[이펙티브 자바] Item46- 스트림에서는 부작용 없는 함수를 사용하라

스트림을 처음 접하면 이해하기 어렵거나 어떤 장점이 있는지 공감하기 힘들 수 있다. 스트림은 그저 또 하나의 API가 아닌, 함수형 프로그래밍에 기초한 패러다임이기 때문이다.

스트림 패러다임의 핵심은 계산을 일련의 변환으로 재구성하는 것이다. 이때 각 변환 단계는 이전 단계의 결과를 받아 처리하는 순수 함수여야 한다.

순수 함수란?
오직 입력만이 결과에 영향을 주는 함수를 말한다. 순수 함수는 다른 가변 상태를 참조하지 않고, 함수 스스로 다른 상태를 변경하지 않는다.

 

이렇듯 스트림 연산에 전달되는 함수 객체는 모두 부작용(Side Effect)가 없어야 한다.

 

스트림 제대로 활용하기

forEach

아래 예제는 스트림 API의 이점을 잘 살리지 못한, 스트림 코드를 가장한 반복 코드이다.

Map<String, Long> freq = new HashMap<>();
try (Stream<String> words = new Scanner(file).tokens()){
    words.forEach(word -> {
        freq.merge(word.toLowerCase(), 1L, Long::sum);
    });
}

 

forEach는 연산 결과를 보여주는 역할을 가진 종단 연산인데, 외부 상태인 freq를 수정하고 있다. 즉, 함수 스스로 외부 상태를 변경하고 연산 결과를 보여주는 일 이상을 하고 있다.

이를 스트림 패러다임에 맞게 수정해보면 다음과 같은 코드가 된다.

Map<String, Long> freq = new HashMap<>();
try (Stream<String> words = new Scanner(file).tokens()){
    freq = words.collect(groupingBy(String::toLowerCase, counting()))
}

 

forEach는 종단 연산 중 기능이 가장 적고 가장 덜 스트림스럽다. 또한, 병렬화할 수도 없다. 따라서 forEach 연산은 스트림 계산 결과를 보고할 때만 사용하고, 계산할 때는 사용하지 말자.

 

수집기(collector)

수집기는 스트림을 사용하려면 꼭 배워야하는 새로운 개념이다. 수집기는 java.util.stream.Collectors 클래스의 메서드를 사용하는데, 스트림의 원소들을 축소해서 객체 하나에 모아주는 역할을 한다. 익숙해지기 전까지 그저 축소 전략을 캡슐화한 블랙박스 객체라고 생각하자.

수집기가 생성하는 객체는 주로 컬렉션이며, toList(), toSet(), toCollection(collectionFactory) 이렇게 총 3가지의 수집기가 있다.

 

toList()

스트림의 원소를 List에 모아준다.

빈도표에서 가장 흔한 단어 10개를 뽑아내는 파이프라인 예제를 살펴보자.

List<String> topTen = freq.keySet().stream()
    .sorted(comparing(freq::get).reversed())
    .limit(10)
    .collect(toList());

 

빈도수 freq::get 를 역순으로 sorted하고, 단어 10개를 뽑아 List로 모아 반환하는 코드다. 중간 연산 로직만 완성하면 List로 모아 반환하는 건 식은 죽 먹기다.

위의 toList()는 Collectors의 메서드로 정적 임포트하여 사용하고 있다. 이렇듯 정적 임포트를 사용하면 코드 가독성이 좋아진다. collect(Collectors.toList()) → collect(toList())

toMap()

toMap(keyMapper, valueMapper) - 인수 2개

맵 수집기 toMap()은 스트림 원소를 Key-Value 형태로 재생산한다. 스트림의 각 원소가 고유한 키에 매핑되어 있을 때 사용하기 적합하다.

toMap(keyMapper, valueMapper)은 각 Key에 매핑되는 keyMapper(함수)와 Value에 매핑되는 valueMapper(함수)를 인수로 받는다.

// toMap(keyMapper, valueMapper) 예제
private static final Map<String, Operation> stringToEnum =
    Stream.of(values()).collect(
        toMap(Object::toStringg, e -> e));

 

위의 예제는 열거 타입 상수의 문자열 표현을 열거 타입 자체에 매핑하는 구현 예제이다. toMap()은 스트림 원소가 다수의 같은 키를 사용하는 경우 IllegalStateException을 던진다. 주의하자.

 

toMap(keyMapper, valueMapper, mergeFunction) - 인수 3개

같은 키를 공유하는 값들이 있는 경우 병함 함수를 통해 기존 값에 합쳐진다. 어떤 키와 그 키에 연관된 원소들 중 하나를 골라 연관 짓는 맵을 만들 때 유용하다.

// toMap(keyMapper, valueMapper, mergeFunction) 예제
Map<Artist, Album> topHits = albums.collect(
    toMap(Album::artist, a->a, maxBy(comparing(Album::sales))));

 

위 예제는 음악가와 음악가의 베스트 앨범을 연관 지어 Map으로 만드는 스트림 코드다. 코드를 읽으면 자연스럽게 의미가 해석된다.

또, 인수가 3개인 toMap의 원소가 충돌할 경우 마지막 값을 취하는 수집기를 만들 때도 유용하다.

toMap(keyMapper, valueMapper, (oldValue, newValue) -> newValue)

 

toMap(keyMapper, valueMapper, mergeFunction, Map의 구현체) - 인수 4개

인수가 4개인 toMap은 마지막 인수로 맵 팩터리를 받는다. 즉, TreeMap이나 EnumMap과 같은 Map의 구현체를 지정할 수 있다.

 

groupingBy

가장 일반적인 groupingBy

분류 함수를 입력받고 원소들을 카테고리별로 모아 놓은 Map을 반환한다. 반환된 Map에 담긴 각각의 값은 List다.

words.collect(groupingBy(words -> alphabetize(word)))

 

값을 리스트외에 다른 타입으로 반환하는 방법

값을 리스트 외 다른 타입으로 반환하기 위해서는 다운스트림(3번째 인자)을 명시해야 한다. 다운스트림의 역할은 해당 카테고리의 모든 원소를 담은 스트림으로부터 값을 생성하는 일이다.

// 다운스트림으로 counting()을 건낸다.
words.collect(groupingBy(String::toLowerCase, counting())

 

다운스트림에 더해 맵 팩터리를 지정하기

맵 팩터리를 지정해 맵과 그 안에 담긴 컬렉션의 타입을 모두 지정할 수 있게 만들 수 있다.

일반적으로 3번째 인자로 맵 팩터리가 와야 하지만, 맵 팩터리(mapFactory) 매개변수가 다운스트림 매개변수보다 앞에 놓인다.

// 2번째 인자는 맵 팩터리, 3번째 인자는 다운스트림
words.collect(groupingBy(String::toLowerCase, TreeMap::new, counting())

 

joining

인자가 없는 joining()

원소들을 연결하는 역할을 한다. joining은 문자열 등의 CharSequence 인스턴스의 스트림에만 적용할 수 있다.

 

인자가 1개 joining(delimiter)

구분문자를 매개변수로 받아 문자열 연결 부위에 삽입하여 연결한다.

// came, saw, conquered joining
words.collect(joining('/'));

// came/saw/conquered 출력

 

인자가 3개 joining(perfix, delimiter, suffix)

접두 문자, 구분 문자, 후미 문자를 입력받아 문자열을 연결한다.

// came, saw, conquered joining
words.collect(joining('[', ',', ']'));

// [came, saw, conquered] 출력

 

이외의 다양한 메서드

maxBy, minBy, summing, averaging, reducing, filtering, mapping, flatMapping, collectingAndThen 등... 굉장히 다양한 메서드가 존재한다. 대부분의 프로그래머는 이 존재를 몰라도 된다. 설계 관점에서 보면, 스트림의 기능을 일부 복제하여 다운스트림 수집기를 작은 스트림처럼 동작하게 한 것이기 때문이다.

 

핵심 정리

• 스트림 파이프라인 프로그래밍의 핵심은 부작용(side effect)없는 함수 객체다.
• 스트림을 올바르게 사용하려면 수집기를 잘 알아둬야한다.(toList, toSet, toMap, groupingBy, joining)