Java 8 to 10 - (1) 기초

Java 8 ~ 10에서의 큰 변화 Stream API 메소드 참조, 람다 인터페이스의 디폴트 메서드 모듈 동작 파라미터화 람다 표현식 람다 표현식 특징 함수형 인터페이스 형식 추론 람다 캡쳐링 메서드 참조 유틸리티 메서드

Java 8 ~ 10에서의 큰 변화

Stream API

컬렉션을 다루면서 발생하는 모호함과 반복적인 코드를 추상화, 패턴화하는 방식을 제공한다.

작업을 고수준으로 추상화하여 일련의 흐름으로 만들고 이를 통해 스레드와 같은 복잡한 방식을 사용하지 않고도 병렬성을 얻을 수 있다.

메소드 참조, 람다

코드를 전달하는 보다 간결한 기법으로 익명 클래스와 같은 방법을 대체할 수 있다.

자바 8이전에는 first class value인 객체 인스턴스와 달리 second class value인 메소드, 클래스는 값으로서 전달될 수 없었다.

하지만 새로운 메소드 참조, 람다식을 통해서 이를 전달하는게 가능해지며 보다 쉽게 동작 파라미터화를 할 수 있게 돕는다.

달리 말하면 자바 8 부터는 메소드(함수)도 first class value 이다.

인터페이스의 디폴트 메서드

기존에 널리 사용되던 인터페이스에 변경 (메소드 추가)이 발생할 경우 해당 인터페이스를 상속받는 모든 클래스를 수정하지 않고도 변경 사항을 적용할 수 있는 방법이다.

모듈

대규모 코드를 다루는 새로운 방법을 제공한다.

동작 파라미터화

동작 파라미터화는 아직 어떻게 실행될지 결정되지 않은 코드 블록을 받아서 메서드의 일부 동작을 미루는 방식이다.

코드 블럭은 인터페이스를 상속받은 클래스, 익명 클래스로 표현 가능하다. 문제는 이렇게 표현하는게 너무 코드를 장황 verbosity 하게 만든다는 점이다.

람다 표현식을 사용하면 좀 더 간결하고 명확하게 표현하는 것이 가능하다.

람다 표현식

람다 표현식 특징

익명: 보통의 메소드와 달리 이름이 없다.

함수: 메소드처럼 특정 클래스에 종속되지 않는다. 다만 메소드처럼 파라미터 목록, 함수 바디, 빈황 형식, 가능한 예외 목록을 포함한다.

전달: 함다 표현식은 first class value처럼 메소드 인자로 전달하거나 변수로 저장할 수 있다.

간결성: 클래스 상속이나 익명 클래스에 비해 간결하다.

함수형 인터페이스

람다식은 함수형 인터페이스를 구현한 클래스의 인스턴스로 취급된다.

여기서 함수형 인터페이스는 추상 메소드가 오직 하나인 인터페이스를 의미한다.

달리 표현하자면 함수형 인터페이스는 여러개의 메소드를 가질 수 있지만 이 경우 추상 메소드는 반드시 하나여야 하며 나머지는 디폴트 메소드로 구성되어야 한다.

함수 디스크립터는 함다 표현식의 시그니처를 서술하는 추상 메소드 시그니처를 말한다.

@FunctionalInterface 는 함수형 인터페이스를 나타내는 어노테이션으로 컴파일러는 해당 인터페이스가 함수형 인터페이스의 규칙을 지키는지 확인하여 만족하지 않는 경우 에러를 발생시킨다.

자바에는 이미 Comparable, Runnable, Callable과 같은 함수형 인터페이스가 있으며 java.util.function 패키지를 통해 추가로 몇가지 유용한 함수형 인터페이스를 제공하고 있다.

유틸로 제공되는 함수형 인터페이스는 대부분 제네릭으로 구현되므로 기본형 타입 primitive type 을 사용할 경우 박싱/언박싱에 대한 비용이 발생할 수 있다. 이를 피하기 위해서 기본형 특화 함수형 인터페이스를 제공한다.

또한 유틸로 제공되는 함수형 인터페이스는 예외를 던지는 동작을 허용하지 않으므로 예외를 던지는 함수형 인터페이스를 새로 선언하거나 예외를 잡아서 RuntimeException으로 변환해주어야 한다.

형식 추론

람다가 사용되는 context 내에서 람다식에 대한 형식 추론이 이루어진다.

형식 추론은 형식 검사, 파라미터 추론의 2가지로 이루어진다.

형식 검사의 경우 람다식이 사용되는 context에서 기대되는 형식인 대상 형식 (target type)과 일치하는지 검사하는 것을 말한다.

람다식이 사용되는 위치의 파라미터 또는 변수의 타입을 바탕으로 대상 형식 (함수 디스크립터)을 추론한다.
이렇게 추론된 대상 형식이 람다의 시그니처와 일치하는지 확인한다.
동일한 람다식이더라도 서로 다른 대상 형식을 요구하는 context에 사용될 수 있다.

특히 반환 형식의 경우 추론된 대상 형식이 void 인 경우 무시될 수 있다.


@FunctionalInterface
interface Action {
    boolean act(String s);
};
// 두 경우 모두 context에서 추론된 (String) -> boolean 대상 형식과 일치한다.
Predicate<String> p = s -> list.add(s);
Action a = s -> list.add(s);
// 아래의 경우 반환 형식 (boolean)은 무시되고 (String) -> void로 추론된다.
Consumer<String> c = s -> list.add(s);

파라미터 추론은 람다식에서 파라미터 타입이 생략되었을 경우 context에서 추론된 대상 형식으로 부터 람다의 시그니처를 추론하는 것이다.


Comparator<Apple> c = 
	(Apple a1, Apple a2) -> a1.getWeight().compareTo(a2.getWeight());
// 람다 시그니처는 (Apple, Apple) -> int 로 추론된다.
Comparator<Apple> c =
	(a1, a2) -> a1.getWeight().compareTo(a2.getWeight());

람다 캡쳐링

익명 함수와 마찬가지로 외부에 선언된 자유 변수 (free variable)를 활용할 수 있다.

단, 이렇게 활용되는 변수는 final로 선언되었거나 실질적으로 final 처럼 사용되는 변수(선언 이후 대입 X) 여야 한다.

인스턴스 변수의 경우 this를 capture 하여 접근한 것이므로 인스턴스 변수 자체가 final일 필요는 없다.

지역 변수는 스택에 저장되므로 지역 변수를 다른 스레드에서 캡쳐하려면 복사를 통해서만 가능하다. 이를 위해서는 해당 지역 변수가 final로 되어있어야 한다.

메서드 참조

메서드 참조는 람다식을 축약하여 표현하는 방법을 제공한다.

메서드 참조는 다음 4가지 방식을 제공한다.


// (1) 클래스의 정적 메서드 참조
ClassName::staticMethod
// (1)의 동일한 람다식
(args) -> ClassName.staticMethod(args)
// (2) 클래스의 인스턴스 메서드 참조
ClassName::instanceMethod
// (2)의 동일한 람다식
(obj, args) -> obj.instanceMethod(args)
// (3) 특정 객체의 메서드 참조
expr::instanceMethod
// (3)의 동일한 람다식
(args) -> expr.instanceMethod(args)
// (4) 클래스 생성자 참조
ClassName::new
// (4)의 동일한 람다식
(args) -> new ClassName(args)

Generic type인 경우에 타입 파라미터는 생략해도 된다.


// 메서드 참조
List::contains
// 람다식
BiPredicate<List<String>, String> p = 
	(list, item) -> list.contains(item);

메서드 참조의 활용 예 (getter에서 주는 값을 기준으로 정렬하기)


// 1. comparator를 직접 구현한다
public class AppleComparator implements Comparator<Apple> {
	public int compare(Apple a1, Apple a2) {
		return a1.getWeight().compareTo(a2.getWeight);
	}
};
appleList.sort(new AppleComparator());
// 2. 익명 클래스를 활용한다
appleList.sort(new Comparator<Apple>() {
	public int compare(Apple a1, Apple a2) {
		return a1.getWeight().compareTo(a2.getWeight);
	}
});
// 3-a. 람다식 사용
appleList.sort(
	(Apple a1, Apple a2) -> a1.getWeight().compareTo(a2.getWeight));
// 3-b. 람다식 사용 (파라미터 생략)
appleList.sort((a1, a2) -> a1.getWeight().compareTo(a2.getWeight));
// 4. 유틸리티 메서드 사용
import static java.util.Comparator.comparing;
appleList.sort(comparing((a) -> a.getWeight()));
// 5. 메서드 참조 사용
appleList.sort(comparing(Apple::getWeight));

유틸리티 메서드

람다 표현식을 조합하여 더 복잡한 람다 표현식을 만들 수 있는 유틸리티 메서드를 제공한다.

Comparator 조합

Comparator.comparing(expr): 비교값을 가져오는 함수 (key extractor)를 비교 함수 (comparator)로 변환한다. Primitive type (int, double, long)을 위한 특수화 함수 (comparingInt, comparingDouble, comparingLong)가 존재한다.

언박싱 비용에 차이가 있긴 한데 별로 크지는 않다. 성능 측정 후 문제가 있으면 사용한다.

comparator.reversed(): 정렬 순서를 역순으로 변경한다 (chain 전체를 반전한다).
comparator.thenComparing(expr): 계단식 정렬을 수행한다. 람다 표현식에는 비교값을 가져오는 함수 (key extractor) 또는 비교 함수 (comparator)가 올 수 있다.


// width, height 오름차순 정렬
comparing(Rectangle::getWidth).thenComparing(Rectangle::getHeight)
// width 내림차순, height 오름차순 정렬
comparing(Rectangle::getWidth).reversed()
.thenComparing(Rectangle::getHeight)
// width 오름차순, height 내림차순 정렬
comparing(Rectangle::getWidth)
.thenComparing(comparing(Rectangle::getHeight).reversed())
// width, height 내림차순 정렬
comparing(Rectangle::getWidth)
.thenComparing(Rectangle::getHeight).reversed()

Predicate 조합

predicate.negate(): 결과값을 반전시킨다.
predicate.and(expr), predicate.or(expr): 두 표현식의 and, or 조건 함수를 생성한다.

Function 조합

function.andThen(expr): function을 실행한 결과를 다음 표현식 expr에 입력 파라미터로 적용하여 나온 결과를 돌려주는 함수를 생성한다.
function.compose(expr): 다음 표현식 expr을 실행한 결과를 함수 function에 입력 파라미터로 적용하여 나온 결과를 돌려주는 함수를 생성한다.


// g(f(x))
f.andThen(g)
// f(g(x))
f.compose(g)