Stream API

스트림 패키지의 구분

자바 I/O 스트림은 데이터를 읽고 쓰는 목적으로 사용된다. 파일, 네트워크, 메모리 등 다양한 소스에서 바이트나 문자 데이터를 읽거나 쓰기 위한 스트림이다. InputStream과 OutputStream이 대표적인 I/O 스트림이다.

 

Stream API와 자바 I/O 스트림은 이름은 비슷하나, 완전히 다른 개념이다. Stream API는 자바 8에서 도입된 중요한 기능 중 하나로, 데이터 컬렉션(자료구조)을 처리할 때 사용되는 강력한 도구이다. 스트림(Stream)은 데이터를 선언적으로 처리할 수 있게 하며, 특히 대용량 데이터 처리 및 데이터 흐름 제어에 매우 유용하다.

 

Stream API	자바 I/O 스트림
데이터 컬렉션(List, Set, Map, 배열)을 처리	파일, 네트워크 등 외부 자원으로부터 입출력
함수형 프로그래밍 스타일로 데이터 처리	바이트/문자 단위로 데이터를 읽거나 씀
필터링, 변환, 정렬, 집계 등 데이터 가공	데이터 전송 및 저장을 위한 스트림
중간 연산과 최종 연산으로 나누어 처리	입력 스트림에서 읽고, 출력 스트림에 씀
데이터를 처리하기 위한 한 번의 흐름 (일회성)	파일 등에서 데이터를 반복적으로 읽고 씀

 

Stream API

Stream API는 컬렉션(List, Set, Map 등)이나 배열 등의 데이터 소스를 함수형 프로그래밍 스타일로 처리할 수 있게 해준다. 데이터를 필터링하고, 변환하고, 집계하는 등의 작업을 더 간결하고 효율적으로 수행할 수 있다.

 

 

특징

• 선언적 방식 : 데이터를 어떻게 처리할 지에 집중하기 않고 무엇을 할지에만 집중하는 방식이다.
• 내부 반복 : 컬렉션의 모든 요소에 대해 직접 반복하지 않고, 스트림이 반복을 관리하여 간결한 코드를 작성할 수 있다.
• 일회성 : 스트림은 한 번 사용하면 재사용할 수 없다. 필요하면 다시 스트림을 생성해야 한다.
• 지연 실행 : 스트림은 중간 연산이 완료되기 전까지 실행되지 않으며, 최종 연산이 호출될 때만 연산이 수행된다.

 

Stream의 두 가지 연산 동작 방식

 

1. 중간 연산 (Intermediate Operation) :

• 스트림의 중간 단계에서 데이터를 변환하거나 필터링한다.
• 여러 중간 연산을 연결할 수 있으며, 지연된 실행(lazy execution이 이루어진다.
• 예시 : filter(), map(), sorted()

2. 최종 연산 (Terminal Operation) :

• 스트림을 종료하고, 데이터를 처리한 후 결과를 반환한다.
• 최종 연산이 실행되기 전까지는 중간 연산이 수행되지 않는다.
• 예시 : forEach(), collect(), reduce()

지연 실행(lazy execution)
최종 연산이 실행되기 전까지는 중간 연산이 수행되지 않는다.

filter(); 호출
map(); 호출
sorted(); 호출
위 코드를 호출하였지만 중간 연산자들이기 때문에 수행되지 않는다.(지연 연산)
--------------------------------------------------------------------------------------------------------------
forEach();
최종 연산이 호출될 때 비로소 모든 중간 연산들이 함께 실행되며 데이터를 처리한다.

중간 연산은 준비만 하고 실행되지 않는다. 실제로 데이터가 처리되는 것은 최종 연산이 호출된 이후이다.

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Stream API를 활용한 데이터 컬렉션 처리

컬렉션(자료구조) 내의 데이터를 원하는 형태로 변환하거나, 필요 없는 데이터를 걸러내고, 특정 방식으로 계산하는 작업을 뜻한다.

• 필터링 : 조건에 맞지 않는 데이터를 걸러내는 작업 (예 : 나이가 18살 이상인 사람만 필터링)
• 정렬 : 데이터를 오름차순 또는 내림차순으로 정렬하는 작업 (예 : 성적 순으로 학생을 정렬)
• 변환 : 데이터를 다른 형태로 바꾸는 작업 (예 : 섭씨 온도를 화씨로 변환)
• 집계 : 데이터를 하나의 값으로 축소하는 작업 (예 : 모든 상품의 총 합 계산)

시나리오 코드 1 - 자료구조 내의 데이터를 필터링 하기

18세 이상의 학생들만 필터링하고, 그 결과를 List로 수집하는 작업을 해보자.

중간 연산 - filter 사용

최종 연산 - collect

(Collectors는 자바 8에서 제공하는 유틸리티 클래스로, collect() 메서드와 함께 사용된다.)

package ch02;

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

public class StreamFilterTest1 {
    
    public static void main(String[] args) {
        
        // 샘플 데이터 준비
        List<Integer> ages = Arrays.asList(20, 11, 18, 24, 33, 40, 2);
        
        // 나이가 18 이상인 학생만 필터링 후 List로 수집
        List<Integer> adultAges = ages.stream()
                                      .filter(age -> age >= 18) // 중간 연산: 나이 18 이상 필터링
                                      .collect(Collectors.toList()); // 최종 연산: 결과를 List로 수집
        
        System.out.println(adultAges); // 출력: [20, 18, 24, 33, 40]
    }
}

Collectors.toSet() : Collectors.toSet()은 스트림의 데이터를 Set으로 수집한다.

Collectors.toMap() : 스트림의 데이터를 Map으로 수집할 때 사용된다.

• toMap()은 두 가지 정보를 필요(Key 값을 어떻게 지정할 지, Value 값을 어떻게 지정할 지)

 

시나리오 코드 2 - 자료구조 내의 데이터를 변환해보기

제품의 가격을 리스트로 저장한 뒤, 스트림을 활용해서 모든 제품의 가격에 10% 세일을 적용해 새로운 리스트를 생성해보자.

중간 연산 - map 사용최종 연산 - collect, forEach

package ch02;

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

public class StreamMapTest2 {
    
    public static void main(String[] args) {
        
        List<Double> prices = Arrays.asList(100.0, 200.0, 300.0);

        // 10% 세일 적용된 가격으로 변환하고 List로 수집
        List<Double> discountedPrices = prices.stream()
                                              .map(price -> price * 0.9)  // 모든 가격에 10% 할인
                                              .collect(Collectors.toList());

        // 할인된 가격 출력 (자료구조의 스트림을 사용한 최종연산 사용 코드)
        discountedPrices.forEach(e -> System.out.println("할인 가격 : " + e));  // 출력: 90.0, 180.0, 270.0
    }
}

 

결과 확인

할인 가격 : 90.0
할인 가격 : 180.0
할인 가격 : 270.0

 

 

시나리오 코드 3 - 자료구조 내의 데이터를 집계해보기

정수 리스트에서 값을 합산하여 총합 계산을 집계해보자.

최종 연산 - reduce.reduce(초기값, 람다식)의 형태이다.주의 : reduce는 스트림의 요소들을 하나로 결합하여 단일 결과값을 생성한다. 이 과정에서 스트림의 모든 데이터를 처리하므로, 이후에 추가적인 연산이 불가능하다. 즉, 스트림을 종료하는 연산이다.

package ch02;

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

public class StreamReduceTest3 {
    
    public static void main(String[] args) {
        
    	List<Integer> numbers = Arrays.asList(1, 2, 3, 4, 5);

    	// 리스트의 숫자들을 모두 더함
    	int sum = numbers.stream()
    	                 .reduce(0, (a, b) -> a + b);  // 스트림의 요소들을 하나로 결합
    	System.out.println(sum);  // 출력: 15
    }   
}

 

시나리오 코드 4 - 자료구조 내의 데이터를 정렬해보기

정수 리스트를 오름차순으로 정렬하여 출력해보자.

최종 연산 - sorted();

package ch02;

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

public class StreamStoredTest4 {

	public static void main(String[] args) {

		List<Integer> numbers = Arrays.asList(5, 3, 1, 4, 2);

		// 리스트의 숫자들을 오름차순으로 정렬
		List<Integer> sortedNumbers1 = numbers.stream()
				.sorted() // 오름차순 정렬
				.collect(Collectors.toList());

		// 내림차순 정렬
		List<Integer> sortedNumbers2 = numbers.stream()
				.sorted(Comparator.reverseOrder()) // 내림차순 정렬
				.collect(Collectors.toList());

		System.out.println(sortedNumbers1); // 출력: [1, 2, 3, 4, 5]
		System.out.println("------------"); 
		System.out.println(sortedNumbers2); // 출력: [5, 4, 3, 2, 1]

	}
}