# 4장 스트림 소개

대부분 모든 자바 애플리케이션은 `컬렉션`을 만들고 처리하는 과정을 포함한다.

이전에는 `SQL` 질의어는 우리가 기대하는 것이 무엇인지 직접 표현할 수 있었다. 즉, `SQL`에서는 질의를 어떻게 구현해야 할지 명시할 필요가 없으며 구현은 자동으로 제공된다.

{% hint style="info" %}
**많은 요소를 포함하는 커다란 컬렉션은 어떻게 처리해야 할까?**\
\
성능을 높이려면 멀티코어 아키텍처를 활용해서 병렬로 컬렉션의 요소를 처리해야 한다. 하지만 병렬 처리 코드를 구현하는 것은 단순 반복 처리 코드에 비해 복잡하고 어렵다. 게다가 복잡한 코드는 디버깅도 어렵다!
{% endhint %}

## 스트림이란 무엇인가?

`스트림`은 `데이터 컬렉션` 반복을 멋지게 처리하는 기능이다. 또한 스트림을 이용하면 `멀티 스레드` 직접 코드를 구현하지 않아도 데이터를 `투명`하게 `병렬`로 처리할 수 있다.

```java
List<Dish> lowCaloricDishes = new ArrayList<>();
for(Dish d: menu) {
    `if(d.getCalories() < 400) {
        lowCaloricDishes.add(d);
    }
}

Collections.sort(lowCaloricDishes, new Comparator<Dish>() {
    public int compare(Dish d1, Dish d2) {
        return Integer.compare(d1.getCalories(), d2.getCalories());
    }
});

List<String> lowCaloricDishesName = new ArrayList<>();
for(Dish d: lowCaloricDishes) {
    lowCaloricDishesName.add(d.getName());
}
```

위 코드에서는 `lowCaloricDishes`라는 '`가비지 변수`'가 사용 되었다. 즉, `lowCaloricDishes`는 컨테이너 역할만 하는 `중간 변수`다. 자바 8에서는 이러한 세부 구현은 `라이브러리` 내에서 모두 처리한다.

```java
List<String> lowCaloricDishesName = menu.stream()
    .filter(d -> d.getCalories() < 400)
    .sorted(comparing(Dishes::getCalories))
    .map(Dish::getName)
    .collect(toList());
```

`stream()`을 `parallelStream()`으로 바꾸면 이 코드를 `멀티코어` 아키텍처에서 `병렬`로 실행할 수 있다.

```java
List<String> lowCaloricDishesName = menu.parallelStream()
    .filter(d -> d.getCalories() < 400)
    .sorted(comparing(Dishes::getCalories))
    .map(Dish::getName)
    .collect(toList());
```

{% hint style="warning" %}
**그렇다면 우리는 궁금증이 생길 수 있다!**\
\
\- parallelStream을 호출 했을 때 정확히 어떤 일이 일어날까?\
\- 얼마나 많은 스레드가 사용되는 걸까?\
\- 얼마나 성능이 좋을까?
{% endhint %}

#### 우선 스트림을 사용하여 얻는 이점은 무엇이 있을까?

* `선언형`으로 코드를 구현할 수 있다. 즉, `루프`와 `if 조건문` 등의 `제어 블록`을 사용해서 어떻게 동작을 구현할지 지정할 필요 없이 '저칼로리의 요리만 선택하라' 같은 동작의 수행을 지정할 수 있다.
* 위의 코드에서와 같이 `filter`, `sorted`, `map`, `collect` 같은 여러 빌딩 `블록 연산`을 연결해서 복잡한 데이터 처리 `파이프라인`을 만들 수 있다.

![https://drive.google.com/uc?id=132O8Fh6PvyFaTHPGrXSsGWkdAotSxA7V](https://drive.google.com/uc?id=132O8Fh6PvyFaTHPGrXSsGWkdAotSxA7V)

{% hint style="info" %}
**자바 8의 스트림 API의 특징을 다음처럼 요약할 수 있다.**\
\
\- 선언형 : 더 간결하고 가독성이 좋아진다.\
\- 조립할 수 있음 : 유연성이 좋아진다.\
\- 병렬화 : 성능이 좋아진다.
{% endhint %}

## 스트림 시작하기

### 스트림이란 정확히 뭘까?

스트림이란 '**데이터 처리 연산을 지원하도록 소스에서 추출된 연속된 요소**'로 정의할 수 있다.

* 연속된 요소

  `컬렉션`과 마찬가지로 `스트림`은 특정 요소 형식으로 이루어진 연속된 값 집합의 `인터페이스`를 제공한다. 컬렉션의 주제는 `데이터`이고 스트림의 주제는 `계산`이다. 추후 이 차이에 대해 더 살펴보겠다.
* 소스 스트림은 `컬렉션`, `배열`, `I/O 자원` 등의 데이터 제공 소스로부터 데이터를 소비(`consume`)한다.
* 데이터 처리 연산

  스트림 연산은 `순차적`으로 또는 `병렬`로 실행할 수 있다.

### 스트림 특징&#x20;

* 파이프라이닝

  연산 파이프라인은 `데이터 소스`에 적용하는 데이터베이스 `질의`와 비슷하다.
* 내부 반복

  반복자를 이용해서 명시적으로 반복하는 컬렉션과 달리 스트림은 `내부 반복`을 지원한다.

## 스트림과 컬렉션

> 데이터를 언제 계산하느냐가 컬렉션과 스트림의 가장 큰 차이라고 할 수 있다.

* `컬렉션`은 현재 자료구조가 포함하는 `모든 값`을 `메모리`에 저장하는 자료구조다.
* `스트림`은 이론적으로 `요청`할 때만 요소를 계산하는 `고전된 자료구조`다.

  또한 스트림은 사용자가 데이터를 요청할 때만 값을 계산한다.

### 외부 반복과 내부 반복

컬렉션 인터페이스를 사용하려면 사용자가 `직접` 요소를 반복해야 한다.\
반면 `스트림` 라이브러리는 `내부 반복`을 사용한다. 따라서 함수에 어떤 작업을 수행 할 지만 지정하면 모든 것이 알아서 처리된다.

```java
List<String> names = new ArrayList<>();
for(Dish d:menu) {
    names.add(d.getName());
}

List<String> names = menu.stream()
                            .map(Dish::getName)
                            .collect(toList());
```

#### 외부 반복보다 내부 반복이 더 좋은 이유는 무엇일까?

스트림 라이브러리의 `내부 반복`은 `데이터 표현`과 `하드웨어`를 활용한 병렬성 구현을 자동으로 선택한다.\
반면 `for-each`를 이용하는 `외부 반복`에서는 `병렬성`을 스스로 관리해야 한다. `병렬성`을 스스로 관리한다는 것은 병렬성을 `포기`하든지 아니면 `synchronized`로 시작하는 힘들고 긴 전쟁을 시작함을 의미한다.

## 스트림 연산

스트림 인터페이스의 연산을 크게 두 가지(중간 연산, 최종 연산)로 구분할 수 있다.

```java
List<String> names = menu.stream()
    .filter(d -> d.getCalories() > 300) // 중간 연산
    .map(Dish::getName) // 중간 연산
    .limit(3) // 중간 연산
    .collect(toList()); // 최종 연산
```

### 중간 연산

중간 연산의 중요한 특징은 `단말 연산`을 스트림 `파이프라인`에 실행하기 전까지는 아무 연산도 수행하지 않는다. 즉 `게으르다(lazy)`는 것이다.

```java
List<String> names = menu.stream()
    .filter(d -> {
        System.out.println("filtering" + d.getName());
        return d.getCalories() > 300;
    })
    .map(d -> {
            System.out.println("mapping" : g.getName());
            return d.getName();
    })
    .limit(3)
    .collect(toList());

// filtering pork
// mapping pork
// filtering beef
// mapping beef
// filtering chicken
// mapping chicken
```

{% hint style="info" %}
**스트림의 게으른 특성 덕분에 몇 가지 최적화 효과를 얻을 수 있다.** \
\
\- 300 칼로리가 넘는 요리는 여러 개지만 오직 처음 3개만 선택되었다. 이는 limit 연산 그리고 **쇼트서킷**이라 불리는 기법 덕분이다.\
\- **filter**와 **map**은 서로 다른 연산이지만 한 과정으로 병합되었다. (이 기법을 **루프 퓨전**이라고 한다.)
{% endhint %}

#### 중간 연산 종류&#x20;

| 연산       | 형     | 연산의 인          | 함수 디스크립       |
| -------- | ----- | -------------- | ------------- |
| filter   | 중간 연산 | Predicate\<T>  | T -> boolean  |
| map      | 중간 연산 | Function\<T,R> | T -> R        |
| limit    | 중간 연산 |                |               |
| sorted   | 중간 연산 | Conparator\<T> | (T, T) -> int |
| distinct | 중간 연산 |                |               |

### 최종 연산

최종 연산은 스트림 파이프라인에서 `결과`를 도출한다.\
보통 최종 연산에 의해 `List`, `Integer`, `void` 등 스트림 이외의 결과가 반환된다.

#### 최종 연산 종류&#x20;

| 연산      | 형식    | 목적                                     |
| ------- | ----- | -------------------------------------- |
| forEach | 최종 연산 | 스트림의 각 요소를 소비하면서 람다를 적용한다. void를 반환한다. |
| count   | 최종 연산 | 스트림의 요소 개수를 반복한다. long을 반환한다.          |
| collect | 최종 연  | 스트림을 리듀스해서 리스트, 맵, 정수 형식의 컬렉션을 만든다.    |

## 요약&#x20;

* 스트림은 소스에서 추출된 `연속 요소`로, `데이터 처리 연산`을 지원한다.
* 스트림은 `내부 반복`을 지원한다. 내부 반복은 `filter`, `map`, `sorted` 등의 연산으로 반복을 추상화한다.
* 스트림에는 `중간 연산`과 `최종 연산`이 있다.
* `filter`와 `map`처럼 스트림을 반환 하면서 다른 연산과 연결될 수 있는 연산을 `중간 연산` 이라고 한다. 중간 연산을 이용해서 `파이프라인`을 구성할 수 있지만 `중간 연산`으로는 어떤 결과도 생성할 수 없다.
* `forEach`나 `count`처럼 스트림 파이프라인을 처리해서 스트림이 아닌 결과를 반환하는 연산을 `최종 연산`이라고 한다.
* 스트림의 요소는 `요청`할 때만 계산된다.

## 아래 코드는 어떤 결과값을 반환할까?

```java
List<Integer> list = new ArrayList<Integer>(Arrays.asList(1,2,3,4,5,6,7,8,9,10));
List<Integer> filterList = list.stream()
								.filter(d -> {
									System.out.println("filtering" + d.toString());
									return d.intValue() > 5;
								})
								.map(d -> {
									System.out.println("mapping" + d.toString());
									return d;
								})
								.limit(3)
								.collect(Collectors.toList());

filtering1
filtering2
filtering3
filtering4
filtering5
filtering6
mapping6
filtering7
mapping7
filtering8
mapping8

```

```java
List<Integer> list = new ArrayList<Integer>(Arrays.asList(1,2,3,4,5,6,7,8,9,10));
List<Integer> filterList = list.stream()
								.filter(d -> {
									System.out.println("filtering" + d.toString());
									return d.intValue() < 5;
								})
								.map(d -> {
									System.out.println("mapping" + d.toString());
									return d;
								})
								.limit(3)
								.collect(Collectors.toList());


filtering1
mapping1
filtering2
mapping2
filtering3
mapping3
```


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