[Java] Stream API - 2. 스트림 중개연산

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 2. 스트림 중개 연산(스트림 변환, 가공)에 관해서만 다루므로 스트림 생성과 스트림 최종 연산은 아래 다른 포스트를 연결해 놓겠다.

• [2021.03.11 - [Language/Java\] - [Java] Stream API - 1. 스트림 생성]
• [2021.03.16 - [Language/Java\] - [Java] Stream API - 3. 스트림 최종연산]

스트림 중개 연산(Intermediate Operation)

스트림 중개연산은 생성된 스트림을 전달받아 다른 스트림으로 변환시켜 반환하는 역할을 한다.

대표적인 중개연산은 다음이 있다.

• Filtering - filter(), distinct()
• Mapping - map(), flatMap()
• Restricting - limit(), skip()
• Sorting - sorted()
• Iterating - peek()

Filtering

Filtering은 스트림 내 요소들을 하나씩 평가해서 걸러내는 작업이다. 인자로 받는 Predicate는 boolean을 리턴하는 함수형 인터페이스로 평가식이 들어가게 된다.

distinct()

distinct()메소드는 해당 스트림에서 중복된 요소가 제거된 새로운 스트림을 반환하며, 내부적으로 Object 클래스의 equals() 메소드를 사용하여 요소의 중복을 비교한다.

Stream<T> distinct();

filter()

filter()메소드는 해당 스트림에서 주어진 조건(predicate)에 맞는 요소만으로 구성된 새로운 스트림을 반환한다.

Stream<T> filter(Predicate<? super T> predicate);

다음 예를 살펴보자.

List<Integer> list = Arrays.asList(7, 5, 5, 2, 1, 2, 3, 5, 4, 6);

Stream<Integer> stream1 = list.stream().distinct();    // [7, 5, 2, 1, 3, 4, 6]
Stream<Integer> stream2 = list.stream().filter(e -> e % 2 == 0)    // [2, 2, 4, 6]

스트림의 각 요소에 대해서 평가식을 실행하게 되고, 평가식에 충족한 값들만 들어간 스트림이 리턴된다.

Mapping

Mapping은 스트림에 들어가 있는 값이 input이 되어 특정 로직을 거친 후 output이 되어 새로운 스트림에 담는 작업이다.

map()

map()메소드는 스트림 내 요소들을 하나씩 특정 값으로 변환해준다. 이 때 값을 변환하기 위한 람다식을 인자로 받는다.

<R> Stream<R> map(Function<? super T, ? extends R> mapper);

주어진 스트림을 가지고 다양하게 새로운 스트림으로 변환할 수 있다.

List<String> list = Arrays.asList("Java", "Kotlin", "Scala");

Stream<Integer> stream1 = list.stream().map(String::length);    // [4, 6, 5];
Stream<String> stream2 = list.stream().map(String::upperCase);    // [JAVA, KOTLIN, SCALA]

밑의 예제처럼 Product 타입 객체 내의 특정 값만을 추출하여 새로운 스트림으로 만들 수도 있다.

productList는 Product 타입 객체를 담고있는 List이다.

Stream<Integer> stream = productList.stream().map(Product::getAmount);    // [10, 24, 34, 64]

flatMap()

flatMap()메소드는 변환하려는 해당 스트림의 요소가 배열일 때 사용한다.

인자로 mapper를 받고, 리턴 타입은 Stream이다. 즉, 새로운 스트림을 생성해서 리턴하는 람다를 넘겨줘야한다. flatMap은 중첩 구조를 한 단계 제거하고 단일 컬렉션으로 만들어주는 역할을 하며, 이러한 작업을 플래트닝(flattening)이라고 한다.

List<List<Integer>> list = Arrays.asList(Arrays.asList(1, 3), Arrays.asList(4, 2)); // [[1,3],[4,2]]

List<Integer> flatMapStream = list.stream().flatMap(Collection::stream)
        .collect(Collectors.toList());    // [1, 3, 4, 2]

위에서처럼 중첩 구조(이중 리스트)를 제거하고 작업할 수 있다.

밑의 코드처럼 객체에도 적용이 가능하다. Student객체를 담고있는 리스트를 스트림으로 생성하고, 객체가 가지고있는 각 과목 점수를 flatMap을 이용하여 접근이 가능하다.

students.stream().flatMapToInt(student -> IntStream.of(student.getKor(), student.getEng(), student.getMath()))
        .average().ifPresent(System.out::println);

Restricting

limit()

limit()메소드는 해당 스트림의 첫 번째 요소부터 전달된 개수만큼의 요소만으로 새로운 스트림을 구성한다. 앞 포스팅의 스트림 생성에서 Stream.generate(), Stream.iterate()의 예제에서도 잠깐 쓰였던 메소드이다. skip()메소드와 혼용이 가능하다.

Stream<T> limit(long maxSize);

skip()

skip()메소드는 해당 스트림의 첫 번재 요소부터 전달된 개수만큼의 요소를 제외한 나머지 요소만으로 새로운 스트림을 구성한다. limit()메소드와 혼용이 가능하다.

Stream<T> skip(long n);

간단한 예제를 살펴보자.

IntStream stream = IntStream.range(0, 10);

Stream<Integer> stream1 = stream.limit(5);    // [0,1,2,3,4]
Stream<Integer> stream2 = stream.skip(3);    // [3,4,5,6,7,8,9]
Stream<Integer> stream3 = stream.skip(3).limit(5);    // [3,4,5,6,7]

Sorting

sorted()

sorted()메소드는 해당 스트림을 주어진 비교자(Comparator)를 이용하여 정렬한다.

이 때, 비교자를 전달하지 않으면 기본적으로 사전 순으로(natural order) 정렬된다. (숫자의 경우 오름차순)

Stream<T> sorted();
Stream<T> sorted(Comparator<? super T> comparator);

Comparator는 사용법이 동일하다. (5번째 라인은 문자열 길이 순 정렬)

List<String> list = Arrays.asList("Java", "C", "Python", "Kotlin", "Scala", "Go");

list.stream().sorted()
  .collect(Collectors.toList());    // [C, Go, Java, Kotlin, Python, Scala]
list.stream().sorted(Comparator.reverseOrder())
  .collect(Collectors.toList());    // [Scala, Python, Kotlin, Java, Go, C]
list.stream().sorted(Comparator.comparingInt(String::length))
  .collect(Collectors.toList());    // [C, Go, Java, Scala, Kotlin, Python]

Iterating

peek()

스트림 내 요소들 각각을 대상으로 특정 연산을 수행하는 메소드로 peek()이 있다. 이 메소드는 원본 스트림에서 요소를 소모하지 않으므로, 주로 연산과 연산 사이에 결과를 확인하기 위해 사용된다. (디버깅 용도로 많이 사용한다.)

아무 것도 반환하지 않는 함수형 인터페이스 Consumer를 인자로 받는다.

Stream<T> peek(Consumer<? super T> action);

다음과 같이 사용할 수 있다.

IntStream stream = IntStream.range(0, 10);

stream.peek(System.out::print)    // 0123456789
    .sum();    // 45

Refer to

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