[Java] Stream API: stream의 다양한 연산과 예시 코드

 자바에서는 많은 양의 데이터를 저장하기 위해 배열이나 컬렉션(collect Framework)을 사용한다. 이렇게 저장된 데이터에 접근하기 위해서는 반복문(if while 등등..)이나 반복자를 사용하여 매번 새로운 코드를 작성해야 한다. 하지만 이런 코드는 길이가 길고 가독성이 떨어지며, 코드의 재사용이 불가능함(매번 배열의 값을 넣고 읽어오기 위해서는 새로운 코드를 만들어야 함).
 즉, 데이터베이스의 쿼리와 같이 정형화된 처리 패턴을 가지지 못했기에 매번 데이터마다 다른 방법으로 접근해서 작업을 했다. 이러한 문제점을 극복하기 위해 Java8부터 함수형 프로그램의 특성을 가진 stream이라는 API(객체)를 도입하게 되었다.
stream API는 정형적인 데이터 읽기/쓰기에 특화된 메소드를 제공함으로써 반복된 프로그램 작업 없이 비교적 수월하게 프로그램을 작성할 수 있다. 또한, 대용량 데이터 처리 시간이 짧다는 장점도 있다.
 
Stream API의 특징
-데이터에 접근해서 읽기/쓰기/수정하는데 최적화된 메소드 제공한다.
-Stream은 재사용이 가능한 collection과 달리 한 번만 사용이 가능하다. (재사용 불가)
               >>b/c 최종 출력하고 하면 메모리를 아끼기 위해 다 사라짐(Customer 모델)
-Stream은 원본 데이터를 변경하지 않는다.
-Stream 연산은 filter-map 기반의 API를 사용하여 lazy연산을 통해 성능을 최적화함
             >>여기서 lazy 연산이란, 불필요한 연산 안 하는 것으로, 무조건 모든 것을 연산하는 Eager 연산과 반대 개념이다.
                 예를 들면, lazy는 데이터 A에 대해서 이미 false가 나왔으면, 다른 중복된 A 데이터도 계산을 하지 않는다.
-Stream 연산은 병렬 처리를 지원한다.
 
Stream API의 동작 흐름
1. 데이터 소스를 가져옴
2. Stream 생성
 자바에서 제공하는 모든 collection framwork의 최상위 객체가 Collection 객체이다. 이 Collection 인터페이스에는 Stream() 메소드가 선언되어 있다. 따라서, Collection 인터페이스를 구현한 모든 List와 Set collection에서도 stream() 메소드로 스트림을 생성할 수 있다. 그리고 배열에서도 stream을 생성할 수 있는데, 이때는 Arrays 클래스를 이용한다. 또한, 기본타입인 int, long, double형에 대한 String 생성을 위한 IntStream, LongStream, DoubleStream 인터페이스가 존재한다.

3. 중계연산(필터-값을 걸러냄, 맵-값에 변화를 줌 etc..) 
 stream API에 의해 생성된 초기 stream은 중계연산을 통해 또 다른 stream으로 변환된다(이때, 원본 스트림은 저장된다.) 이러한 중계연산은 stream을 전달 받아 stream을 변환하므로, 중계 연산은 연속으로 연결해서 사용 가능하다. stream의 중계연산은 필터, 맵 기반의 API를 사용하고 lazy 연산을 통해 성능을 최적화한다.

                                1) 스트림 필터링: filter(), distinct()
                                2) 스트림 변환: map(), flatMap()
                                3) 스트림 제한: limit(), skip()                                             

limit(): 해당 스트림의 첫번째 요소부터 전달된 개수만큼의 요소만으로 이루어진 새로운 스트림을 반환
skip(): 해당 스트림의 첫번째 요소부터 전달된 개수만큼을 제외한 나머지 요소만으로 이루어진 새로운  스트림을 반환

                                4) 스트림 정렬: sorted()
                                5) 스트림 연산결과 확인: peek()
4. 최종연산
                1) 요소의 출력: forEach()
                2) 요소의 소모: reduce()

첫번째와 두 번째 요소를 가지고 연산을 수행한 뒤, 그 결과와 세 번째 요소를 가지고 또다시 연산을 수행하고, 앞서 연산한 내용은 메모리에서 삭제시킴 (consumer 개념과 비슷)

                3) 요소의 검색: findFirst(), findAny()

둘 다 조건에 맞는 요소를 1개를 리턴한다. 직렬 처리할때는 둘 다 동일한 요소를 리턴 하지만 병렬처리할 때는 findFirst()는 무조건 앞에 있는 값을, findAny()는 먼저 처리하게 되는 값을 리턴함.

                4) 요소의 검사: anyMatch(), allMatch(), noneMatch()
                5) 요소의 통계: count(), min(), mac()
                6) 요소의 연산: sum(), average()
                7) 요소의 수집: collect()

스트림의 요소들을 합침. joining 쓰면 합칠 때 사이사이 뭐 들어가는지 설정가능

 
 
Stream 생성 방법
1. List로부터 스트림 생성

import java.util.stream.Stream;
import java.util.List;
import java.util.Arrays;
import java.util.stream.Collectors;

//1부터 10까지 정수를 받는 list에서 6보다 작고 짝수인 요소를 찾아 10배 시킨 list를 출력하라.

public class StreamExample {

    public static void main(String[] args) {

        List<Integer> list = Arrays.asList(1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10);

        list.stream() 
            .filter(i -> i<6) 
            .filter(i -> i%2==0) 
            .map(i -> i*10)  
            .collect(Collectors.toList()) 
            .forEach(result -> System.out.println(result + "\t"));
       }
}

console

20
40

순서를 보자면
1. 먼저 리스트를 생성함으로써 데이터 소스를 만들었다.
2. list.stream() : stream을 생성
3. filter(i -> i<6) :6보다 작은 값들을 걸러내는 필터연산
4. filter(i -> i%2 == 0) : 2로 나눴을 때 나머지가 0인(=짝수) 값들만 걸러내는 필터연산
5. map(i -> i*10) : 값에 10을 곱하는 map연산
6. collect(Collectors.toList()), forEach: 요소들을 합친 뒤 출력해 내는 최종 연산
 
2. 리스트 객체로부터 스트림 생성

import java.util.stream.Stream;
import java.util.List;
import java.util.ArrayList;

//list에 1부터 4까지의 요소를 추가하고 출력하라.

public class StreamExample {

    public static void main(String[] args) {

        List<Integer> ll = new ArrayList<>();
        ll.add(4);
        ll.add(3);
        ll.add(2);
        ll.add(1);

        Stream<Integer> stream = ll.stream();
        stream.forEach(System.out::println);
       }
}

console

4
3
2
1

 
3. 배열로부터 스트림 생성

import java.util.stream.Stream;
import java.util.stream.IntStream;
import java.util.ArrayList;

//1부터 5까지의 요소를 가지고 있는 배열을 생성하고 출력하라.

public class StreamExample {

    public static void main(String[] args) {
    	int[] arr = {1, 2, 3, 4, 5};
        IntStream stream2 = Arrays.stream(arr); //배열이 String 타입으로 바껴서 들어감
        stream2.forEach(System.out::println);       
       }
}

console

1
2
3
4
5

 
4. 가변 매개변수로부터 스트림 생성

import java.util.stream.Stream;

public class StreamExample {

    public static void main(String[] args) {
    	Stream<Double> stream3 = Stream.of(4.2, 2.5, 3.1, 3.9);
        stream3.forEach(System.out::println);     
       }
}

console

4.2
2.5
3.1
3.9

 
중계연산
1. 스트림 필터링: 스트림에서 중복된 요소를 제거하고, 홀수만 골라내시오.

import java.util.stream.Stream;
import java.util.stream.IntStream;

public class StreamExample {

    public static void main(String[] args) {
    	IntStream stream4 = IntStream.of(7, 5, 5, 4, 2, 1, 4, 12, 6, 3);
        stream4.distinct()
               .filter(n -> n%2 !=0)
               .forEach(System.out::println);
       }
}

console

7
5
1
3

 
2. 스트림 변환: 다음의 문자열들에서 각각의 문자열의 길이를 구하시오.

import java.util.stream.Stream;

public class StreamExample {

    public static void main(String[] args) {
    	 Stream<String> stream5 = Stream.of("Java", "HTML", "CSS", "JavaScript");
        stream5.map(s -> s.length())
               .forEach(System.out::println);
       }
}

console

4
4
3
10

 
2. 스트림 변환: 여러 문자열이 저장된 배열을 각 문자열에 포함된 단어로 이루어진 스트림으로 변환하시오. (중복된 단어는 제거하시오.)

import java.util.stream.Stream;
import java.util.Arrays;

public class StreamExample {

    public static void main(String[] args) {
    	String[] str = {"I study Java", "I will study more", "I am hungry"};
        Stream<String> stream6 = Arrays.stream(str);
        stream6.flatMap(s -> Stream.of(s.split(" ")))
               .distinct()
               .forEach(System.out::println);
       }
}

console

I
study
Java
will
more
am
hungry

 
3. 스트림 제한

import java.util.stream.Stream;
import.java.util.stream.IntStream;

public class StreamExample {

    public static void main(String[] args) {
		IntStream stream7 = IntStream.range(0, 10);
        IntStream stream8 = IntStream.range(0, 10);
        IntStream stream9 = IntStream.range(0, 10);

        stream7.skip(4)
               .forEach(n -> System.out.print(n + " "));
        
                System.out.println("\n");
        
        stream8.limit(5)
               .forEach(n -> System.out.print(n + " "));

                System.out.println("\n");

        stream9.limit(7)
               .skip(3)
               .forEach(n -> System.out.print(n + " "));
       }
}

console

4 5 6 7 8 9

0 1 2 3 4

3 4 5 6

 
4. 스트림 정렬

import java.util.stream.Stream;
import java.util.Comparator;

public class StreamExample {

    public static void main(String[] args) {
    	//오름차순 Ascending
        Stream<String> stream10 = Stream.of("Park", "Kim", "Lee", "Hahm");
        stream10.sorted()
                .forEach(n -> System.out.print(n + " "));

                System.out.println("\n");
        
        //내림차순 Descending
        /*stream10.sorted(Comparator<T>.reverseOrder())
                .forEach(n -> System.out.print(n + " "));
            stream은 재사용이 불가하므로 또 쓰면 안됨
        */
        Stream<String> stream11 = Stream.of("Bread", "Toast", "Sushi", "Cake");
        stream11.sorted(Comparator.reverseOrder())
                .forEach(n -> System.out.print(n + " "));

       }
}

console

Hahm Kim Lee Park

Toast Sushi Cake Bread

 
최종연산
1. 요소의 소모: 1부터 10까지의 합

import java.util.stream.Stream;
import java.util.Optional;

public class StreamExample {

    public static void main(String[] args) {
		Stream<Integer> stream12 = Stream.of(1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10);
        Optional<Integer> sum = stream12.reduce((x,y) -> x+y);
        sum.ifPresent(s -> System.out.println("sum = " + s)); //1+2=3, 1 2 삭제 -> 3+3=6, 3 3 삭제 -> 6+4=10, 6 4 삭제 ...


       }
}

console

sum = 55

 
2. 요소의 수집

import java.util.stream.Stream;

public class StreamExample {

    public static void main(String[] args) {
		Stream<String> fruits = Stream.of("banana", "apple", "strawberry");
        String result = fruits.map(Object::toString)
                              .collect(Collectors.joining(", "));

                              System.out.println(result);
       }
}

console

banana, apple, strawberry

*데이터 타입이 stream임
만약 데이터를 데이터 타입이 String인 배열형태로 출력하고 싶다면 다음과 같이 하면 된다.

import java.util.stream.Stream;

public class StreamExample {

    public static void main(String[] args) {
		Stream<String> fruits = Stream.of("banana", "apple", "strawberry");
        String result = fruits.map(Object::toString)
                              .collect(Collectors.toList())
                              .toString();

                              System.out.println(result);
       }
}

console

[banana, apple, strawberry]

 
 
 
예제문제 1: 열거된 문자열 중에서 a를 포함한 단어를 출력하라.
문자열: aa, ao, oo, bo, ab
접근 방법: 제시된 문자열 중에서 a가 포함한 단어를 걸러내는 것이므로 filter()을 사용하자

Stream<String> stream = Stream.of("aa", "ao", "oo", "bo", "ab");
System.out.println(stream.filter(n -> n.contains("a"))
						 .collect(Collectors.joining(", ")));

console

aa, ao, ab

 
예제문제 2: 열거된 문자열을 모두 대문자로 바꾸시오.
문자열: a, b, c
접근방법: 문자열을 변환시켜야 하므로 map()을 사용하자

Stream<String> stream = Stream.of("a", "b", "c");
stream.map(s -> s.toUpperCase())
                 .forEach(System.out::println);

console

A
B
C