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[Java] 스트림(Stream)

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By Hoon
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스트림이란?

스트림(Stream)은 Java8에서 도입되었으며, 컬렉션(Collection), 배열(Array), I/O 자원 등에 저장된 요소들을 함수형 스타일로 처리할 수 있게 해주는 API이다.

반복문을 대체할 수 있는 강력한 도구로, 간결한 코드, 가독성 향상, 병렬 처리 지원이라는 장점을 가진다.
하지만 재사용 불가, 디버깅 어려움, 작은 데이터셋에서의 성능 문제 같은 단점도 존재하므로, 상황에 맞게 적절히 활용하는 것이 중요하다.

스트림의 특징

  1. 데이터 원본 변경 없음
    • 원본 데이터를 수정하지 않고 새로운 결과를 생성한다.
  2. 일회성
    • 스트림은 한 번 소비하면 재사용할 수 없다. 필요하다면 다시 생성해야한다.
  3. 내부 반복(Internal Iteration)
    • 반복문(for, while) 대신 내부적으로 반복을 수행한다.
  4. 지연 연산(Lazy Evaluation)
    • 중간 연산은 즉시 실행되지 않고, 최종 연산이 호출될 때 한 번에 처리된다.
  5. 병렬 처리(Parallel Processing)
    • .parallel()을 사용하면 멀티코어를 활용한 병렬 연산이 가능하다.

스트림의 연산

스트림 연산은 크게 중간 연산(Intermediate)과 최종 연산(Terminal)으로 나뉜다.

중간 연산

  • filter: 조건에 맞는 요소만 추출
  • map: 요소를 변환
  • sorted: 정렬
  • distinct: 중복 제거
  • limit/skip: 요소 제한, 건너뛰기
  • peek: 디버깅용 중간 확인

최종 연산

  • forEach: 요소를 순회하며 처리
  • collect: 결과를 컬렉션이나 문자열 등으로 수집
  • toList: 리스트를 반환하지만 불변하기 때문에 수정이 불가능
  • reduce: 누적 연산
  • count, max, min: 집계 연산
  • anyMatch, allMatch, noneMatch: 조건 검사 (boolean 반환)
  • findFirst, findAny: 요소 검색

스트림 생성

배열로 생성

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Integer[] integerArray = { 1, 2, 3, 4, 5 };
Stream<Integer> integerStream = Arrays.stream(integerArray);
Object[] integerStreamToArray = integerStream.toArray();

원시값 배열로 생성

  • 원시값 배열은 스트림의 클래스가 바뀜
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int[] intArray = { 1, 2, 3, 4, 5 };
IntStream intStream = Arrays.stream(intArray);
int[] intStreamToArray = intStream.toArray();

double[] dblArray = { 1.1, 2.2, 3.3 };
DoubleStream dblStream = Arrays.stream(dblArray);
double[] dblStreamToArray = dblStream.toArray();

직접 생성

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IntStream withInts = IntStream.of(1, 2, 3, 4, 5);
Stream<Integer> withIntegers = Stream.of(1, 2, 3, 4, 5);

컬렉션으로 생성

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Integer[] integerArray = { 1, 2, 3, 4, 5 };
List<Integer> integerList = new ArrayList<>(Arrays.asList(integerArray));
Stream integerListStream = integerList.stream();

Map으로 생성

  • 맵의 경우 Entry의 스트림으로 생성
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Map<String, Character> score = new HashMap<>();
score.put("English", 'B');
score.put("Math", 'C');
score.put("Programming", 'A');

Stream<Map.Entry<String, Character>> scoreEntryStream = score.entrySet().stream();

빌더로 생성

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Stream.Builder<Character> builder = Stream.builder();
builder.accept('스');
builder.accept('트');
builder.accept('림');
builder.accept('빌');
builder.accept('더');

Stream<Character> withBuilder = builder.build();

concat 메서드로 생성

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Stream<Integer> stream1 = Stream.of(11, 22, 33);
Stream<Integer> stream2 = Stream.of(44, 55, 66);
Stream<Integer> streamConcat = Stream.concat(stream1, stream2);

이터레이터로 생성

  • 인자: 초기값, 다음 값을 구하는 람다 함수
  • limit으로 횟수를 지정해야 함
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Stream<Integer> withIter1 = Stream
            .iterate(0, i -> i + 2)
            .limit(10);
Object[] withIter1_Arr = withIter1.toArray();

Stream<String> withIter2 = Stream
            .iterate("홀", s -> s + (s.endsWith("홀") ? "짝" : "홀"))
            .limit(8);
Object[] withIter2_Arr = withIter2.toArray();

원시자료형 스트림의 기능들로 생성

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IntStream fromRange1 = IntStream.range(10, 20); // 20 미포함
IntStream fromRange2 = IntStream.rangeClosed(10, 20); // 20 포함

Stream<Integer> fromRangeBox = fromRange1.boxed();

Random 클래스의 스트림 생성 메서드

  • new Random().ints(streamSize, randomNumberOrigin, randomNumberBound)
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IntStream randomInts = new Random().ints(5, 0, 100);
int[] randomInts_Arr = randomInts.toArray();

DoubleStream randomDbls = new Random().doubles(5, 2, 3);
double[] randomDbls_Arr = randomDbls.toArray();

문자열을 각 문자에 해당하는 정수의 스트림으로

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IntStream fromString = "Hello World".chars();
int[] fromString_Arr = fromString.toArray();

예제

기본 예제

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import java.util.Arrays;
import java.util.List;
import java.util.stream.Collectors;

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        List<String> names = Arrays.asList("Kim", "Park", "Lee", "Kim");

        // 중복 제거, 정렬, 필터링, 변환, 수집
        List<String> result = names.stream()
                .distinct()
                .filter(name -> name.startsWith("K"))
                .sorted()
                .map(String::toUpperCase)
                .collect(Collectors.toList());

        System.out.println(result); // [KIM]
    }
}

숫자 합계 구하기

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int sum = Arrays.asList(1, 2, 3, 4, 5).stream()
                .reduce(0, Integer::sum);

평균 점수 구하기

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List<Integer> scores = Arrays.asList(90, 80, 70, 100);
double avg = scores.stream() // Stream<Integer>
                   .mapToInt(Integer::intValue) // IntStream
                   .average() // OptionalDouble
                   .orElse(0.0);

특정 조건의 데이터 추출

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List<String> emails = users.stream()
                           .filter(user -> user.isActive())
                           .map(User::getEmail())
                           .toList();

병렬 스트림

  • 큰 데이터셋에서 성능 향상이 가능하지만, 오히려 작은 데이터에서는 오버헤드로 인해 성능저하가 있을 수 있음
  • 동기화가 필요한 경우 주의가 필요함 (Thread-safe ❌)
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int sum = Arrays.stream(new int[] {1,2,3,4,5,6,7,8,9,10})
                .parallel()
                .sum();

Reference

  • 제대로 파는 자바 by 얄코
Java, Java/Basic
Java Stream TIL