[JAVA] 빠르게 정리하는 자바 문법 (9)
해당 글은 아래 링크를 참고하여 작성되었습니다.
18. JAVA8 람다
1. 람다 표현식
람다 표현식(lambda expression)이란 간단히 말해 메소드를 하나의 식으로 표현한 것이다.
클래스를 작성하고 객체를 생성하지 않아도 메소드를 사용할 수 있다.
그런데 자바에서는 클래스의 선언과 동시에 객체를 생성하므로, 단 하나의 객체만을 생성할 수 있는 클래스를 익명 클래스라고 한다.
따라서 자바에서 람다 표현식은 익명 클래스와 같다고 할 수 있다.
이러한 람다 표현식은 메소드의 매개변수로 전달될 수도 있으며, 메소드의 결괏값으로 반환될 수도 있다.
Java SE 8부터는 이러한 람다 표현식을 사용하여 자바에서도 함수형 프로그래밍을 할 수 있게 되었다.
자바에서는 화살표(->) 기호를 사용하여 람다 표현식을 작성할 수 있다.
(매개변수목록) -> { 함수몸체 }
new Thread(new Runnable() {
public void run() {
System.out.println("전통적인 방식의 일회용 스레드 생성");
}
}).start();
new Thread(()->{
System.out.println("람다 표현식을 사용한 일회용 스레드 생성");
}).start();
1) 매개변수의 타입을 추론할 수 있는 경우에는 타입을 생략할 수 있다.
2) 매개변수가 하나인 경우에는 괄호(())를 생략할 수 있다 .
3) 함수의 몸체가 하나의 명령문만으로 이루어진 경우에는 중괄호({})를 생략할 수 있다. (이때 세미콜론(;)은 붙이지 않음)
4) 함수의 몸체가 하나의 return 문으로만 이루어진 경우에는 중괄호({})를 생략할 수 없다.
5) return 문 대신 표현식을 사용할 수 있으며, 이때 반환값은 표현식의 결괏값이 된다. (이때 세미콜론(;)은 붙이지 않음)
람다 표현식을 사용할 때는 람다 표현식을 저장하기 위한 참조 변수의 타입을 결정해야만 한다.
함수형 인터페이스는 추상 클래스와는 달리 단 하나의 추상 메소드만을 가져야 한다.
또한, 다음과 같은 어노테이션 @FunctionalInterface을 사용하여 함수형 인터페이스임을 명시할 수 있다.
위와 같은 어노테이션을 인터페이스의 선언 앞에 붙이면, 컴파일러는 해당 인터페이스를 함수형 인터페이스로 인식하고 자바 컴파일러는 이렇게 명시된 함수형 인터페이스에 두 개 이상의 메소드가 선언되면 오류를 발생시킨다.
@FunctionalInterface
interface Calc { // 함수형 인터페이스의 선언
public int min(int x, int y);
}
public class Lambda02 {
public static void main(String[] args){
Calc minNum = (x, y) -> x < y ? x : y; // 추상 메소드의 구현
System.out.println(minNum.min(3, 4)); // 함수형 인터페이스의 사용
}
}자바는 java.util.function 패키지를 통해 여러 상황에서 사용할 수 있는 다양한 함수형 인터페이스를 미리 정의하여 제공한다.
2. 메소드 참조
메소드 참조(method reference)는 람다 표현식이 단 하나의 메소드만을 호출하는 경우에 해당 람다 표현식에서 불필요한 매개변수를 제거하고 사용할 수 있도록 해준다.
메소드 참조를 사용하면 불필요한 매개변수를 제거하고 다음과 같이 '::' 기호를 사용하여 표현할 수 있다.
다음 예제는 두 개의 값을 전달받아 제곱 연산을 수행하는 Math 클래스의 클래스 메소드인 pow() 메소드를 호출하는 람다 표현식이다.
단순히 Math 클래스의 pow() 메소드로 인수를 전달하는 역할만 하므로, 메소드 참조를 사용하여 다음과 같이 간단히 표현할 수 있다.
(base, exponent) -> Math.pow(base, exponent);
Math::pow;
19. JAVA8 스트림
1. 스트림 API
Java SE 8부터 추가된 스트림 API는 앞서 입력과 출력 수업에서 살펴본 스트림과는 전혀 다른 개념이다.
자바에서는 많은 양의 데이터를 저장하기 위해서 배열이나 컬렉션을 사용한다.
이렇게 저장된 데이터에 접근하기 위해서는 반복문이나 반복자(iterator)를 사용하여 매번 새로운 코드를 작성해야 한다.
하지만 이렇게 작성된 코드는 길이가 너무 길고 가독성도 떨어지며, 코드의 재사용이 거의 불가능하다.
즉, 데이터베이스의 쿼리와 같이 정형화된 처리 패턴을 가지지 못했기에 데이터마다 다른 방법으로 접근해야만 한다.
이러한 문제점을 극복하기 위해서 Java SE 8부터 스트림(stream) API를 도입하였는데 스트림 API는 데이터를 추상화하여 다루므로, 다양한 방식으로 저장된 데이터를 읽고 쓰기 위한 공통된 방법을 제공한다.
따라서 스트림 API를 이용하면 배열이나 컬렉션뿐만 아니라 파일에 저장된 데이터도 모두 같은 방법으로 다룰 수 있게 되었다.
스트림 API는 다음과 같은 특징을 가집니다.
1) 스트림은 외부 반복을 통해 작업하는 컬렉션과는 달리 내부 반복(internal iteration)을 통해 작업을 수행한다.
2) 스트림은 재사용이 가능한 컬렉션과는 달리 단 한 번만 사용할 수 있다.
3) 스트림은 원본 데이터를 변경하지 않는다.
4) 스트림의 연산은 필터-맵(filter-map) 기반의 API를 사용하여 지연(lazy) 연산을 통해 성능을 최적화한다.
5) 스트림은 parallelStream() 메소드를 통한 손쉬운 병렬 처리를 지원한다.
스트림 API는 다음과 같이 세 가지 단계에 걸쳐서 동작합니다.
1) 스트림의 생성
2) 스트림의 중개 연산 (스트림의 변환)
3) 스트림의 최종 연산 (스트림의 사용)
2. 스트림의 생성
스트림 API는 다음과 같은 다양한 데이터 소스에서 생성할 수 있습니다.
1) 컬렉션
2) 배열
3) 가변 매개변수
4) 지정된 범위의 연속된 정수
5) 특정 타입의 난수들
6) 람다 표현식
7) 파일
8) 빈 스트림
자바에서 제공하는 모든 컬렉션의 최고 상위 조상인 Collection 인터페이스에는 stream() 메소드가 정의되어 있다.
따라서 Collection 인터페이스를 구현한 모든 List와 Set 컬렉션 클래스에서도 stream() 메소드로 스트림을 생성할 수 있다.
또한, parallelStream() 메소드를 사용하면 병렬 처리가 가능한 스트림을 생성할 수 있다.
배열에 관한 스트림을 생성하기 위해 Arrays 클래스에는 다양한 형태의 stream() 메소드가 클래스 메소드로 정의되어 있다..
또한, 기본 타입인 int, long, double 형을 저장할 수 있는 배열에 관한 스트림이 별도로 정의되어 있다.
이러한 스트림은 java.util.stream 패키지의 IntStream, LongStream, DoubleStream 인터페이스로 각각 제공된다.
특정 타입의 난수로 이루어진 스트림을 생성하기 위해 Random 클래스에는 ints(), longs(), doubles()와 같은 메소드가 정의되어 있다.
이 메소드들은 매개변수로 스트림의 크기를 long 타입으로 전달받을 수 있다.
이 메소드들은 만약 매개변수를 전달받지 않으면 크기가 정해지지 않은 무한 스트림(infinite stream)을 반환한다.
이때에는 limit() 메소드를 사용하여 따로 스트림의 크기를 제한해야 한다.
람다 표현식을 매개변수로 전달받아 해당 람다 표현식에 의해 반환되는 값을 요소로 하는 무한 스트림을 생성하기 위해 Stream 클래스에는 iterate()와 generate() 메소드가 정의되어 있다.
iterate() 메소드는 시드(seed)로 명시된 값을 람다 표현식에 사용하여 반환된 값을 다시 시드로 사용하는 방식으로 무한 스트림을 생성한다.
반면에 generate() 메소드는 매개변수가 없는 람다 표현식을 사용하여 반환된 값으로 무한 스트림을 생성한다.
3. 스트림의 중개 연산
스트림 API에 의해 생성된 초기 스트림은 중개 연산을 통해 또 다른 스트림으로 변환된다.
이러한 중개 연산은 스트림을 전달받아 스트림을 반환하므로, 중개 연산은 연속으로 연결해서 사용할 수 있다.
또한, 스트림의 중개 연산은 필터-맵(filter-map) 기반의 API를 사용함으로 지연(lazy) 연산을 통해 성능을 최적화할 수 있다.
스트림 API에서 사용할 수 있는 대표적인 중개 연산과 그에 따른 메소드는 다음과 같다.
1) 스트림 필터링 : filter(), distinct()
filter() 메소드는 해당 스트림에서 주어진 조건(predicate)에 맞는 요소만으로 구성된 새로운 스트림을 반환한다.
또한, distinct() 메소드는 해당 스트림에서 중복된 요소가 제거된 새로운 스트림을 반환한다.
distinct() 메소드는 내부적으로 Object 클래스의 equals() 메소드를 사용하여 요소의 중복을 비교한다.
2) 스트림 변환 : map(), flatMap()
map() 메소드는 해당 스트림의 요소들을 주어진 함수에 인수로 전달하여, 그 반환값들로 이루어진 새로운 스트림을 반환한다.
만약 해당 스트림의 요소가 배열이라면, flatMap() 메소드를 사용하여 각 배열의 각 요소의 반환값을 하나로 합친 새로운 스트림을 얻을 수 있다.
3) 스트림 제한 : limit(), skip()
limit() 메소드는 해당 스트림의 첫 번째 요소부터 전달된 개수만큼의 요소만으로 이루어진 새로운 스트림을 반환한다.
skip() 메소드는 해당 스트림의 첫 번째 요소부터 전달된 개수만큼의 요소를 제외한 나머지 요소만으로 이루어진 새로운 스트림을 반환한다.
4) 스트림 정렬 : sorted()
sorted() 메소드는 해당 스트림을 주어진 비교자(comparator)를 이용하여 정렬한다.
이때 비교자를 전달하지 않으면 기본적으로 사전 편찬 순(natural order)으로 정렬한다.
5) 스트림 연산 결과 확인 : peek()
peek() 메소드는 결과 스트림으로부터 요소를 소모하여 추가로 명시된 동작을 수행한다.
이 메소드는 원본 스트림에서 요소를 소모하지 않으므로, 주로 연산과 연산 사이에 결과를 확인하고 싶을 때 사용한다.
따라서 개발자가 디버깅 용도로 많이 사용한다.
peek() 메소드는 스트림의 각 요소가 해당 중개 연산 후에 어떻게 변화하는지를 보여준다.
4. 스트림의 최종 연산
스트림 API에서 중개 연산을 통해 변환된 스트림은 마지막으로 최종 연산을 통해 각 요소를 소모하여 결과를 표시한다.
즉, 지연(lazy)되었던 모든 중개 연산들이 최종 연산 시에 모두 수행되는 것이다.
이렇게 최종 연산 시에 모든 요소를 소모한 해당 스트림은 더는 사용할 수 없게 된다.
스트림 API에서 사용할 수 있는 대표적인 최종 연산과 그에 따른 메소드는 다음과 같다.
1. 요소의 출력 : forEach()
스트림의 각 요소를 소모하여 명시된 동작을 수행한다.
반환 타입이 void이므로 보통 스트림의 모든 요소를 출력하는 용도로 많이 사용한다.
2. 요소의 소모 : reduce()
스트림의 최종 연산은 모두 스트림의 각 요소를 소모하여 연산을 수행하게 된다.
하지만 reduce() 메소드는 첫 번째와 두 번째 요소를 가지고 연산을 수행한 뒤, 그 결과와 세 번째 요소를 가지고 또다시 연산을 수행한다.
이런 식으로 해당 스트림의 모든 요소를 소모하여 연산을 수행하고, 그 결과를 반환하게 된다.
또한, 인수로 초깃값을 전달하면 초깃값과 해당 스트림의 첫 번째 요소와 연산을 시작하며, 그 결과와 두 번째 요소를 가지고 계속해서 연산을 수행하게 된다.
3. 요소의 검색 : findFirst(), findAny()
findFirst()와 findAny() 메소드는 해당 스트림에서 첫 번째 요소를 참조하는 Optional 객체를 반환한다 .
두 메소드 모두 비어 있는 스트림에서는 비어있는 Optional 객체를 반환한다.
하지만 병렬 스트림인 경우에는 findAny() 메소드를 사용해야만 정확한 연산 결과를 반환할 수 있다.
4. 요소의 검사 : anyMatch(), allMatch(), noneMatch()
해당 스트림의 요소 중에서 특정 조건을 만족하는 요소가 있는지, 아니면 모두 만족하거나 모두 만족하지 않는지를 다음 메소드를 사용하여 확인할 수 있다.
1. anyMatch() : 해당 스트림의 일부 요소가 특정 조건을 만족할 경우에 true를 반환한다.
2. allMatch() : 해당 스트림의 모든 요소가 특정 조건을 만족할 경우에 true를 반환한다.
3. noneMatch() : 해당 스트림의 모든 요소가 특정 조건을 만족하지 않을 경우에 true를 반환한다.
세 메소드 모두 인수로 Predicate 객체를 전달받으며, 요소의 검사 결과는 boolean 값으로 반환한다.
5. 요소의 통계 : count(), min(), max()
count() 메소드는 해당 스트림의 요소의 총 개수를 long 타입의 값으로 반환한다.
또한, max()와 min() 메소드를 사용하면 해당 스트림의 요소 중에서 가장 큰 값과 가장 작은 값을 가지는 요소를 참조하는 Optional 객체를 얻을 수 있다.
6. 요소의 연산 : sum(), average()
IntStream이나 DoubleStream과 같은 기본 타입 스트림에는 해당 스트림의 모든 요소에 대해 합과 평균을 구할 수 있는 sum()과 average() 메소드가 각각 정의되어 있다.
이때 average() 메소드는 각 기본 타입으로 래핑 된 Optional 객체를 반환한다.
7. 요소의 수집 : collect()
collect() 메소드는 인수로 전달되는 Collectors 객체에 구현된 방법대로 스트림의 요소를 수집한다.
또한, Collectors 클래스에는 미리 정의된 다양한 방법이 클래스 메소드로 정의되어 있다.
이 외에도 사용자가 직접 Collector 인터페이스를 구현하여 자신만의 수집 방법을 정의할 수도 있다.
스트림 요소의 수집 용도별 사용할 수 있는 Collectors 메소드는 다음과 같다.
1. 스트림을 배열이나 컬렉션으로 변환 : toArray(), toCollection(), toList(), toSet(), toMap()
2. 요소의 통계와 연산 메소드와 같은 동작을 수행 : counting(), maxBy(), minBy(), summingInt(), averagingInt() 등
3. 요소의 소모와 같은 동작을 수행 : reducing(), joining()
4. 요소의 그룹화와 분할 : groupingBy(), partitioningBy()
5. Optional 클래스
Optional<T> 클래스는 Integer나 Double 클래스처럼 'T'타입의 객체를 포장해 주는 래퍼 클래스(Wrapper class)다.
따라서 Optional 인스턴스는 모든 타입의 참조 변수를 저장할 수 있다.
이러한 Optional 객체를 사용하면 예상치 못한 NullPointerException 예외를 제공되는 메소드로 간단히 회피할 수 있다.
즉, 복잡한 조건문 없이도 널(null) 값으로 인해 발생하는 예외를 처리할 수 있게 된다.
of() 메소드나 ofNullable() 메소드를 사용하여 Optional 객체를 생성할 수 있다.
of() 메소드는 null이 아닌 명시된 값을 가지는 Optional 객체를 반환한다.
만약 of() 메소드를 통해 생성된 Optional 객체에 null이 저장되면 NullPointerException 예외가 발생한다.
따라서 만약 참조 변수의 값이 만에 하나 null이 될 가능성이 있다면, ofNullable() 메소드를 사용하여 Optional 객체를 생성하는 것이 좋다.
ofNullable() 메소드는 명시된 값이 null이 아니면 명시된 값을 가지는 Optional 객체를 반환하며, 명시된 값이 null이면 비어있는 Optional 객체를 반환한다.
get() 메소드를 사용하면 Optional 객체에 저장된 값에 접근할 수 있다.
만약 Optional 객체에 저장된 값이 null이면, NoSuchElementException 예외가 발생한다.
따라서 get() 메소드를 호출하기 전에 isPresent() 메소드를 사용하여 Optional 객체에 저장된 값이 null인지 아닌지를 먼저 확인한 후 호출하는 것이 좋다.
다음과 같은 메소드를 사용하여 null 대신에 대체할 값을 지정할 수도 있다.
1. orElse() 메소드 : 저장된 값이 존재하면 그 값을 반환하고, 값이 존재하지 않으면 인수로 전달된 값을 반환함.
2. orElseGet() 메소드 : 저장된 값이 존재하면 그 값을 반환하고, 값이 존재하지 않으면 인수로 전달된 람다 표현식의 결괏값을 반환함.
3. orElseThrow() 메소드 : 저장된 값이 존재하면 그 값을 반환하고, 값이 존재하지 않으면 인수로 전달된 예외를 발생시킴.
자바에서는 IntStream 클래스와 같이 기본 타입 스트림을 위한 별도의 Optional 클래스를 제공하고 있다.
1) OptionalInt 클래스
2) OptionalLong 클래스
3) OptionalDouble 클래스
이러한 클래스는 반환 타입이 Optional<T> 타입이 아니라 해당 기본 타입이라는 사실만 제외하면 거의 모든 면에서 비슷하다.
20. JAVA8 java.time
1. java.time 패키지
Java SE 8부터 제공되는 java.time 패키지에는 자바에서 날짜와 시간을 다루는 데 사용되는 필수 클래스들이 포함되어 있다.
또한, 다음과 같은 다양한 기능을 하는 하위 패키지를 포함하고 있다.
1) java.time.chrono : ISO-8601에 정의된 표준 달력 이외의 달력 시스템을 사용할 때 필요한 클래스들
2) java.time.format : 날짜와 시간에 대한 데이터를 구문분석하고 형식화하는 데 사용되는 클래스들
3) java.time.temporal : 날짜와 시간에 대한 데이터를 연산하는 데 사용되는 보조 클래스들
4) java.time.zone : 타임 존(time-zone)과 관련된 클래스들
java.time 패키지는 기존에 사용되던 Calendar 클래스의 단점을 보완하였다.
따라서 해당 패키지에 속하는 모든 클래스의 인스턴스는 불변 객체(immutable object)로 생성된다.
즉, java.time 패키지에 포함되는 클래스의 메소드들은 모두 새로운 객체를 생성하여 반환하고 있다.
기존의 Calendar 클래스는 날짜와 시간을 한 번에 표현했지만, java.time 패키지에서는 별도로 구분하여 처리한다.
LocalDate 클래스는 날짜를 표현할 때 사용하며, LocalTime 클래스는 시간을 표현할 때 사용한다.
또한, 기존의 Calendar 클래스처럼 날짜와 시간을 한 번에 표현하고 싶을 때는 LocalDateTime 클래스를 사용한다.
ZonedDateTime 클래스는 특정 타임 존(time-zone)에 해당하는 날짜와 시간을 다루는 데 사용한다.
또한, 기존의 Date 클래스와 비슷한 용도로 사용되는 Instant 클래스가 있다.
Instant 클래스는 특정 시점의 날짜와 시간을 나노초(nanosecond) 단위로 표현하는 타임스탬프(time-stamp)를 다루는 데 사용된다.
Period 클래스는 두 날짜 사이의 차이를 표현하는 데 사용되며, Duration 클래스는 두 시각 사이의 차이를 표현하는 데 사용된다.
2. LocalDate와 LocalTime
LocalDate 클래스는 날짜를 표현하는 데 사용되며, LocalTime 클래스는 시간을 표현하는 데 사용된다.
java.time 패키지에 포함된 대부분의 클래스들은 이 두 클래스를 확장한 것이 많으므로, 우선 이 두 클래스를 잘 이해하는 것이 중요하다.
LocalDate와 LocalTime 클래스는 객체를 생성하기 위해서 now()와 of() 메소드라는 클래스 메소드를 제공한다.
now() 메소드는 현재의 날짜와 시간을 이용하여 새로운 객체를 생성하여 반환한다.
하지만 of() 메소드는 전달된 인수를 가지고 특정 날짜와 시간을 표현하는 새로운 객체를 생성하여 반환한다.
기존의 Calendar 클래스에서는 1월을 0으로 표현하여 월의 범위가 0~11이었으며, 요일은 일요일부터 1로 표현하였다.
하지만 java.time 패키지에서는 1월을 1로 표현하여 월의 범위가 1~12가 되었으며, 요일은 월요일부터 1로 표현하도록 변경되었다.
TemporalField 인터페이스는 월(month-of-year)과 시(hour-of-day)와 같이 날짜와 시간과 관련된 필드를 정의해 놓은 인터페이스다.
이 인터페이스를 구현하여 날짜와 시간을 나타낼 때 사용하는 열거체가 바로 ChronoField다.
java.time 패키지를 구성하는 클래스의 메소드에서는 이 열거체를 이용하여 날짜와 시간을 처리하고 있다.
LocalDate와 LocalTime 클래스는 날짜와 시간 객체에 접근하여 특정 필드의 값을 변경하기 위해서 with() 메소드를 사용한다.
with() 메소드를 사용하면 값이 변경될 필드를 사용자가 직접 명시할 수 있다.
또한, 특정 필드의 값을 변경하기 위해 미리 정의되어 제공되는 다양한 with() 메소드를 사용할 수도 있다.
LocalDate와 LocalTime 클래스에도 객체를 비교할 수 있는 compareTo() 메소드가 오버라이딩되어 있다.
하지만 더욱 편리하게 날짜와 시간 객체를 서로 비교할 수 있도록 다음과 같은 메소드를 제공한다.
1) isEqual() 메소드 : equals() 메소드와는 달리 오직 날짜만을 비교함. (LocalDate 클래스에서만 제공)
2) isBefore() 메소드 : 두 개의 날짜와 시간 객체를 비교하여 현재 객체가 명시된 객체보다 앞선 시간인지를 비교함.
3) isAfter() 메소드 : 두 개의 날짜와 시간 객체를 비교하여 현재 객체가 명시된 객체보다 늦은 시간인지를 비교함.