자바 스트림 정리: 1. API 소개와 스트림 생성 연산

Java 8에서 도입된 스트림(Stream)은 무엇일까? 자바 스트림 API 소개와 스트림을 생성하는 방법에 대해 알아보자.

Posted by: madplay on Feb 4, 2019

스트림이란?

스트림(Stream)은 자바 8에서 추가된 기능으로 함수형 인터페이스인 람다(lambda)를 활용할 수 있는 기술입니다. 예전에는 배열이나 컬렉션을 반복문을 순회하면서 요소를 하나씩 꺼내 여러가지 코드를(예를 들어 if 조건문 등) 섞어서 작성했다면 스트림과 람다를 이용하여 코드의 양을 대폭 줄이고 조금 더 간결하게 코드를 작성할 수 있습니다.

또한 스트림을 이용하면 멀티 스레드 환경에 필요한 코드를 작성하지 않고도 데이터를 병렬로 처리할 수 있습니다. 그러니까 스레드를 이용하여 많은 데이터들을 빠르게 처리할 수 있지요. 기존의 반복문을 사용한다면 synchronized와 같은 병렬성을 위한 동기화 코드를 관리해야 합니다.

스트림은 크게 3가지 단계로 동작합니다. 컬렉션이나 배열 등으로부터 스트림을 생성하는 작업(Stream Source), 스트림을 필터링하거나 요소를 알맞게 변환하는 중간 연산(Intermediate Operations), 마지막으로 최종적인 결과를 도출하는 단말 연산(Terminal Operations)으로 나뉩니다.

컬렉션(Collection)으로 생성

기본적으로 컬렉션 구현 클래스의 stream 메서드를 이용하여 스트림을 생성할 수 있습니다.

// of 메서드는 자바 9부터 지원
List<String> list = List.of("mad", "play");
Stream<String> stream = list.stream();

배열(Array)로 생성

Arrays.stream 메서드를 사용하여 배열로 스트림을 생성할 수 있습니다.

String[] arr = new String[]{"mad", "play"};
Stream<String> stream = Arrays.stream(arr);

// 0번 인덱스만 선택(closed range)
Stream<String> specificStream = Arrays.stream(arr, 0, 1);

// "mad" 출력
specificStream.forEach(System.out::println);

병렬 스트림 생성

위의 컬렉션과 배열을 생성할 때 사용한 stream 메서드 대신에 parallelStream 메서드를 호출하면 병렬 스트림을 생성할 수 있습니다. 각각의 스레드에서 작업을 처리할 수 있도록 스트림 요소를 여러 청크(chunk)로 분할합니다.

List<String> list = List.of("mad", "play", "...");
Stream<String> stream = list.parallelStream();

기본 타입에 특화된 스트림 생성

오토 박싱과 언박싱의 비효율적인 측면을 줄이기 위해 기본 타입에 특화된 스트림을 사용할 수 있습니다. 자바에서는 기본적으로 IntStream, LongStream, DoubleStream이 제공됩니다.

// 0, 1, 2
IntStream intStream = IntStream.range(0, 3);

// 0, 1, 2, 3
IntStream closedIntStream = IntStream.rangeClosed(0, 3);

// 0, 1, 2
LongStream longStream = LongStream.range(0, 3);

// 0.0, 0.3
DoubleStream doubleStream = DoubleStream.of(0, 3);

난수와 같이 랜덤하게 스트림을 생성할 수 있습니다. 다만 무한대로 생성되므로 limit와 같은 제한 메서드를 사용하여 무한 스트림이 생성되지 않도록 해야 합니다.

// 난수로 스트림 생성, 3개 제한
IntStream intStream = new Random().ints().limit(3);

// 난수로 스트림 생성, 3개 제한
DoubleStream doubles = new Random().doubles(3);

파일(Files)로 생성

java.nio.Files 클래스를 이용하여 스트림을 생성할 수 있습니다. list 메서드은 path 스트림을, lines 메서드는 파일 내의 각 라인을 문자열 스트림으로 생성합니다.

Path path = Paths.get("~");
Stream<Path> list = Files.list(path);

Path filePath = Paths.get("~.txt");
Stream<String> lines = Files.lines(path);

BufferedReader의 lines()로 생성

java.io.BufferedReader 클래스의 lines 메서드로도 문자열 스트림을 생성할 수 있습니다.

// try-catch-resources
try (BufferedReader br = new BufferedReader(new FileReader("test.txt"))) {
    Stream<String> stream = br.lines();
    // do something
} catch (Exception e) {
    // exception handling
}

Pattern으로 스트림 생성

Stream<String> stream = Pattern.compile(",")
    .splitAsStream("mad,play");
stream.forEach(System.out::println);
// mad
// play

Stream.builder() 로 생성

Stream.builder 메서드를 이용하여 스트림을 생성할 수 있습니다. 메서드 체이닝의 마지막으로 build 메서드를 호출하면 스트림을 얻을 수 있습니다.

// 참고) Stream.builder 메서드 명세
// public static<T> Builder<T> builder() {
//     return new Streams.StreamBuilderImpl<>();
// }

Stream<String> stream = Stream.<String>builder()
    .add("mad").add("play").build();

Stream.iterate() 로 생성

iterate 메서드를 이용하면 초기값과 람다를 인수로 받아 스트림을 생성할 수 있습니다. 요청할 때마다 값을 생산할 수 있으며 무한 스트림을 만들기 때문에 limit 메서드로 크기를 제한해야 합니다.

// 0, 1, 2
Stream<Integer> stream = Stream.iterate(0, x -> x + 1).limit(3);

Stream.generate() 로 생성

generate 메서드는 위에서 살펴본 iterate 메서드와 다르게 생산된 각 값을 연속적으로 생산하지 않으며 인자가 없고 리턴값만 있는 Supplier<T>를 인수로 받습니다. 역시나 무한 스트림을 만들기 때문에 크기 제한이 필요합니다.

// 1, 1, 1
Stream<Integer> stream = Stream.generate(() -> 1).limit(3);

// 난수 3개 저장
Stream<Double> randomStream = Stream.generate(Math::random).limit(3);

Stream.concat() 으로 스트림을 연결하여 생성

Stream.concat 메서드를 사용하면 두 개의 스트림을 연결하여 새로운 스트림을 생성할 수 있습니다.

List<String> list1 = List.of("mad", "play");
List<String> list2 = List.of("mad", "life");
Stream<String> stream = Stream.concat(list1.stream(), list2.stream());
// mad, play, mad, life

비어있는 스트림 생성

Stream.empty() 메서드로 비어있는 스트림을 생성할 수 있습니다. 요소가 존재하지 않을 때 null과 같이 유효성 검사에서 사용할 수 있습니다.

// 빈 스트림 생성
Stream<Object> empty = Stream.empty();

이어서

여러 가지 방법으로 스트림을 생성하는 방법에 대해 알아보았습니다. 이어지는 포스팅에서는 만들어진 스트림을 알맞은 형태로 가공하거나 필요한 값들만 필터링할 수 있는 중간 연산(Intermediate Operations)에 대해서 알아봅니다.

자바 스트림 정리: 2. 스트림의 중간 연산