerCase(), 1L, Long::sum);
});
} catch (FileNotFoundException e) {
throw new RuntimeException(e);
}
System.out.println(freq);
}
}
스트림, 람자, 메서드 참조를 사용했고 결과도 올바르지만, 스트림 코드를 가장한 반복 코드에 불과하다. (오히려 반복 코드보다 모든 면에서 나쁘다.)
모든 연산이 종단 forEach에서 발생하는데, 외부 변수(freq)를 수정하는 람다를 실행하면서 순수 함수로서의 기능을 상실했다.
2️⃣ Stream API를 제대로 사용한 경우
💡 forEach 연산은 스트림 계산 결과를 보고할 때만 사용하고, 계산하는 데는 쓰지 말자
public class Foo {
public static void main(String[] args) {
File file = new File("src\\Chat7\\Item46\\input.txt");
Map<String, Long> freq;
// 2. 올바른 방법
try (Stream<String> words = new ScannerStream(file).tokens()) {
freq = words.collect(groupingBy(String::toLowerCase, counting()));
} catch (FileNotFoundException e) {
throw new RuntimeException(e);
}
System.out.println(freq);
}
}
짧고 명확하며, 스트림 API를 제대로 사용했다.
for-each반복문이 forEach와 비슷하게 생겨 많이 사용하지만, forEach연산은 종단 연산 중 기능이 가장 적고 가장 '덜' 스트림답다. (대놓고 반복적이라 병렬화할 수도 없다.)
가끔 스트림 계산 결과를 기존 컬렉션에 추가하는 등의 다른 용도로 사용할 수는 있다.
📌 수집기(collector)
Object collect(Collector collector)
스트림 사용을 위해 꼭 배워야 한다.
collect() : 스트림 종단연산, 매개변수로 Collector를 필요로 한다.
Collector : 인터페이스, collect의 파라미터는 해당 인터페이스를 구현해야 한다.
Collectors : 클래스, static 메서드로 미리 작성된 컬렉트를 제공한다.
java.util.stream.Collectors 클래스는 Java 10 기준 43개나 되고, 그 중 타입 매개변수가 5개나 되는 것도 있다.
익숙해지기 전까지는 축소(reduction) 전략을 캡슐화한 블랙박스 객체라고 생각하라
collector가 생성하는 객체는 일반적으로 컬렉션이다.
스트림의 원소를 손쉽게 컬렉션으로 모을 수 있다.
📌 Stream 파이프라인 작성해보기
💡 Collectors의 멤버를 정적 임포트하면 스트림 파이프라인 가독성이 좋아진다.
toList(), toSet(), toCollection(collectionFactory) 세 가지가 대표적이다.
💡 수십 개 메서드를 요약해놓았기 때문에 본문의 글만으로 헷갈릴 수 있으니 java.util.stream.Collectors를 참고하라. (API Doc)
• toMap & 복잡한 형태의 toMap • 인수 3개를 받는 toMap • 인수 4개를 받는 toMap • toMap 변종 (ex. toConcurrentMap) • groupingBy • groupingBy 다른 자료형으로 반환 • groupingBy 세 번째 버전 • groupingByConcurrent & partitioningBy • joining & minBy/maxBy • 그 외
1️⃣ toMap & 복잡한 형태의 toMap
public static <T,K,U> Collector<T,?,Map<K,U>> toMap(Function<? super T,? extends K> keyMapper, Function<? super T,? extends U> valueMapper)
가장 간단한 형태는 toMap(keyMapper, valueMapper)
keyMapper : 스트림 원소를 키에 매핑하는 함수
valueMapper : 스트림 원소를 값에 매핑하는 함수
private static final Map<String, Operation> stringToEnum =
Stream.of(values()).collect(toMap(Object::toString, e -> e));
Stream의 각 원소가 고유한 키에 매핑되어 있을 때 적합하다.
다수가 같은 키를 사용하면 파이프라인이 IllegalStateException을 던진다.
2️⃣ 인수 3개를 받는 toMap
private static final Map<String, Operation> stringToEnum =
Stream.of(values())
.collect(toMap(Object::toString, e -> e, (existing, replacement) -> existing));
"어떤 키"와 "그 키에 연관된 원소들 중 하나"를 골라 연관 짓는 맵을 만들 때도 유용하다.
코드를 직역하면 "앨범 스트림을 맵으로 바꾸는데, 이 맵은 각 음악가와 그 음악가의 베스트 앨범을 짝지은 것이다."
3️⃣ 인수 4개를 받는 toMap
private static final Map<Operation, String> operationToString =
Stream.of(Operation.values())
.collect(toMap(Function.identity(), Object::toString, (a, b) -> a, EnumMap::new));
toMap은 일반적으로 HashMap을 사용하는데, 4번째 인수로 EnumMap이나 TreeMap처럼 특정 맵 구현체를 직접 지정할 수도 있다.
4️⃣ toMap 변종 (ex. toConcurrentMap)
위 세 가지 toMap에는 변종이 있다.
그 중 toConcurrentMap은 병렬 실행된 후 결과로 ConcurrentHashMap 인스턴스를 생성한다.
public static <T,K,U> Collector<T,?,ConcurrentMap<K,U>> toConcurrentMap(Function<? super T,? extends K> keyMapper, Function<? super T,? extends U> valueMapper)