Stream API - 부록 3

💡 학습 목표 자바 I/O 에서의 스트림( java.io.)과 java.util.stream 패키지에 있는 Stream 구분해서 이야기할 수 있다.

 

스트림 패키지의 구분

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

 

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

 

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 API란?

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

 

Stream의 특징

• 선언적 방식: 데이터를 어떻게 처리할지에 집중하지 않고 무엇을 할지에만 집중하는 방식입니다.
• 내부 반복: 컬렉션의 모든 요소에 대해 직접 반복하지 않고, 스트림이 반복을 관리하여 간결한 코드를 작성할 수 있습니다.
• 일회성: 스트림은 한 번 사용하면 재사용할 수 없습니다. 필요하면 다시 스트림을 생성해야 합니다.
• 지연 실행: 스트림은 중간 연산이 완료되기 전까지 실행되지 않으며, 최종 연산이 호출될 때만 연산이 수행됩니다.

 

Stream의 두 가지 연산 동작 방식 (반드시 이해)

1. 중간 연산 (Intermediate Operation):
   • 스트림의 중간 단계에서 데이터를 변환하거나 필터링합니다.
   • 여러 중간 연산을 연결할 수 있으며, 지연된 실행(lazy execution)이 이루어집니다.
   • 예시: filter(), map(), sorted()
2. 최종 연산 (Terminal Operation):
   • 스트림을 종료하고, 데이터를 처리한 후 결과를 반환합니다.
   • 최종 연산이 실행되기 전까지는 중간 연산이 수행되지 않습니다.
   • 예시: forEach(), collect(), reduce()

지연 실행(lazy execution) (최종 연산이 실행되기 전까지는 중간 연산이 수행되지 않습니다.) filter(); 호출 map(); 호출 sorted(); 호출 위 코드를 호출 하였지만 중간 연산자들이기 때문에 수행 되지 않는다(지연 연산) forEach(); 최종 연산이 호출될 때 비로소 모든 중간 연산들이 함께 실행되며 데이터를 처리합니다.

중간 연산은 준비만 하고 실행하지 않아요. 실제로 데이터가 처리되는 것은 최종 연산이 호출된 이후입니다.

 

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Stream API 를 활용한 데이터 컬렉션 처리란 뭘까?

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

• 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 총합 계산)

 

시나리오 코드 1 - 자료구조 내의 데이터를 필터링 해보기

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

중간 연산 - filter 사용
최종 연산 - collect

사전 기반 지식
Collectors는 자바 8에서 제공하는 유틸리티 클래스로, collect() 메서드와 함께 사용됩니다.

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 Set 으로 수집합니다

 

Collectors.toMap() : 스트림의 데이터를 Map 으로 수집할 때 사용됩니다.

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

 

시나리오 코드 2 - 자료구조 내의 데이터를 변환 해보기

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

중간 연산 - map 사용
최종 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
    }
}

 

결과확인

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

 

 

시나리오 코드 3 - 자료구조 내의 데이터를 집계 해보기

정수 리스트에서 값을 합산하여 총합을 계산을 집계해 보자.

최종 연산 - reduce
.reduce(초기값, 람다식)에 형태 입니다.

주의 : reduce는 스트림의 요소들을 하나로 결합하여 단일 결과값을 생성합니다. 이 과정에서 스트림의 모든 데이터를 처리하므로, 이후에 추가적인 연산이 불가능합니다. 즉, 스트림을 종료하는 연산입니다.

 

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 정렬 해보기

정수 리스트를 오름차순으로 정렬하여 출력해 보자.

최종 연산 - stored();

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]

	}
}

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도전 문제 1: 짝수만 선택하고 제곱하기

주어진 숫자 리스트에서 짝수만 필터링한 후, 각 짝수를 제곱하여 리스트로 반환하는 코드를 작성하시오.

 

public class Challenge1 {
    public static void main(String[] args) {
        List<Integer> numbers = Arrays.asList(1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10);

        // 1. 짝수만 필터링하고 제곱하여 새로운 리스트로 반환하는 코드를 작성하세요.
        // 힌트: filter()와 map()을 사용합니다.

    }
}

 

풀이

package ch02;

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

public class Challenge1 {

	public static void main(String[] args) {

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

		// 1. 짝수만 필터링하고 제곱하여 새로운 리스트로 반환
		List<Integer> result = numbers.stream().filter(n -> n % 2 == 0) // 짝수만 필터링
				.map(n -> n * n) // 제곱
				.collect(Collectors.toList()); // 리스트로 수집

		System.out.println(result); // 출력: [4, 16, 36, 64, 100]
	}
}

 

 

도전 문제 2: 문자열 길이 계산

주어진 문자열 리스트에서 각 문자열의 길이를 계산하여 리스트로 반환하는 코드를 작성

import java.util.Arrays;
import java.util.List;

public class Challenge2 {
    public static void main(String[] args) {
        List<String> words = Arrays.asList("apple", "banana", "cherry", "date");

        // 2. 문자열 길이를 계산하여 새로운 리스트로 반환하는 코드를 작성하세요.
        // 힌트: map()을 사용합니다.

    }
}

 

풀이 (메서드 참조 방식에 설명)

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

public class Challenge2Solution {
    public static void main(String[] args) {
        List<String> words = Arrays.asList("apple", "banana", "cherry", "date");

        // 2. 문자열 길이를 계산하여 새로운 리스트로 반환
        List<Integer> lengths = words.stream()
														         .map(str -> str.length());  // 람다식
                                     //.map(String::length)   // 메서드 참조 방식
                                     .collect(Collectors.toList());

        System.out.println(lengths);  // 출력: [5, 6, 6, 4]
    }
}

:: 는 메서드 참조(Method Reference)라는 자바의 문법입니다. 메서드 참조는 람다 표현식을 더 간결하고 가독성 있게 작성할 수 있는 방법입니다.

words.stream()
     .map(str -> str.length());  // 람다식

// 동일한 동작을 하는 메서드 참조
words.stream()
     .map(String::length);  // 메서드 참조