[Java] Stream API - 1. 스트림 생성

스트림(Stream) API

Java SE 8부터 추가된 스트림(Stream) API는 데이터를 추상화하여 다루므로, 다양한 바식으로 저장된 데이터를 읽고 쓰기 위한 공통된 방법을 제공한다.

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

스트림(Stream) API의 특징

• 스트림은 외부 반복을 통해 작업하는 컬렉션과는 달리, 내부 반복(internal iteration)을 통해 작업을 수행한다.
• 스트림은 재사용이 가능한 컬렉션과는 달리, 단 한 번만 사용할 수 있다.
• 스트림은 원본 데이터를 변경하지 않는다.
• 스트림의 연산은 필터-맵(filter-map) 기반의 API를 사용하여 지연(lazy) 연산을 통해 성능을 최적화한다.
• 스트림은 parallelStream() 메소드를 통한 손쉬운 병렬 처리를 지원한다.

스트림 API의 동작 흐름

스트림은 크게 세가지 단계에 걸쳐서 동작한다.

1. 스트림 생성: 스트림 인스턴스 생성.
2. 스트림 중개 연산(스트림 변환, 가공): 필터링(filtering) 및 맵핑(mapping) 등 원하는 결과를 만들어가는 중간 작업.
3. 스트림 최종 연산(스트림 사용, 결과): 최종적으로 결과를 만들어내는 작업.

해당 포스트에서는 1. 스트림 생성에 관해서만 다루므로 스트림 중개 연산과 스트림 최종 연산은 아래 다른 포스트를 연결해 놓겠다.

• [2021.03.14 - [Language/Java\] - [Java] Stream API - 2. 스트림 중개연산]
• [2021.03.16 - [Language/Java\] - [Java] Stream API - 3. 스트림 최종연산]

스트림 생성

생성과 관련하여는 다음과 같은 방법이 있다.

• 배열 / 컬렉션 / 빈 스트림 / 가변 매개변수
• Stream.builder() / Stream.generate() / Stream.iterate()
• 기본 타입형 / 문자열 스트림 / 파일 스트림
• 병렬 스트림 / 스트림 연결하기

배열 스트림

배열 스트림은 Arrays.stream()메소드를 활용하여 생성이 가능하다.

String[] str = new String[]{"1", "2", "3", "4", "5"};
Stream<String> stream = Arrays.stream(str);
Stream<String> subStream = Arrays.stream(str, 3, 5);    // 3 ~ (5-1) 요소 [4, 5]

컬렉션 스트림

컬렉션 타입(Collection, List, Set)의 경우, 인터페이스에 추가된 default method인 stream()을 활용하여 생성한다.

List<String> list = Arrays.asList("1", "2", "3", "4", "5");
Stream<String> stream = list.stream();
Stream<String> parallelStream = list.parallelStream();    // 병렬 처리 스트림

빈 스트림

빈 스트림은 empty()메소드를 활용하여 생성할 수 있고, 요소가 없을 때 null 대신 사용할 수 있다.

Stream<String> emptyStream = Stream.empty();    // 요소의 개수가 0인 빈 스트림

가변 매개변수

of()메소드를 사용하여 직접적으로 값을 넣으며 가변적인 크기의 스트림을 생성할 수 있다.

Stream<Double> doubleStream = Stream.of(5.1, 2.4, 3.9, 1.2);    // 크기가 4인 스트림 생성

Stream.builder()

빌더(Builder)를 사용하면 스트림에 직접적으로 값을 넣을 수 있다. 마지막에 build()메소드로 스트림을 반환한다.

Stream<String> builderStream = Stream.<String>builder()
        .add("3").add("2").add("1")
        .build();            // [3, 2, 1]

Stream.generate()

generate() 메소드를 이용하면 Supplier<T>에 해당하는 람다로 값을 넣을 수 있다.

Supplier<T>는 아무 인자도 받지않고 T타입 값을 반환하는 함수형 인터페이스이다. 람다식에서 리턴하는 값이 들어간다.

이 때, 생성되는 스트림은 크기가 정해져있지 않고 무한하기 때문에 특정 사이즈로 최대 크기를 제한해야 한다. (limit() 사용 -> limit으로 지정해준 크기만큼의 스트림을 반환한다.)

Stream<String> generateStream = Stream.generate(() -> "gs").limit(5);    // [gs, gs, gs, gs, gs]

Stream.iterate()

iterate()메소드를 이용하면 초기값과 해당값을 다루는 람다식을 이용하여 스트림에 들어갈 요소를 만든다.

현재 인풋으로 만들어진 아웃풋이, 다음 요소의 인풋으로 들어간다. iterate()도 스트림의 사이즈가 무한하기 때문에 limit()을 이용하여 특정 사이즈로 제한해줘야 한다.

Stream<Integer> iterateStream = Stream.iterate(10, n -> n * 2).limit(5);    // [10, 20, 40, 80, 160]

기본 타입형 스트림

제네릭(Generic)을 사요하면 리스트나 배열을 이용하여 기본타입 스트림을 생성할 수 있지만, 제네릭을 사용하지 않고 직접적으로 기본타입 스트림을 다룰 수도 있다.

range는 끝 범위를 포함하지 않고, rangeClosed는 범위를 포함한다.

IntStream intStream = IntStream.range(1, 5)    // [1, 2, 3, 4]
LongStream longStream = LongStream.rangeClosed(1, 5)    // [1, 2, 3, 4, 5]

제네릭을 사용하지 않기 때문에 불필요한 오토박싱(auto-boxing)이 일어나지 않는다.

필요한 경우 boxed()메소드를 이용하여 박싱(boxing)할 수 있다.

Stream<Integer> boxedIntStream = IntStream.range(1, 5).boxed();

Java 8 이상의 Random 클래스는 난수를 3가지 타입의 스트림(IntStream, LongStream, DoubleStream)을 만들어 낼 수 있다. 쉽게 난수 스트림을 생성하여 여러가지 후속 작업을 할 수 있어 유용하다.

DoubleStream doubleStream = new Random().doubles(3);    // double형 난수 3개 생성
IntStream intStream = new Random().ints(5)    // int형 난수 5개 생성

문자열 스트림

String을 이용하여 스트림을 생성할 수도 있다.

// 스트링의 각 문자(char)를 IntStream으로 변환(아스키코드 숫자로)
IntStream charStream = "Stream".chars();    // [83, 116, 114, 101, 97, 109]

// 정규표현식(Regular Expression)을 이용하여 문자열을 자르고, 각 요소들로 스트림을 생성
Stream<String> stringStream = Pattern.compile(", ").splitAsStream("A, B, C");    // [A, B, C]

파일 스트림

Files클래스의 lines()메소드는 해당 파일의 각 라인을 String 타입의 스트림으로 만들어준다.

Stream<String> lineStream = Files.lines(Paths.get("example.txt"), Charset.forName("UTF-8"));

병렬 스트림 Parallel Stream

스트림 생성 시 사용하는 stream()대신 parallelStream()메소드를 사용해서 병렬 스트림을 생성할 수 있다.

내부적으로는 쓰레드를 처리하기 위해 Java 7부터 도입된 Fork/Join framework를 사용한다고 한다.

Stream<Product> parallelStream = productList.parallelStream();    // 컬렉션 병렬 스트림 생성
boolean isParallel = parallelStream.isParallel();    // 병렬 여부 확인

위와 같이 선언함으로써, 다음 코드는 각 작업을 쓰레드를 이용해 병렬 처리한다.

boolean isExist = parallelStream.map(product -> product.getAmount * 2)
        .anyMatch(amount -> amount > 200);

배열을 이용한 병렬 스트림 생성은 다음과 같다.

Arrays.stream(arr).parallel()    // 배열 병렬 스트림 생성

컬렉션과 배열이 아닌 경우에는 parallel() 메소드를 이용한다.

IntStream intStream = IntStream.range(1, 100).parallel();
boolean isParallel = intStream.isParallel();

다시 시퀀셜(sequential) 모드로 돌리고 싶다면 sequential()메소드를 사용하면 된다.

IntStream intStream = intStream.sequential();
boolean isParallel = intStream.isParallel();

스트림 연결하기

Stream.concat()메소드를 이용하여 두개의 스트림을 연결해서 새로운 스트림을 만들어낼 수 있다.

Stream<String> stream1 = Stream.of("C", "C++", "C#");
Stream<String> stream2 = Stream.of("Java", "Kotlin");
Stream<String> concat = Stream.concat(stream1, stream2);    // [C, C++, C#, Java, Kotlin]

Refer to

• http://www.tcpschool.com/java/java_stream_creation
• https://futurecreator.github.io/2018/08/26/java-8-streams/