스트림에서는 부작용 없는 함수를 사용하라
스트림 패러다임
스트림 패러다임의 핵심은 계산을 일련의 변환으로 재구성하는 부분이다. 이때 각 변환 단계는 가능한 한 이전 단계의 결과를 받아 처리하는 순수 함수여야 한다. 순수 함수란 오직 입력만이 결과에 영향을 주는 함수를 말한다. 다른 가변 상태를 참조하지 않고, 함수 스스로도 다른 상태를 변경하지 않는다. 이렇게 하려면 스트림 연산에 건네는 함수 객체는 모두 부작용이 없어야 한다.
스트림 패러다임을 이해하지 못한 채 API만 사용한 잘못된 경우
Map<String, Long> freq = new HashMap<>();
try (Stream<String> words = new Scanner(file).tokens()) {
words.forEach(word -> {
freq.merge(word.toLowerCase(), 1L, Long::sum);
});
}
스트림, 람다, 메서드 참조를 사용했고, 결과도 올바르다. 하지만 절대 스트림 코드라 할 수 없다. 스트림 코드를 가장한 반복적 코드다. 스트림 API의 이점을 살리지 못하여 같은 기능의 반복적 코드보다 길고, 읽기 어렵고, 유지보수에도 좋지 않다. 이 코드의 모든 작업이 종단 연산인 forEach에서 일어나는데, 이때 외부 상태를 수정하는 람다를 실행하면서 문제가 생긴다.
스트림을 제대로 활용하도록 수정
Map<String, Long> freq;
try (Stream<String> words = new Scanner(file).tokens()) {
freq = words.collect(groupingBy(String::toLowerCase, counting()));
}
forEach 연산은 스트림 계산 결과를 보고할 때만 사용하고, 계산하는 데는 쓰지 말자. 물론 가끔은 스트림 계산 결과를 기존 컬렉션에 추가하는 등의 다른 용도로도 쓸 수 있다.
수집기(collector)
수집기가 생성하는 객체는 일반적으로 컬렉션이며, 그래서 collector라는 이름을 쓴다.
수집기를 사용하면 스트림의 원소를 손쉽게 컬렉션으로 모을 수 있다. 수집기는 총 toList(), toSet(), toCollection(collectionFactory)가 있다. 차례대로 리스트, 집합, 프로그래머가 지정한 컬렉션 타입을 반환한다.
List<String> topTen = freq.keySet().stream()
.sorted(comparing(freq::get).reversed())
.limit(10)
.collect(toList());
Collectors의 멤버를 정적 임포트하여 쓰면 스트림 파이프라인 가독성이 좋아져, 흔히들 이렇게 사용한다.
java.util.stream.Collectors
toMap
toMap(keyMapper, valueMapper)
가장 간단한 맵 수집기로, 스트림 원소를 키에 매핑하는 함수와 값에 매핑하는 함수를 인수로 받는다.
private static final Map<String, Operation> stringToEnum =
Stream.of(values()).collect(toMap(Object::toString, e -> e));
위의 toMap 형태는 스트림의 각 원소가 고유한 키에 매핑되어 있을 때 적합하다. 스트림 원소 다수가 같은 키를 사용한다면 파이프라인이 IllegalStateException을 던지며 종료할 것이다.
더 복잡한 형태의 toMap이나 groupingBy는 이런 충돌을 다루는 다양한 전략을 제공한다. toMap에 키 매퍼와 값 매퍼는 물론 병합 함수까지 제공할 수 있다. 병합 함수의 형태는 BinaryOperator<U> 이며, 여기서 U는 해당 맵의 값 타입이다. 같은 키를 공유하는 값들은 이 병합 함수를 사용해 기존 값에 합쳐진다. 예컨대 병합 함수가 곱셈이라면 키가 같은 모든 값(키/값 매퍼가 정한다)을 곱한 결과를 얻는다.
toMap(keyMapper, valueMapper, mergeFunction)
어떤 키와 그 키에 연관된 원소들 중 하나를 골라 연관 짓는 맵을 만들 때 유용하다.
Map<Artist, Album> topHits = albums.collect(
toMap(Album::artist, a -> a, maxBy(comparing(Album::sales))));
)
여기서 비교자로는 BinaryOperator에서 정적 임포트한 maxBy라는 정적 팩터리 메서드를 사용했다. maxBy는 Comparator<T>를 입력받아 BinaryOperator<T>를 돌려준다. 이 경우 비교자 생성 메서드인 comparing이 maxBy에 넘겨줄 비교자를 반환하는데, 자신의 키 추출 함수로는 Album::sales를 받았다.
인수가 3개인 toMap은 충돌이 나면 마지막 값을 취하는 수집기를 만들 때도 유용하다. 많은 스트림의 결과가 비결정적이다. 하지만 매핑 함수가 키 하나에 연결해준 값들이 모두 같을 때, 혹은 값이 다르더라도 모두 허용되는 값일 때 이렇게 동작하는 수집기가 필요하다.
toMap(keyMapper, valueMapper, (oldVal, newVal) -> newVal)
toMap(keyMapper, valueMapper, mergeFunction, mapSupplier)
네 번째 인수로 맵 팩터리를 받는다. 이 인수로는 EnumMap이나 TreeMap처럼 원하는 특정 맵 구현체를 직접 지정할 수 있다.
toConcurrentMap
Collectors.toConcurrentMap(keyMapper, valueMapper)
Collectors.toConcurrentMap(keyMapper, valueMapper, mergeFunction)
Collectors.toConcurrentMap(keyMapper, valueMapper, mergeFunction, mapSupplier)
위에서 설명한 세 가지 toMap의 변종이다. 병렬 실행 된 후 결과로 ConcurrentHashMap 인스턴스를 생성한다.
groupingBy
이 메서드는 입력으로 분류 함수를 받고 출력으로는 원소들을 카테고리별로 모아 놓은 맵을 담은 수집기를 반환한다. 분류 함수는 입력받은 원소가 속하는 카테고리를 반환한다. 그리고 이 카테고리가 해당 원소의 맵 키로 쓰인다. 다중정의된 groupingBy 중 형태가 가장 간단한 것은 분류 함수 하나를 인수로 받아 맵을 반환한다. 반환된 맵에 담긴 각각의 값은 해당 카테고리에 속하는 원소들을 모두 담은 리스트다.
words.collect(groupingBy(word -> alphabetize(word)))
groupingBy가 반환하는 수집기가 리스트 외의 값을 갖는 맵을 생성하게 하려면, 분류 함수와 함께 다운스트림 수집기도 명시해야 한다.
다운 스트림 수집기
해당 카테고리의 모든 원소를 담은 스트림으로부터 값을 생성하는 일이다. 이 매개변수를 사용하는 가장 간단한 방법은 toSet()을 넘기는 것이다. 그러면 groupingBy는 원소들의 리스트가 아닌 집합을 값으로 갖는 맵을 만들어낸다.
toSet() 대신 toCollection(collectionFactory)를 건네는 방법도 있다. 예상할 수 있듯이 이렇게 하면 리스트나 집합 대신 컬렉션을 값으로 갖는 맵을 생성한다. 원하는 컬렉션 타입을 선택할 수 있다는 유연성은 덤이다. 다운스트림 수집기로 counting()을 건네는 방법도 있다. 이렇게 하면 각 카테고리(키)를 원소를 담은 컬렉션이 아닌 해당 카테고리에 속하는 원소의 개수(값)와 매핑한 맵을 얻는다.
Map<String, Long> freq = words.collect(groupingBy(String::toLowerCase, counting()));
partitioningBy
partitioningBy(predicate)
partitioningBy(predicate, downstream)
분류 함수 자리에 Predicate를 받고 키가 Boolean인 맵을 반환한다. 프레디키트에 더해 다운스트림 수집기까지 입력받는 버전도 다중정의되어 있다.
counting
이 메서드가 반환하는 수집기는 다운스트림 수집기 전용이다. Stream의 count 메서드를 직접 사용하여 같은 기능을 수행할 수 있으니 collect(counting())
형태로 사용할 일은 전혀 없다.
minBy, maxBy
인수로 받은 비교자를 이용해 스트림에서 값이 가장 작은 혹은 가장 큰 원소를 찾아 반환한다. Stream 인터페이스의 min과 max 메서드를 살짝 일반화한 것이자, java.util.function.BinaryOperator의 minBy와 maxBy 메서드가 반환하는 이진 연산자의 수집기 버전이다.
joining
이 메서드는 CharSequence 인스턴스의 스트림에만 적용할 수 있다.
joining()
매개변수가 없는 joining은 단순히 원소들을 연결하는 수집기를 반환한다.
joining(delimiter)
인수 하나짜리 joining은 CharSequence 타입의 구분문자를 매개변수로 받는다. 연결 부위에 이 구분문자를 삽입하는데, 에컨대 구분문자로 쉼표를(,) 입력하면 CSV형태의 문자열을 만들어준다.
joining(delimiter, prefix, suffix)
인수 3개짜리 joining은 구분문자에 더해 접두문자(prefix)와 접미문자(suffix)도 받는다. 예를 들어 접두, 구분, 접미문자를 각각 '[', ',', ']'
로 지정하여 얻은 수집기는 [came, saw, conquered]
처럼 마치 컬렉션을 출력한 듯한 문자열을 생성한다.
Collections에는 이 외에도 summing, averaging, summarizing으로 시작하며, 각각 int, long, double 스트림용 메서드가 하나씩 존재한다. 그리고 다중정의된 reducing 메서드들, filtering, mapping, flatMapping, collectingAndThen 메서드가 있는데, 대부분 프로그래머는 이들의 존재를 모르고 있어도 상관없다. 설계 관점에서 보면, 이 수집기들은 스트림 기능의 일부를 복제하여 다운스트림 수집기를 작은 스트림처럼 동작하게 한 것이다.
스트림 파이프라인 프로그래밍의 핵심은 부작용 없는 함수 객체에 있다. 스트림뿐 아니라 스트림 관련 객체에 건네지는 모든 함수 객체가 부작용이 없어야 한다. 종단 연산 중 forEach는 스트림이 수행한 계산 결과를 보고할 때만 이용해야 한다. 계산 자체에는 이용하지 말자. 스트림을 올바로 사용하려면 수집기를 잘 알아둬야 한다. 가장 중요한 수집기 팩터리는 toList, toSet, toMap, groupingBy, joining 이다.
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