스트림(Stream) 요소 처리

스트림

• Java 8 부터 컬렉션 및 배열의 요소를 반복 처리하기 위해 스트림 사용
• 요소들이 하나씩 흘러가면서 처리된다는 의미.
• List 컬렉션의 stream() 메서드로 Stream 객체를 얻고, forEach() 메서드로 요소를 어떻게 처리할지를 람다식으로 제공.
• 스트림과 Iterator의 차이점
  1. 내부 반복자이므로 처리속도 빠르고 병렬처리에 효율적
  2. 람다식으로 다양한 요소 처리를 정의
  3. 중간 처리와 최종 처리를 수행하도록 파이프 라인을 형성

내부 반복자

• 요초 처리 방법을 컬렉션 내부로 주입시켜서 요소를 반복 처리
• 개발자 코드에서 제공한 데이터 처리 코드(람다식)을 가지고 컬렉션 내부에서 요소를 반복 처리
• 내부 반복자는 멀티 코어 CPU를 최대한 활용하기 위해 요소들을 분배시켜 병렬 작업 가능

스트림의 파이프 라인

• 컬렉션의 오리지널 스트림 뒤에 필터링 중간 스트림이 연결될 수 있고, 그 뒤에 매핑 중간 스트림이 연결될 수 있음.
• 오리지널 스트림과 집계 처리 사이의 중간 스트림들은 최종 처리를 위해 요소를 걸러내거나(필터링), 요소를 변환시키거나(매핑), 정렬하는 작업을 수행.
• 최종 처리는 중간 처리에서 정제된 요소들을 반복하거나, 집계(카운팅, 총합, 평균) 작업을 수행.

스트림 인터페이스

• java.util.stream 패키지에는 BaseStream 인터페이스를 부모로 한 자식 인터페이스들은 상속 관계
• BaseStream에는 모든 스트림에서 사용할 수 있는 공통 메서드들이 정의

리소르로부터 스트림 얻기

• 컬렉션으로부터 스트림 얻기
  • java.util.Collection 인터페이스는 스트림과 parallelStream() 메서드를 가지고 있어 자식 인터페이스인 List와 Set 인터페이스를 구현한 모든 컬렉션에서 객체 스트림을 얻을 수 있음.
• 배열로부터 스트림 얻기
  • java.util.Arrays 클래스로 다양한 종류의 배열로부터 스트림을 얻을 수 있음.
• 숫자 범위로부터 스트림 얻기
  • intStream 또는 LongStream의 정적 메서드인 range()와 rangeClosed() 메서드로 특정 범위의 정수 스트림을 얻을 수 있음.
• 파일로부터 스트림 얻기
  • java.nio.file.Files의 lines() 메서드로 텍스트 파일의 행 단위 스트림을 얻을 수 있음.

필터링(요소 걸러내기)

• 필터링은 요소를 걸러내는 중간 처리 기능
• distinct() 메서드 : 요소의 중복을 제거
• filter() 메서드 : 매개값으로 주어진 Predicate가 true를 리턴하는 요소만 필터링

함수형 인터페이스

• Supplier <T> : 매개변수 없이 반환값만을 갖는 함수형 인터페이스. T get() 추상 메서드를 갖고 있음.
• Function  <T, R>
• Consumer  <T> : 객체 T를 매개변수로 받아서 사용하고, 반환값은 없는 함수형 인터페이스.
• Predicate  <T>

요소 변환(매핑)

• 스트림의 요소를 다른 요소로 변환하는 중간처리 기능
• 매핑 메소드 : mapXxx(), asDoubleStream(), asLongStream(), boxed(), flatMapXxx() 등
• mapXxx() 메서드 : 요소를 다른 요소로 변환한 새로운 스트림을 리턴.
• 매개타입인 Function은 함수형 인터페이스
• 모든 Function은 매개값을 리턴값으로 매핑(변환)하는 applyXxx()메서드를 가짐.
• 기본 타입 간의 변환이거나 기본 타입 요소를 래처(Wrapper)객체 요소로 변환하려면 간편화 메서드를 사용할 수 있음.

요소를 복수 개의 요소로 변환

• flatMapXxx() 메서드 : 하나의 요소를 복수 개의 요소들로 변환한 새로운 스트림을 리턴

정렬

• 요소를 오름차순 또는 내림차순으로 정렬하는 중간 처리 기능

Comparable 구현 객체의 정렬

• 스트림의 요소가 객체일 경우 객체가 Comparable을 구현하고 있어야만 sorted()메서드를 사용하여 정렬 가능. 그렇지 않다면 ClassCastException 발생.

Comparator를 이용한 정렬

• 요소 객체가 Comparable을 구현하고 있지 않다면, 비교자를 제공하면 요소를 정렬시킬 수 있음.
• 괄호 안에는 o1이 o2보다 작으면 음수, 같으면 0, 크면 양수를 리턴하도록 작성.
• o1과 o2가 정수일 경우에는 Integer.compare(o1, o2)를, 실수일 경우에는 Double.compare(o1, o2)를 호출해서 리턴값을 리턴 가능.

루핑

• 스트림에서 요소를 하나씩 반복해서 가져와 처리하는 것.
• 매개 타입인 Consumer는 함수형 인터페이스. 모든 Consumer는 매개값을 처리(소비)하는 accept()메서드를 가지고 있음.

매칭

• 요소들이 특정 조건에 만족하는지 여부를 조사하는 최종 처리 기능.
• allMatch(),  anyMatch(), noneMatch() 메서드는 매개값으로 주어진 Predicate가 리턴하는 값에 따라 true 또는 false를 리턴.

집계

• 최종 처리 기능으로 요소들을 처리해서 카운팅, 합계, 평균값, 최대값, 최소값 등 하나의 값으로 산출하는 것.

스트림이 제공하는 기본 집계

• 스트림은 카운팅, 최대, 최소, 평균, 합계 등을 처리하는 다음과 같은 최종 처리 메서드를 제공.

Optional 클래스

• Optional, OptionalDouble, OptionalInt, OptionalLong 클래스는 단순히 집계값만 저장하는 것이 아니라, 집계값이 없으면 디폴트 값을 설정하거나 집계값을 처리하는 Consumer를 등록.

최종처리에서 average 사용 시 요소 없는 경우를 대비하는 방법

1. isPresent() 메서드가 true를 리턴할 때만 집계값을 얻는다.
2. orElse() 메서드로 집계값이 없을 경우를 대비해서 디폴트 값을 정해놓는다.
3. ifPresent() 메서드로 집계값이 있을 경우에만 동작하는 Consumer 람다식을 제공한다.

스트림이 제공하는 메서드

• 스트림은 기본 집계 메서드인 sum(), average(), count(), max(), min()을 제공하지만, 다양한 집계 결과물을 만들 수 있도록 reduce() 메서드도 제공.
• reduce()는 스트림에 요소가 없을 경우 예외가 발생하지만, identity 매개값이 주어지면 이 값을 디폴트 값으로 리턴.

필터링한 요소 수집

• Stream의 collect(Collector<T,A,R> collector) 메소드는 필터링 또는 매핑된 요소들을 새로운 컬렉션에 수집하고, 이 컬렉션을 리턴.
• 매개값인 Collector는 어떤 요소를 어떤 컬렉션에 수집할 것인지를 결정.
• 타입 파라미터의 T는 요소, A는 누적기 accumulator, 그리고 R은 요소가 저장될 컬렉션

요소 그룹핑

• Collectors.groupingBy() 메소드에서 얻은 Collector를 collect() 메소드를 호출할 때 제공.
• groupingBy()는 Function을 이용해서 T를 K로 매핑하고, K를 키로 해 List<T>를 값으로 갖는 Map 컬렉션을 생성.

• Collectors.groupingBy() 메소드는 그룹핑 후 매핑 및 집계(평균, 카운팅, 연결, 최대, 최소,합계)를 수행할 수 있도록 두 번째 매개값인 Collector를 가질 수 있음.

동시성과 병렬성

• 동시성 : 멀티 작업을 위해 멀티 스레드가 하나의 코어에서 번갈아가며 실행하는 것.
• 병렬성 : 멀티 작업을 위해 멀티 코어를 각각 이용해서 벙렬로 실행하는 것.
• 데이터 병렬성 : 전체 데이터를 분할해서 서브 데이터셋으로 만들고 이 서브 데이터셋들을 병렬 처리해서 작업을 빨리 끝내는 것.
• 작업병렬성 : 서로 다른 작업을 병렬 처리하는 것.
   

포크 조인 프레임워크

• 포크 단계 : 전체 요소들을 서브 요소셋으로 분할하고, 각각의 서브 요소셋을 멀티 코어에서 병렬로 처리.
• 조인 단계 : 서브 결과를 결합해서 최종 결과를 만들어 냄.
• 포크 조인 프레임워크는 ExecutorService의 구현 객체인 ForkJoinPool을 사용해서 작업 스레드를 관리.

병렬 스트림 사용

• 자바 병렬 스트림은 백그라운드에서 포크조인 프레임워크가 사용하므로 병렬 처리 용이
• parallelStream() 메서드는 컬렉션 (List, Set)으로부터 병렬 스트림을 바로 리턴.
• parallel() 메서드는 기존 스트림을 병렬 처리 스트림으로 변환.

병렬 처리 성능에 영향을 미치는 요인

• 요소의 수와 요소당 처리 시간
• 스트림 소스의 종류
• 코어(core)의 수

https://github.com/bottomsUp-99?tab=repositories

bottomsUp-99 - Overview