[JAVA] 스트림(Stream)이란? (개념, 메서드 정리)

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안녕하세요. 오늘은 자바의 스트림에 대해서 알아보도록 하겠습니다.

저는 요즘 알고리즘을 공부하고 있는데요, 사람들이 짠 알고리즘 코드를 보면 스트림을 굉장히 많이 쓰고 있는 것을 볼 수 있더라구요. 뭔진 모르겠지만 저렇게 간결하고 멋진 코드를 나도 짜고 싶다! 생각하여ㅎㅎㅎ 정리해보았습니다.

스트림(Stream)이란?

자바에서 데이터를 쉽게 다루기 위해 제공하는 데이터 처리 흐름
배열, 리스트 같은 데이터를 일일이 반복문으로 다루기보다는 스트림을 사용해 데이터를 변환, 필터링, 합산 등의 작업을 간단하게 할 수 있음

스트림 핵심 개념

1. 데이터 흐름

데이터를 처리하는 흐름을 제공하여 데이터 자체가 아니라 데이터의 흐름을 처리함

2. 변경 불가능

스트림을 이용해 데이터를 가공하더라도 원본 데이터를 변경되지 않음. 가공된 결과는 새로운 데이터로 만들어짐

3. 지연 연산(Lazy Evaluation)

스트림의 중간 연산(변환, 필터링 등)은 실제로 최종 연산이 호출될 때까지 수행되지 않으므로 필요 없는 연산을 피할 수 있음

4. 재사용 불가

한 번 사용한 스트림은 다시 사용할 수 없으며, 재사용하려면 새로 생성해야 함

스트림 사용의 장점

간결한 코드 : 반복문 없이 데이터를 간단히 필터링, 변환, 집계할 수 있음
병렬 처리 지원 : 데이터를 병렬로 처리할 수 있어 성능을 높임
가독성 향상 : 코드가 일긱 쉽고 직관적임

스트림의 3가지 주요 단계

1. 스트림 생성

배열/컬렉션에서 생성

Arrays.stream() - 배열을 스트림으로 변환

int[] numbers = {1, 2, 3, 4};
Arrays.stream(numbers); // int 배열을 IntStream으로 변환

list.stream() - List나 컬렉션을 스트림으로 변환

List<String> cats = List.of("뭉이", "조이");
cats.stream(); // List를 Stream으로 변환

String.chars() - 문자열을 각 문자의 아스키 코드 값으로 구성된 IntStream으로 변환

"abcd".chars(); // 아스키 코드 값(97, 98, 99, 100)으로 구성된 IntStream 반환

특수 생성 메서드

Stream.of() - 전달된 값을 스트림으로 만듦

Stream.of("a", "b", "c"); // Stream<String>

Stream.iterate(초기값, 조건, 연산) - 초기값에서 시작해 조건을 만족할 때까지 반복적으로 연산하여 요소를 생성

Stream.iterate(1, n -> n < 10, n -> n + 2); // 1, 3, 5, 7, 9

IntStream.range(시작값, 끝값) - 시작값부터 끝값-1까지의 정수로 스트림을 생성

IntStream.range(1, 5); // 1, 2, 3, 4

IntStream.rangeClosed(시작값, 끝값) - 시작값부터 끝값까지 포함하여 스트림 생성

IntStream.rangeClosed(1, 5); // 1, 2, 3, 4, 5

2. 중간 연산

필터링 및 변환

filter(조건) - 특정 조건에 맞는 요소만 필터링

Arrays.stream(numbers).filter(n -> n % 2 == 0); // 짝수만 남김

map(변환) - 스트림의 각 요소를 다른 값으로 변환(기본형 스트림 유지)

Arrays.stream(numbers).map(n -> n * 2); // 각 숫자를 두 배로 변환

mapToObj(변환) - 기본형 스트림을 객체 스트림으로 변환하면서 요소를 변환

"abcd".chars().mapToObj(c -> (char) c); // int 값을 char로 변환하여 Stream<Character> 반환

boxed() - 기본형 스트림을 객체 스트림으로 변환

List<Integer> list = IntStream.of(1, 2, 3).boxed().toList(); // int를 Integer로 변환하여 리스트로 수집

distinct() - 중복된 요소를 제거

Arrays.stream(new int[]{1, 2, 2, 3}).distinct(); // 1, 2, 3

sorted() - 요소를 정렬

Arrays.stream(numbers).sorted(); // 오름차순 정렬

조건확인

anyMatch(조건) - 조건에 맞는 요소가 하나라도 있는지 확인함. 맞는 요소가 있으면 true 반환

Arrays.stream(new int[]{1, 2, 3}).anyMatch(n -> n > 2); // true

allMatch(조건) - 모든 요소가 조건에 맞는지 확인. 모두 만족하면 true 반환

Arrays.stream(new int[]{2, 4, 6}).allMatch(n -> n % 2 == 0); // true

noneMatch(조건) - 모든 요소가 조건에 맞지 않는지 확인. 조건에 맞는 요소가 없으면 true

Arrays.stream(new int[]{1, 2, 3}).noneMatch(n -> n > 5); // true

3. 최종 연산

결과 수집

collect() - 스트림을 리스트, 집합, 문자열 등의 결과로 수집

Collectors.toList() - List로 변환

Arrays.stream(numbers).boxed().collect(Collectors.toList());

Collectors.joining() - 문자열 스트림을 하나의 문자열로 합침

Stream.of("a", "b", "c").collect(Collectors.joining()); // "abc"

toArray() - 스트림을 배열로 변환

Arrays.stream(numbers).filter(n -> n > 2).toArray();

reduce(초기값, 연산) - 모든 요소를 하나의 값으로 합침

Arrays.stream(numbers).reduce((a, b) -> a + b); // 전체 합산

sum() : 기본형 스트림(숫자 스트림 : IntStream, LongStream, DoubleStream)에서 모든 요소의 합을 구함

Arrays.stream(numbers).sum(); // 전체 합계

요소 탐색

findFirst() - 스트림의 첫 번째 요소를 반환(*Optional로 반환)

※ Optional - 값이 있을 수도 있고 없을 수도 있는 상태를 표현하는 특별한 객체

Arrays.stream(new int[]{3, 5, 7}).findFirst().orElse(-1); // 3

findAny() - 스트림에서 아무 요소 하나를 반환. 주로 병렬 스트림에서 사용됨

Arrays.stream(new int[]{3, 5, 7}).findAny().orElse(-1); // 3 (병렬 처리 시 불특정)

집계 연산

count() - 스트림의 요소 개수 반환

Arrays.stream(new int[]{1, 2, 3, 4}).count(); // 4

average() - 모든 요소의 평균값 계산하고 Optional로 반환

Arrays.stream(new int[]{1, 2, 3, 4, 5}).average().orElse(0); // 3.0

max() / min() - 스트림의 최대값, 최소값을 반환. Optional로 반환되므로 값이 없을 때 대비해야함

Arrays.stream(new int[]{1, 2, 3}).max().getAsInt(); // 3
Arrays.stream(new int[]{1, 2, 3}).min().orElse(-1); // 1

병렬 처리

parallel() - 스트림을 병렬로 처리. 데이터가 많을 때 빠르게 계산하지만 작은 데이터에서는 오히려 성능이 떨어짐

Arrays.stream(new int[]{1, 2, 3, 4, 5}).parallel().sum(); // 병렬로 합쳐 계산

순차 처리 : parallel()을 사용X -> 1 + 2 + 3 + 4 + 5를 한 코어가 순서대로 처리
병렬 처리 : parallel()을 사용O -> [1, 2]와 [3, 4, 5]로 나뉘어 여러 코어가 동시에 더한 다음 합침