[Java] 스트림 (Stream)
스트림 (Stream)
스트림은 연속적이고 여러 개인 데이터의 흐름을 어떠한 연산을 통해 반복적으로 처리하는 기능을 말한다. 마치 공장의 컨베이어 벨트 위에 놓인 여러 개의 제품들이 일렬로 한 방향으로 움직이며 기계 또는 작업자들이 해당 부품들에 대해 어떠한 작업을 하는 과정과 같다고 생각할 수 있겠다. 그리고 스트림에서 진행되는 연산을 스트림 연산이라 한다. 스트림에 들어갈 데이터 소스는 그 데이터가 여러 개여야 하기에 컬렉션이나 배열 등이 사용된다.
스트림에 들어오는 데이터 소스는 그 원본 데이터와 구분되기에, 스트림 연산을 진행해도 소스만 바뀔 뿐, 원본 데이터에는 영향을 끼치지 않는다. 또한, 스트림 연산은 중간 연산과 최종 연산으로 나뉜다. 중간 연산은 여러 번 할 수 있지만, 최종 연산은 딱 한 번 할 수 있고, 최종 연산이 끝나면 스트림은 종료된다. 스트림은 재사용이 불가능하다.
자바에서 스트림은 java.util.stream 패키지 멤버이다. 또한, 상위 BaseStream 인터페이스와 이를 구현하는 Stream, IntStream, LongStream, DoubleStream이 존재한다. 여기서는 주로 Stream과 IntStream에 대해 다뤄보겠다.
스트림 생성
자바에서, 스트림에 넣을 데이터가 기본 자료형의 값들이 담긴 배열인지, 아니면 객체들이 담긴 컬렉션인지에 따라 스트림 생성법이 약간 다르다. 다음은 스트림을 생성하고, 스트림 내 데이터들을 정렬한 뒤에 출력하는 예제이다.
import java.util.ArrayList;
import java.util.Arrays;
import java.util.List;
class User10 {
String nickName;
int point;
User10(String nickName, int point) {
this.nickName = nickName;
this.point = point;
}
@Override
public String toString() {
return this.nickName + " : " + this.point;
}
}
class PrimitiveAndCollection {
public static void main(String[] args) {
int[] numArray = {5, 2, 52, 12, 7};
List<User10> userList = new ArrayList<>(Arrays.asList(
new User10("bowWow110", 1000),
new User10("goodAsWell99", 600),
new User10("dogcat33", 2000)
));
// 기본 자료형의 배열을 소스로 하는 스트림 생성법.
Arrays.stream(numArray)
.sorted()
.forEach(n -> System.out.print(n + ", "));
System.out.println();
// 객체 데이터들이 담긴 컬렉션 자료구조를 소스로 하는 스트림 생성법.
userList.stream()
.sorted()
.forEach(n -> System.out.print(n + ", "));
System.out.println();
}
}
2, 5, 7, 12, 52,
(goodAsWell99 : 600), (bowWow110 : 1000), (dogcat33 : 2000),
기본 자료형 값들이 담긴 배열을 토대로 스트림을 생성하고자 하는 경우, Arrays.stream() 메서드에 배열 인자를 대입하면 된다. 반면, 컬렉션 객체를 토대로 스트림을 생성하고자 하는 경우, 컬렉션 객체의 stream() 메서드를 호출하여 사용하면 된다.
Arrays.stream() 메서드에 int형 배열을 대입하면, 해당 메서드는 IntStream 객체를 반환한다. 반면, 컬렉션의 stream() 메서드에서는 컬렉션 내 객체 데이터를 담은 Stream
스트림 연산
앞서 언급했듯, 스트림 연산에는 중간 연산과 최종 연산이 존재한다.
- 중간 연산 : 스트림을 통해 데이터가 흐를 때, 중간 과정에서 행하는 연산. 중간 연산을 할 수 있는 메서드에는 다음이 존재한다.
- filter() : 여러 요소들 중 특정 조건에 맞는 요소만을 반환하도록 하는 람다식을 대입할 경우 그에 맞게 해당 조건을 만족하는 요소만을 추출한다.
- map() : 람다식을 인자로 대입할 경우, 람다식의 코드에 맞게 기존 요소들을 변환시킨다.
- sorted() : 요소 정렬.
- 최종 연산 : 스트림 내 데이터들을 소모하면서 연산을 수행한다. 최종 연산 후에는 해당 스트림에 다른 연산을 적용할 수 없으며, 최종 연산 후에 해당 스트림이 종료된다.
- forEach() : 요소를 하나씩 꺼낸다.
- count() : 요소 개수
- sum() : 요소의 합
다음은 스트림 중간 연산과 최종 연산을 사용해보는 예제이다.
import java.util.ArrayList;
import java.util.Arrays;
import java.util.List;
import java.util.stream.IntStream;
class StreamEx {
public static void printIntArr(int[] arr) {
for(int element : arr) {
System.out.print(element + ", ");
}
System.out.println();
}
public static void main(String[] args) {
int[] numArr = {1, 2, 3, 4, 5};
// 스트림 생성.
IntStream stream1 = Arrays.stream(numArr);
// 중간 연산.
// 소수 판별기
IntStream stream2 = stream1.filter(n -> {
if (n == 1) {
return false;
}
for(int i = 2; i < n; i++) {
if(n % i == 0) {
return false;
}
}
return true;
});
// 최종 연산
int totalSum = stream2.sum();
System.out.println(totalSum);
// 최종 연산2. 필터링하고 나온 최종 요소들을 출력.
// 최종 연산은 단 한 번만 가능하므로, sum()과 같이 사용하려고 하면
// 예외가 발생함.
// stream2.forEach(System.out::println);
// 스트림에서 연산이 일어나도 원본 데이터에 영향을 끼치지 않는다.
printIntArr(numArr);
}
}
10
1, 2, 3, 4, 5,
Pipeline
Stream 인터페이스에서의 메서드들은 대부분 Stream 타입의 값을 다시 반환한다. 이를 이용하면 Stream 메서드들을 연속적으로 호출하여 사용할 수 있다. 이를 파이프라인이라 한다. 다음은 스트림으로 파이프라인을 구성한 예제이다.
import java.util.Arrays;
class PipeLine {
public static void main(String[] args) {
int[] numArr = {1, 2, 3, 4, 5};
// 주어진 데이터들 중 소수만 감별하여 이 소수들의 합을 구함.
int totalSum = Arrays.stream(numArr)
.filter(n -> {
if (n == 1) {
return false;
}
for(int i = 2; i < n; i++) {
if(n % i == 0) {
return false;
}
}
return true;
})
.sum();
System.out.println(totalSum);
}
}
10
스트림 연산 메서드들
다음에 기술할 메서드들을 사용할 수 있는 스트림에는 Stream과 IntStream만을 기준으로 한다. 나머지 LongStream, DoubleStream 스트림에는 특정 메서드를 사용할 수 있는지, 또는 사용법이 어떻게 되는지는 확인하지 않음.
sorted()
스트림 내 데이터들을 정렬하는 메서드이다.
- 연산 종류 : 중간 연산
- 사용 가능한 스트림: Stream, IntStream 둘 다. 단, IntStream에서의 sorted()에는 아무런 인자를 대입할 수 없어 특정 정렬 기준을 사용할 수 없다.
다음은 해당 메서드의 사용 예제이다.
import java.util.Arrays;
import java.util.List;
class SortedEx {
public static void main(String[] args) {
List<Integer> list = Arrays.asList(12, 3, 5, 2);
// Collection 객체의 stream() 메서드에는 인자를 넣지 않는다.
list.stream()
.sorted((n1, n2) -> n2 - n1) // 내림차순 정렬.
.forEach(n -> System.out.print(n + ", "));
System.out.println();
int[] myNums = {12, 3, 5, 2};
Arrays.stream(myNums) // Arrays.stream()에는 데이터 배열을 인자로 대입해야함.
.sorted() // IntStream.sorted() 인자에는 따로 정렬 메서드를 넣을 수 없다.
.forEach(n -> System.out.print(n + ", "));
System.out.println();
}
}
12, 5, 3, 2,
2, 3, 5, 12,
map()
스트림 내 데이터들을 조건에 따라 변환시키는 연산을 하는 메서드.
- 연산 종류 : 중간 연산
- 사용 가능한 스트림 : IntStream, Stream 둘 모두.
import java.util.Arrays;
import java.util.List;
class MapEx {
public static void main(String[] args) {
int[] myNums = {1, 5, 3, 12, 4};
List<String> myStrs = Arrays.asList("java", "javascript", "python");
myStrs.stream()
.map(s -> s + "-" + s.length())
.sorted((s1, s2) -> s2.length() - s1.length())
.forEach(s -> System.out.print(s + ", "));
System.out.println();
Arrays.stream(myNums)
.map(n -> n + 1)
.sorted()
.forEach(n -> System.out.print(n + ", "));
System.out.println();
}
}
javascript-10, python-6, java-4,
2, 4, 5, 6, 13,
sum()
데이터가 모두 숫자일 경우, 모든 요소들의 합을 반환.
- 연산 종류: 최종 연산
- 사용 가능한 스트림: Stream 에서는 불가능
count()
데이터의 총 개수를 반환.
- 연산 종류 : 최종 연산
- 사용 가능한 스트림 : IntStream, Stream 모두 가능
average()
데이터들이 모두 숫자일 경우, 모든 데이터들의 평균을 반환.
- 연산 종류 : 최종 연산
- 사용 가능한 스트림 : Stream에서는 불가능.
min(), max()
모든 데이터들 중 각각 최소값과 최대값을 반환.
- 연산 종류 : 최종 연산
- 사용 가능한 스트림 : IntStream, Stream 모두 가능. 단, Stream에서는 메서드 인자로 비교 기준이 될 Comparator 인터페이스를 구현하는 클래스 또는 람다식을 인자로 대입해야 한다.
다음은 sum(), count(), average(), min(), max() 모두 사용해본 예제이다.
import java.util.Arrays;
import java.util.List;
import java.util.OptionalDouble;
import java.util.OptionalInt;
class StreamOperators {
public static void main(String[] args) {
int[] myNums = {5, 1, 2, 7, 6};
List<Integer> myNumList = Arrays.asList(5, 1, 2, 7, 6);
// === int형 배열에 대한 스트림
int totalSum = Arrays.stream(myNums).sum();
System.out.println("합 : " + totalSum);
long countNums = Arrays.stream(myNums).count();
System.out.println("개수 : " + countNums);
OptionalDouble aver = Arrays.stream(myNums).average();
System.out.println("평균 : " + aver);
OptionalInt myMin = Arrays.stream(myNums).min();
System.out.println("최소 : " + myMin);
OptionalInt myMax = Arrays.stream(myNums).max();
System.out.println("최대 : " + myMax);
// ===
System.out.println("===============");
// === 컬렉션 스트림
long count2 = myNumList.stream().count();
System.out.println("개수 : " + count2);
System.out.println("최소 : " + myNumList.stream().min((n1, n2) -> n1 - n2));
System.out.println("최대 : " + myNumList.stream().max((n1, n2) -> n1 - n2));
// ===
}
}
합 : 21
개수 : 5
평균 : OptionalDouble[4.2]
최소 : OptionalInt[1]
최대 : OptionalInt[7]
===============
개수 : 5
최소 : Optional[1]
최대 : Optional[7]
reduce()
스트림을 구성하는 데이터들에 대해, 처음부터 순차적으로 두 요소들에 대해 어떤 연산을 실행하면서 누적되는 결과를 추출하고, 이 결과값과 그 다음 요소에 대해서도 같은 연산을 실행하는 작업을 반복한다. 그 후 결과적으로 어떤 누적값 하나를 반환하는 메서드이다.
- 연산 종류 : 최종 연산
- 사용 가능한 스트림 : IntStream, Stream 모두
import java.util.ArrayList;
import java.util.Arrays;
import java.util.List;
class ReduceEx {
public static void main(String[] args) {
int[] myNums = {4, 1, 2, 6, 3};
List<String> myStrs = Arrays.asList(
"java", "javascript", "python"
);
// 모든 수의 총합을 구하기
int total = Arrays.stream(myNums)
.reduce(0, (n1, n2) -> n1 + n2);
System.out.println("총합 : " + total);
// 모든 문자열 데이터들 중 가장 길이가 긴 문자열을 반환.
String lengthy = myStrs.stream()
.reduce(myStrs.get(0), (s1, s2) ->
(s1.length() > s2.length()) ? s1 : s2);
System.out.println("가장 길이가 긴 문자열 : " + lengthy);
}
}
총합 : 16
가장 길이가 긴 문자열 : javascript
reduce() 메서드에 인자를 두 개 대입할 경우, 첫 번째 인자는 연산을 시작할 초기값으로, 최종 결과의 기본 결과값이 된다. identity라고도 불린다. 위 예제의 lengthy 변수의 값으로 할당하는 코드를 보면, myStrs.get(0)에 해당하는 “java” 문자열이 만약 스트림 내 모든 요소들 중에서 가장 길이가 긴 값이였다면 “java”가 최종적으로 반환되는 식이다. 한 편 두 번째 인자로는 두 매개변수를 받아 어떤 연산을 하고, 그 연산 결과를 반환하는 메서드를 대입하면 된다. 해당 인자를 accumulator라고도 부른다. 위 예제에서는 람다식을 사용하였다.
References
[1] 자바 스트림 설명부터 사용하는 이유 파헤쳐보기 #JAVA #스트림
[2] [Java] Stream의 reduce()와 BinaryOperator
[3] Guide to Stream.reduce() | Baeldung
[4] 이재환, “이재환의 자바 프로그래밍 입문”, (골든래빗, 2021)
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