Java 기초 - Optional, Stream (1) [스트림 API]

스트림 API란?

Java SE 8부터 추가된 스트림 API는 기존의 스트림과는 전혀 다른 개념입니다.

자바에서는 많은 양의 데이터를 저장하기 위해서 배열이나 컬렉션을 사용합니다.

이렇게 저장된 데이터에 접근하기 위해서는 반복문이나 반복자(iterator)를 사용하여 매번 새로운 코드를 작성해야 합니다.

하지만 이렇게 작성된 코드는 길이가 너무 길고 가독성도 떨어지며, 코드의 재사용이 거의 불가능합니다.

즉, 데이터베이스의 쿼리와 같이 정형화된 처리 패턴을 가지지 못했기에 데이터마다 다른 방법으로 접근해야만 했습니다.

이러한 문제점을 극복하기 위해서 Java SE 8부터 스트림(stream) API를 도입합니다.

스트림 API는 데이터를 추상화하여 다루므로, 다양한 방식으로 저장된 데이터를 읽고 쓰기 위한 공통된 방법을 제공합니다.

따라서 스트림 API를 이용하면 배열이나 컬렉션뿐만 아니라 파일에 저장된 데이터도 모두 같은 방법으로 다룰 수 있게 됩니다.

 

스트림 API 특징

스트림 API는 다음과 같은 특징을 가집니다.

1. 스트림은 외부 반복을 통해 작업하는 컬렉션과는 달리 내부 반복(internal iteration)을 통해 작업을 수행합니다.
2. 스트림은 재사용이 가능한 컬렉션과는 달리 단 한 번만 사용할 수 있습니다.
3. 스트림은 원본 데이터를 변경하지 않습니다.
4. 스트림의 연산은 필터-맵(filter-map) 기반의 API를 사용하여 지연(lazy)연산을 통해 성능을 최적화합니다.
5. 스트림은 parallelStream() 메소드를 통한 손쉬운 병렬 처리를 지원합니다.

스트림 API의 동작 흐름

스트림 API는 다음과 같이 세 가지 단계에 걸쳐서 동작합니다.

1. 스트림의 생성
2. 스트림의 중개 연산 (스트림의 변환)
3. 스트림의 최종 연산 (스트림의 사용)

다음 그림은 자바 스트림 API가 동작하는 흐름을 나타냅니다.

스트림의 생성

스트림 API는 다음과 같은 다양한 데이터 소스에서 생성할 수 있습니다.

 

1. 컬렉션

• 자바에서 제공하는 모든 컬렉션의 최고 상위 조상인 Collection 인터페이스에는 stream() 메소드가 정의되어 있습니다.
• 따라서 Collection 인터페이스를 구현한 모든 List와 Set 컬렉션 클래스에서도 stream() 메소드로 스트림을 생성할 수 있습니다.
• 또한, parallelStream() 메소드를 사용하면 병렬 처리가 가능한 스트림을 생성할 수 있습니다.

ArrayList<Integer> list = new ArrayList<Integer>();

list.add(4);
list.add(2);
list.add(3);
list.add(1);

// 컬렉션에서 스트림 생성
Stream<Integer> stream = list.stream();
// forEach() 메소드를 이용한 스트림 요소의 순차 접근
stream.forEach(System.out::println);

• Stream 클래스의 forEach() 메소드는 해당 스트림의 요소를 하나씩 소모해가며 순차적으로 요소에 접근하는 메소드입니다.
• 따라서 같은 스트림으로는 forEach() 메소드를 한 번밖에 호출할 수 없습니다.
• 단, 원본 데이터의 요소를 소모하는 것은 아니므로, 같은 데이터에서 또 다른 스트림을 생성하여 forEach() 메소드를 호출하는 것은 가능합니다.

2. 배열

• 배열에 관한 스트림을 생성하기 위해 `Arrays 클래스`에는 다양한 형태의 `stream()` 메소드가 클래스 메소드로 정의되어 있습니다.
• 또한, 기본 타입인 `int, long, double` 형을 저장할 수 있는 배열에 관한 스트림이 별도로 정의되어 있습니다.
• 이러한 스트림은 `java.util.stream 패키지`의 `IntStream, LongStream, DoubleStream` 인터페이스로 각각 제공됩니다.

String[] arr = new String[]{"넷", "둘", "셋", "하나"};

// 배열에서 스트림 생성
Stream<String> stream1 = Arrays.stream(arr);
stream1.forEach(e -> System.out.print(e + " "));
System.out.println();

// 배열의 특정 부분만을 이용한 스트림 생성
Stream<String> stream2 = Arrays.stream(arr, 1, 3);
stream2.forEach(e -> System.out.print(e + " "));

// IntStream 사용시 long, double도 비슷하게 사용가능
int[] int_arr = new int[]{1, 2, 3, 4};
IntStream intStream = Arrays.stream(int_arr);
intStream.forEach(e -> System.out.print(e + " "));

Arrays 클래스의 stream() 메소드는 전체 배열뿐만 아니라 배열의 특정 부분만을 이용하여 스트림을 생성할 수도 있습니다.

 

3. 가변 배개변수

• Stream 클래스의 of() 메소드를 사용하면 가변 매개변수(variable parameter)를 전달받아 스트림을 생성할 수 있습니다.

// 가변 매개변수에서 스트림 생성
Stream<Double> stream = Stream.of(4.2, 2.5, 3.1, 1.9);
stream.forEach(System.out::println);

4. 지정된 범위의 연속된 정수

• 지정된 범위의 연속된 정수를 스트림으로 생성하기 위해 IntStream나 LongStream인터페이스에는 range()와 rangeClosed() 메소드가 정의되어 있습니다.
• range()메소드는 명시된 시작 정수를 포함하지만, 명시된 마지막 정수는 포함하지 않는 스트림을 생성합니다.
• rangeClosed()메소드는 명시된 시작 정수뿐만 아니라 명시된 마지막 정수까지도 포함하는 스트림을 생성합니다.

// 지정된 범위의 연속된 정수에서 스트림 생성
IntStream stream1 = IntStream.range(1, 4);
stream1.forEach(e -> System.out.print(e + " "));
System.out.println();

IntStream stream2 = IntStream.rangeClosed(1, 4);
stream2.forEach(e -> System.out.print(e + " "));

5. 특정 타입의 난수들

• 특정 타입의 난수로 이루어진 스트림을 생성하기 위해 Random 클래스에는 ints(), longs(), doubles()와 같은 메소드가 정의되어 있습니다.
• 이 메소드들은 매개변수로 스트림의 크기를 long타입으로 전달받을 수 있습니다.
• 이 메소드들은 만약 매개변수를 전달받지 않으면 크기가 정해지지 않은 무한 스트림(infinite stream)을 반환합니다.
• 이때에는 limit()메소드를 사용하여 따로 스트림의 크기를 제한해야 합니다.

// 특정 타입의 난수로 이루어진 스트림 생성
IntStream stream = new Random().ints(4);
stream.forEach(System.out::println);

6. 람다 표현식

• 람다 표현식을 매개변수로 전달받아 해당 람다 표현식에 의해 반환되는 값을 요소로 하는 무한 스트림을 생성하기 위해 Stream 클래스에는 iterate()와 generate() 메소드가 정의되어 있습니다.
• iterate() 메소드는 시드(seed)로 명시된 값을 람다 표현식에 사용하여 반환된 값을 다시 시드로 사용하는 방식으로 무한 스트림을 생성합니다.
• 반면에 generate() 메소드는 매개변수가 없는 람다 표현식을 사용하여 반환된 값으로 무한 스트림을 생성합니다.
• 다음 예제는 iterate() 메소드를 이용하여 홀수만으로 이루어진 무한 스트림을 생성하는 예제입니다.

IntStream stream = Stream.iterate(2, n -> n + 2); // 2, 4, 6, 8, 10, ...
stream.forEach(System.out::println);

7. 파일

• 파일의 한 행(line)을 요소로 하는 스트림을 생성하기 위해 java.nio.file.Files 클래스에는 lines() 메소드가 정의되어 있습니다.
• 또한, java.io.BufferedReader 클래스의 lines() 메소드를 사용하면 파일뿐만 아니라 다른 입력으로부터도 데이터를 행(line) 단위로 읽어 올 수 있습니다.

String<String> stream = Files.lines(Path path);
/*
//파일을 지정해서 스트림에 입력및 출력 가능
Stream<String> stream = Files.lines(Paths.get("C://agentlog.txt"));
stream.forEach(System.out::println);
*/

8. 빈 스트림

• 아무 요소도 가지지 않는 빈 스트림은 Stream 클래스의 empty()메소드를 사용하여 생성할 수 있습니다.

// 빈 스트림 생성
Stream<Object> stream = Stream.empty();
System.out.println(stream.count()); // 스트림의 요소의 총 개수를 출력함.

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[참고 자료]

http://www.tcpschool.com/java/java_stream_concept

http://www.tcpschool.com/java/java_stream_creation