[아이템 46] 스트림에서는 부작용 없는 함수를 사용하라

스트림의 패러다임

스트림이 제공하는 표현력, 속도, 병렬성을 얻으려면 API는 말할 것도 없고 해당 패러다임까지 함께 받아들여야 합니다.

• 스트림 패러다임의 핵심은 계산을 일련의 변환으로 재구성하는 것
• 각 변환의 단계는 오직 이전 단계의 결과만이 결과에 영향을 주는 순수한 함수여야 함
  • 즉, 다른 가변 상태를 참조하지 않으면서 함수 스스로도 다른 상태를 변경하면 안 됨

 

1. 스트림 패러다임을 이해하지 못한 채 사용한 예

 

	public static Map<String, Long> streamSideEffect(final Stream<String> strings) {
	Map<String, Long> sideEffect = new HashMap<>();
	strings.forEach(string -> {
	sideEffect.merge(string, 1L, Long::sum);
	});
	return sideEffect;
	}

view raw .java hosted with ❤ by GitHub

 

위 코드는 텍스트 파일에서 단어별 수를 세어 빈도표로 만드는 일을 수행하지만 문제가 있는 코드입니다.

• 스트림 코드를 가장한 반복적 코드
• 위 스트림 파이프라인은 forEach 종단 연산에서 sideEffect map의 상태를 변경 
  • forEach를 사용하는 것은 스트림을 사용하는 것이 아닌 단순 반복문 사용에 불과
  • 스트림 API의 이점을 살리지 못하여 같은 기능의 반복적 코드보다 간결하지 못해 가독성이 저하되고 유지보수에도 좋지 않음

 

1.1 forEach문을 권장하지 않는 이유

 

자바의 스트림에서 forEach문을 권장하지 않는 이유는 다음과 같습니다.

• 병렬 처리에 적합하지 않음
• side effect 발생 가능
• 종료 연산으로 인한 성능 손실

 

1.1.1 병렬 처리에 적합하지 않음

• forEach는 순차적으로 요소를 처리하기 때문에 병렬 처리에 적합하지 않음
• 대신 parallelStream() 메서드를 사용해 병렬 스트림을 생성하고 forEachOrdered()를 사용하여 안전하게 순서를 보장하는 것을 권장

 

	list.parallelStream().forEachOrdered(element -> {
	// 병렬 스트림에서 안전하게 요소 처리
	});

view raw .java hosted with ❤ by GitHub

 

 

1.1.2 side effect 발생 가능

• forEach를 사용할 때 부작용 문제가 발생할 수 있는데, 이는 주로 외부 객체나 상태를 수정하는 동작에 해당
• 함수형 프로그래밍에서는 부작용을 최소화하고 불변성을 유지하는 것이 중요하며, forEach를 사용할 때는 이를 고려해야 함

 

1.1.3 종료 연산으로 인한 성능 손실

• forEach는 스트림의 종료 연산 중 하나
• 이에 따라 스트림 파이프라인의 중간 연산에서 forEach를 사용하면 성능 손실 발생
• 따라서 최종적인 종료 연산에서만 forEach를 사용하는 것을 권장

 

1.2 forEach문을 권장하는 케이스

 

앞서 설명했다시피 forEach문을 대부분의 케이스에서 권장하지 않지만 간단한 작업을 수행하는 경우에는 forEach 코드가 반복문 코드보다 간결해집니다.

 

	// forEach
	list.stream().forEach(System.out::println);
	// 반복문
	for (int num : list) {
	System.out.println(num);
	}

view raw .java hosted with ❤ by GitHub

 

책에서는 forEach 연산은 스트림 계산 결과를 보고할 때만 사용하고 계산하는 데는 쓰지 말라고 권장합니다.

 

 

2. 스트림 패러다임을 제대로 적용한 예

 

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

view raw .java hosted with ❤ by GitHub

 

주어진 코드는 스트림 API를 적절히 활용하여 코드를 간결하고 명확하게 변경한 예시입니다.

 

해당 코드는 collector를 사용하는데, 스트림을 사용하려면 꼭 배워야 하는 개념입니다.

• java.util.stream.Collectors 클래스는 메서드를 39개 가지고 있지만 복잡한 세부 내용을 잘 모르더라도 API의 장점을 대부분 활용 가능
• collector가 생성하는 객체는 일반적으로 Collection
• 간단히 요약하자면 Collector 인터페이스는 축소 전략을 캡슐화한 블랙박스 객체
  • 여기서 축소는 스트림의 원소들을 객체 하나에 취합한다는 뜻

 

 

3. Collectors 메서드

책에서 소개하는 Collectors 메서드들 중 핵심적인 메서드는 다음과 같습니다.

• toList()
• toSet()
• toMap()
• joining()
• groupingBy()

 

3.1 toList()

 

• 스트림의 요소를 List에 수집

 

3.2 toSet()

 

• 스트림의 요소를 Set에 수집

 

3.3 toMap()

 

• 스트림의 요소를 key-value 쌍으로 매핑하여 Map에 수집

 

3.4 joining()

 

• 스트림의 요소를 하나의 문자열로 결합

 

3.5 groupingBy

 

• 스트림의 요소를 지정된 기준으로 그룹화

 

	public class Example {
	public static void main(String[] args) {
	String[] fruits = {"Apple", "Banana", "Orange", "Avocado", "Apricot"};
	// toList
	List<String> list = Arrays.stream(fruits)
	.collect(Collectors.toList());
	System.out.println(list);
	// toSet
	Set<String> set = Arrays.stream(fruits)
	.collect(Collectors.toSet());
	System.out.println(set);
	// toMap
	Map<Integer, String> map = IntStream.range(0, fruits.length)
	.boxed()
	.collect(Collectors.toMap(
	// 키: 배열의 인덱스
	index -> index,
	// 값: 배열의 값 (과일 이름)
	index -> fruits[index]
	));
	System.out.println(map);
	// joining
	String s = Arrays.stream(fruits)
	.collect(Collectors.joining(", "));
	System.out.println(s);
	// groupingBy
	Map<Integer, List<String>> groupedByLength = Arrays.stream(fruits)
	.collect(Collectors.groupingBy(String::length));
	System.out.println(groupedByLength);
	}
	}

view raw .java hosted with ❤ by GitHub

 

정리

스트림 파이프라인 프로그래밍의 핵심은 부작용 없는 함수 객체에 있습니다.

종단 연산 중 forEach는 print와 같이 스트림이 수행한 계산 결과를 보고할 때만 사용하는 것을 권장합니다.

마지막으로 스트림을 올바로 사용하려면 Collectors를 잘 알아둬야 하며 핵심 메서드인 toList, toSet, toMap, groupingBy, joining은 반드시 숙지해야 합니다.

 

참고

이펙티브 자바