Refactoring Using Java 8 Stream API, Method Reference, Optional

5 분 소요

들어가면서

저번 포스팅의 Lambda/Functional Interface에 이어서 Java 8이후 제공해주는 Stream, Optional, Method Reference, ::(Double Colon)에 대하여 심화 학습 후 정리해보고자 합니다.

💡Method Reference

Lambda Expression을 더 간단하게 표현하는 방법
Method Reference에는 불필요한 매개변수를 제거하는 등 생략이 많이 이루어지기 때문에 Method의 parameter과 return type에 대해 알고 있어야 한다

Double Colon(::) : Method명/Class 또는 Method명/객체명을 분리합니다

Class::Method
Instance::Method
Class::new

//System.out println()
Consumer<String> printWithLambda = name -> System.out.println(name);
Consumer<String> printWithMethodReference = System.out::println;

//String length()
Function<String, Integer> lengthWithLambda = string -> string.length();
Function<String, Integer> lengthWithMethodReference = String::length;

//Object equals()
BiFunction<String, String, Boolean> equalWithLambda = (str1, str2) -> str1.equals(str2);
BiFunction<String, String, Boolean> equalWithMethodReference = Object::equals;

//Math max()
BinaryOperator<Integer> maxWithLambda = (num1, num2) -> Math.max(num1, num2);
BinaryOperator<Integer> maxWithMethodReference = Math::max;

Example Custom Class

@Getter
@Setter
@NoArgsConstructor
@AllArgsConstructor
@Builder
public class Menu {
    
  private String name;
  private Integer price;

  public static Menu of(String name, Integer price) {
    return Menu.builder()
                .name(name)
                .price(price)
                .build();
          
  }
}

Static Method Reference

Static Method Reference -> Class::Method(static)

Menu Class의 static Method를 참조해서 Instance 생성

BiFunction<String, Integer, Menu> createMenuMethodReference = Menu::of;
Menu cafeMenu = createMenuMethodReference.apply("coffee", 5000);

Instance Method Reference

Instance Method Reference -> Instance::Method(public)

특정 Instance의 Method를 참조하여 값을 반환

BiFunction<String, Integer, Menu> createMenuMethodReference = Menu::of;
Menu cafeMenu = createMenuMethodReference.apply("coffee", 5000);

Supplier<String> name = cafeMenu::getName;
Supplier<Integer> price = cafeMenu::getPrice;

System.out.println(name + " 가격 : " + price);

Constructor Method Reference
- Constructor Method Reference -> Class::new
- 기본 Constructor 참조를 통한 Instance 생성은 get()을 해야 Instance가 생성된다
- Constructor 참조 -> apply() parameter를 통해서 Instance를 생성할 수 있다
```
Supplier<Menu> defaultConstructorMenu = Menu::new;
Menu defaultMenu = defaultConstructorMenu.get();

Supplier<Menu> customConstructorMenu = Menu::new;
Menu cafeMenu = customConstructorMenu.apply("coffee", 5000);
```

💡 Stream API
- Stream API는 Collection을 Functional Interface를 통해 직관적으로 처리할 수 있도록 제공하는 API
- Java 8에 추가되어 대용량 데이터를 다룰 경우 사용하는 Array나 Collection의 비효율적인 부분을 개선하기 위해 탄생한 방법
- 기존의 반복문 방식과 다르게 Stream API는 데이터 처리 과정을 메서드 체이닝 방식으로 표현할 수 있어 가독성이 크게 향상된다
- for-loop VS Stream
  - Primitive Type일 경우 : for-loop가 ~15배 정도 빠름
    - Compiler나 JVM, Optimizer가 for-loop에 대한 internal opimization이 최적화 되어 있고 Stream에 대한 Compiler의 최적화는 아직 제대로 이루어지지 않았다
  - Wrapped Type일 경우 : for-loop가 ~1.27배 정도 빠름
    - ArrayList를 순회하는 비용 자체가 워낙 크기 때문에 for-loop와 Stream간의 성능 차이를 압도한다
    - 간접 참조하는 것이 직접 참조하는 것보다 iteration cost가 높기 때문에 for-loop의 Compiler 최적화 이점이 사라지게 된다
  - 또한 함수 계산 비용 > 순회 비용 인 경우 stream을 사용하여도 for-loop에 대비해 속도 손실이 없다
  - Functionality Cost + Iteration Cost의 합이 충분히 클 때 순차 Stream의 속도는 for-loop와 가까워진다
- Features
  - 불변성
    - 원본 데이터의 복사 없이 원본 데이터는 유지 하면서 새로운 Collection을 만들어 낼 수 있다
      - Stream은 데이터를 읽는 작업 -> Stream 연산을 통한 원본 데이터는 변경되지 않는다
      - Usage : Data의 깊은 복사 없이 원본 Data의 변경 없이 새로운 Data를 만들어내야 하는 경우
  - 일회성
    - Stream은 데이터를 모두 읽고 나면 사라진다
    - Stream 객체를 재사용 했을 경우 : Runtime Error 발생(java.lang.IllegalStateException: stream has already been operated upon or closed)
  - 지연 처리(Lazy Evaluation)
    - Stream pipeline : 중간/종료 연산이 연속적으로 연결된 구조
    - 중간 연산은 실제로 처리되지 않고 종료 연산이 실행될 때 한번에 처리
    - filter(), map()은 중간 연산으로 지연 처리되며 collect() 종료 연산이 실행될 때 실제로 모든 연산이 수행
  - 병렬 처리
    - parallelStream()를 사용하여 생성 / 기존 Stream에서 parallel()를 사용하여 병렬 Stream으로 변환
    - 내부적으로 ForkJoinPool을 통해 MultiThread 환경에서 data를 처리
    - forEachOrdered()를 사용하여 순서를 보장하는 병렬 처리를 할 수 있다
    - 병렬 Stream을 사용한 후에 sequential()를 사용하여 다시 순차 Stream으로 변환할 수 있다
  - 내부 반복
    - Collection은 외부 반복(반복문, forEach)을 통해 작업 / Stream은 내부 반복(Stream의 연산)으로 작업
- Process
  - Source : Collection(List, Set..), Array, File I/O..
    - Source -> [중간 연산] -> [중간 연산] -> ... -> [최종 연산]
  - Intermediate Operations(중간 연산)
    - Data를 변환하거나 Filtering하는 작업을 수행(이어서 Stream 연산이 가능)
    - 항상 지연 처리(Lazy Evaluation)로 실행, 최종 연산 실행까지 실제로 수행되지 않음
    - 여러 중간 연산을 연결하여 사용, 각 연산의 결과가 다음 연산에 입력
    - Return Type : Stream<T>
  - Terminal Operations(최종 연산)
    - Stream을 소비, 데이터를 실제로 처리하여 결과를 return(더 이상 연산이 불가능)
    - 해당 연산이 호출되면 Stream pipeline 전체가 실행
    - Stream은 소모되며 한 번 최종 연산이 호출된 Stream은 다시 사용할 수 없다
    - Return Type : void, Optional<T>, List<T>…
- Source(Stream generate)
  - Collection : .stream()
  - Array : Arrays.stream(array명)
  - File I/O : Files.lines(filePath)
    - java.nio.file를 사용하여 각 줄을 읽고 처리할 수 있다
  - Number : range(), rangeClose()
    - Java에서 IntStream, LongStream, DoubleStream를 숫자형 Stream을 제공, Primitive Type의 숫자를 효율적으로 처리 가능
- Intermediate Operation
- Terminal Operation
- Stream Performance
  - Stream 성능은 Data 구조에 따라 다르게 나타난다
    - ArrayList : 랜덤 접근이 가능한 데이터 구조에서는 Stream 성능이 좋음
    - LinkedList : 순차 접근이 필요한 구조에서는 성능이 떨어질 수 있음
- Collectors Utility
  - Collector : Stream 요소를 어떤 식으로 도출할지 지정한다
  - Stream에서 .collect()를 호출하면 Collector가 Stream Element에 Reducing 연산을 수행하여 필요한 데이터 구조로 간단하게 도출한다
  - Collectors에서 제공하는 Method 기능
    - Stream Element를 하나의 값으로 Reducing하고 요약
    - Stream Element 그룹화
    - Stream Element 분할
  - Collectors 클래스에서 제공하는 Static Factory Method
💡 Optional
- Java 8 이후로 추가된 Wrapper class
- NullPointException을 간단하게 방지할 수 있다
- isPresent()로 null의 여부를 파악 -> get()으로 Optional 객체에서 원래의 객체값을 가져옴
- Primitive Type Optional Class
  - Primitive Type을 Optional에 넣게 되면 boxing/unboxing이 일어나는데 불필요한 수행은 성능을 저하시킴 -> Primitive Type용 Optional 사용 지향
  - OptionalInt(int getAsInt())
  - OptionalLong(long getAsLong())
  - OptionalDouble(double getAsDouble())
- Optional Creation
  - Optional of(T value)
    - return : value를 가지는 Optional 객체
    - value가 null일 경우 NullPointException 발생
  - Optional ofNullable(T value)
    - return : value를 가지는 Optional 객체
    - value가 null일 경우 비어있는 Optional 객체 반환
  - Optional empty()
    - return : 아무런 값도 가지지 않는 비어있는 Optional 객체 반환
- Optional Method
  - T get()
    - return : Optional 객체에 저장된 값
  - boolean isPresent()
    - return : 값이 존재하면 true, 값이 존재하지 않으면 false
  - boolean isEmpty()
    - return : 값이 존재하면 false, 값이 존재하지 않으면 true
  - void ifPresent(Consumer<? super T> consumer)
    - return : x
    - 값이 존재하면 해당 값으로 Consumer interface에 의한 지정된 작업 수행
  - void ifPresentOrElse(Consumer<? super T> action, Runnable emptyAction)
    - return : x
    - 값이 존재하면 해당 값으로 Consumer interface에 의한 지정된 작업 수행
    - 값이 존재하지 않으면 Runnable interface에 의한 지정된 작업 수행
  - Optional<T> or(Supplier<? extend Optional<? extends T» supplier)
    - 값이 존재하면 해당 값에 대한 Optional 객체 반환, 값이 존재하지 않으면 Supplier interface에 의한 지정된 Optional<T> 객체 반환
  - T orElse(T other)
  - 저장된 값이 존재하면 그 값을 반환, 값이 존재하지 않으면 parameter로 전달된 값을 반환
  - T orElseGet(Supplier<? extends T> supplier)
  - 저장된 값이 존재하면 그 값을 반환, 값이 존재하지 않으면 parameter로 전달된 Supplier interface에 의한 객체를 반환
  - T orElseThrow(Supplier<? extends X> exceptionSupplier)
    - 저장된 값이 존재하면 그 값을 반환, 값이 존재하지 않으면 NoSuchElementException Exception 발생
  - Optional<T> filter(Predicate<? supper T> predicate)
    - Predicate interface에 의한 조건이 true일 경우에만 Optional<T> 반환
  - Optional<U> map(Function<? super T,? extends U> mapper)
    - 저장된 값을 parameter의 function interface에 따라 변환하고 Optional에 감싸서 Optional<T>로 반환
- Consideration
  - 반환값이 없을 경우 null보다는 Optional.empty()로 return하는 것이 좋다
  - return Type으로만 쓰기를 지향
    - Optional Type을 Method Parameter type, Map의 Key type, instance field type으로 사용하면 안된다
  - Primitive Type Optional이 존재
  - Collection, Map, Stream Array, Optional은 Optional로 감싸지 않음

Reference
- https://countryxide.tistory.com/127
- https://www.daleseo.com/java8-optional-effective/
- https://gom20.tistory.com/217
- https://jong99.tistory.com/150
- https://jong99.tistory.com/177
- https://veneas.tistory.com/entry/java-%EC%9E%90%EB%B0%94-8-%EB%A9%94%EC%86%8C%EB%93%9C-%EB%A0%88%ED%8D%BC%EB%9F%B0%EC%8A%A4-Method-Reference
- https://pamyferret.tistory.com/43
- https://velog.io/@dankj1991/Java-Stream-API
- https://velog.io/@songsunkook/Java-Stream-API-feat.-%EC%B5%9C%EC%A0%81%ED%99%94
- https://devbksheen.tistory.com/entry/%EB%AA%A8%EB%8D%98-%EC%9E%90%EB%B0%94-%EC%BB%AC%EB%A0%89%ED%84%B0Collector%EB%9E%80-%EB%AC%B4%EC%97%87%EC%9D%B8%EA%B0%80
- https://sigridjin.medium.com/java-stream-api%EB%8A%94-%EC%99%9C-for-loop%EB%B3%B4%EB%8B%A4-%EB%8A%90%EB%A6%B4%EA%B9%8C-50dec4b9974b

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Geun Young Kim

Refactoring Using Java 8 Stream API, Method Reference, Optional

들어가면서

💡Method Reference

Example Custom Class

Static Method Reference

Instance Method Reference

Constructor Method Reference

💡 Stream API

for-loop VS Stream

Features

Process

Source(Stream generate)

Intermediate Operation

Terminal Operation

Stream Performance

Collectors Utility

💡 Optional

Primitive Type Optional Class

Optional Creation

Optional Method

Consideration

Reference

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참고

Resolution process using ApplicationContextProvider between spring bean and static

Refactoring Using Java 8 Functional Interface and Lambda

Load Library Exception : No package_jni in java.library.path

Consideration of Using Multi DRM Library in Service