Stream API

개요

자바를 책으로 배웠다면 for, if문의 코드 블럭에 익숙할 것이다. 그러나 강의를 들어보거나 자바를 메인으로 다루는 것이 아닌 책을 보면 for, if문 만큼이나 stream()키워드를 사용하여 처리하는 코드를 많이 보게 된다. 이번 기회에 공부해보려한다.

함수형 프로그래밍

“함수형 프로그래밍은 자료 처리를 수학적 함수의 계산으로 취급하고 상태와 가변 데이터를 멀리하는 프로그래밍 패러다임의 하나이다.” - 위키백과

다음과 같은 코드를 예를 들어보자

int total = 0;

public void addToTotal(int number) {
  total += number;
}

addToTotal함수는 외부 상태인 total을 변경한다.

public int add(int a, int b) {
  return a + b;
}

반면 add함수는 외부 상태에 영향을 미치지 않고 입력값에 따라 결과를 반환하는 순수 함수다. 이 함수는 프로그램의 외부 상태를 변경하지 않고 단순히 입력값을 받아 처리한 후 결과를 반환한다.

함수형 프로그래밍은 여러 주요 개념들이 있다.

순수 함수
부작용 없음
고차함수
불변성
일급 함수
함수 합성

위에서 본 예제가 바로 순수 함수와 부작용 함수의 차이다.

Stream API 사용법

Stream API는 자바가 계속 발전하고 새롭게 등장하고있는 프로그래밍 언어와 개발 방식에 대응하기 위해 만든 스펙이 아닐까 생각한다.
이외에도 인터페이스 디폴트 메소드라던지 var타입 변수라던지 여러가지가 있다.

Stream API는 특별히 Collecitons패키지의 자료구조들을 일관된 방식으로 다루기 위한 API로 사용법은 이렇다.

List<Integer> integerList = new ArrayList<>();

integerList.stream()...;

이렇게 자료구조 뒤에 stream()메소드를 사용하는 것이다.

예를 들어 리스트의 모든 자료를 출력하는 코드를 작성한다면 반복문을 이용하여 다음과 같이 작성할 수 있다.

for(int i = 0; i < integerList.size(); i++) {
  System.out.println(integerList.get[i]);
}

Stream을 이용한다면…

integerList.stream().forEach(item  -> {
  System.out.println(item);
})

이렇게 Stream을 사용하지 않은 코드는 어떻게 동작하는지를 자세히 명시하고 있고 루프 인덱스인 i가 계속해서 증가한다.

반면 Stream을 사용한 코드는 무엇을 해야하는지를 표현하고있다. stream()메소드를 사용해 리스트를 데이터 스트림으로 변환한 뒤 각 요소를 직접 처리할 함수를 전달하고 있다.
i와 같은 변수를 사용하여 인덱스를 직접 관리하지 않고 고차함수인 forEach()를 사용하여 함수를 전달하고 있다.

이렇게 Stream이 어떤 의도로 등장했는지 간단히 알아보았다.
실제 사용하는 입장에서는 사실 for문이나 if문을 어떻게 대체할 수 있는지만 알면 되기 때문에 for, if문을 stream으로 대체하는방법에 대해 알아보자.

Integer targetNum = null;

for(int i = 0; i < integerList.size(); i++) {
  System.out.println(integerList.get[i]);

  if(integerList.get(i).equals(100)) {
    targetNum = integerList.get(i);
    break;
  }
}

반복문을 돌며 원하는 숫자를 찾으면 반복문을 종료하는 코드다.
이걸 Stream을 사용하는 바꿔보면…

Integer targetNum = integerList.stream().filter(integer -> {
  System.out.println(integer);

  if(integer.equals(100)) {
    return true;
  }

  return false;
}).findAny().get();

filter()메소드는 조건에 따라 걸러서 반환하는 메소드로 위의 코드에선 findAny().get()메소드를 사용하여 처음으로 true가 등장하면 가장 처음으로 걸러진 데이터를 반환하는 코드다.

만약 반복문을 돌며 기존 값에서 +10을 시키고싶다면 어떨까?

List<Integer> plusTenIntegerList = new ArrayList<>();

for(int i=0; i<integerList.size(); i++) {
  plusTenIntegerList.add(integerList.get(i) + 10);
}

이처럼 어떤 데이터를 가공하고 싶은 경우 사용하는 메소드는 map()이다. 다음과 같이 사용한다.

List<Integer> plusTenIntegerList = integerList.stream().map(integer -> integer + 10).toList();

map메소드 내에 넣어준 함수대로 실행되고 이들을 스트림 형태로 반환하고 toList()메소드를 통해 List타입으로 변경하는 코드다.

filter와 map을 동시에 사용할수도 있는데 예를 들어 홀수들만 뽑아서 이들을 +10 시킬 수 있다.

List<Integer> oddNumPlusTem = integerList.stream().filter(integer -> integer % 2 !=0).map(integer -> integer + 10).toList();