[모던 자바 인 액션] 1. JAVA의 변화 & JAVA 8의 특성

1.1 자바의 진화

📌 자바의 특성

• 스레드와 락을 이용한 동시성 지원
• 코드를 JVM 바이트 코드로 컴파일

📌 자바의 발전

자바 8 이전의 대부분의 자바 프로그램은 코어 중 하나만을 사용했다. 즉, 나머지 코어는 유휴 idle 상태로 두거나, 운영체제나 바이러스 검사 프로그램과 프로세스 파워를 나누어서 사용했다.

나머지 코어를 활용하기 위해서는 스레드를 사용하는 것이 좋을 것이다. 하지만 스레드는 관리하기 어려우므로 병렬 실행 환경을 쉽게 관리하고 에러가 덜 발생하는 방향으로 진화하려 노력했다.

• 자바 1.0 : 스레드와 락, 메모리 모델 지원
• 자바 5 : 스레드 풀, 병렬 실행 컬렉션
• 자바 7 : 포크/조인 프레임워크
• 자바 8 : 병렬 실행을 새롭고 단순한 방식으로 접근할 수 있는 방법 제공
• 자바 9 : 리액티브 프로그래밍(병렬 실행 기법), RxJava

 

1.2 JAVA 8의 새로운 기술

• 스트림 API
• 메서드에 코드를 전달하는 기법
• 인터페이스의 디폴트 메서드

📌 Stream API

스트림이란, 한 번에 한 개씩 만들어지는 연속적인 데이터 항목들의 모임이다. 프로그램의 출력 스트림은 다른 프로그램의 입력 스트림이 될 수 있다.

자바 8에는 java.util.stream 패키지에 스트림 API가 추가되었다. Stream<T>는 T 형식으로 구성된 일련의 항목을 의미한다. 스트림 API의 핵심은 데이터를 일련의 스트림으로 만들어 처리할 수 있다는 것이다. 데이터베이스 질의 언어에서 표현식을 처리하는 것처럼 병렬 연산을 지원한다. 스트림을 이용하면 synchronized(에러를 자주 일으키며 멀티코어 CPU를 이용하는 것보다 비용이 훨씬 비싼 키워드)를 사용하지 않아도 된다.

멀티코어 CPU의 각 코어는 별도의 캐시를 포함하고 있다. 락을 사용하면 이러한 캐시가 동기화되어야 하므로 속도가 느린 캐시 일관성 프로토콜 인터코어 통신이 이루어진다.

스트림 API 덕분에

1. 코드를 전달하는 간결 기법(메서드 참조와 람다)
2. 인터페이스의 디폴트 메서드

가 존재할 수 있게 되었다.

📌 동작 파라미터화로 메서드에 코드 전달하기

코드 일부를 API로 전달하는 기능이다. 예를 들어, 기존에는 sort 메서드를 사용할 때 Comparator 객체를 만들어서 sort에 넘겨주는 방법을 사용하였다. 그러나 자바 8에서는 메서드를 다른 메서드의 인수로 넘겨주는 기능(동작 파라미터화)을 제공한다. inventory.sort(comparing(Apple::getWeight));

📌 병렬성과 공유 가변 데이터

스트림 메서드로 전달하는 코드는 다른 코드와 동시에 실행하더라도 안전하게 실행될 수 있어야 한다. (병렬성)

이를 위해서는 공유된 가변 데이터에 접근하지 않아야 한다. 기존에는 synchronized를 이용해서 보호하는 규칙을 만들 것이지만, 자바 8 스트림을 이용하면 자바 스레드 API보다 쉽게 병렬성을 활용할 수 있다.

 

1.3 자바 함수

📌 메서드 참조

디렉터리에서 모든 숨겨진 파일을 필터링한다면, File 클래스의 isHidden 메서드를 사용할 수 있다.

• 자바 8 이전 
  • FileFilter 객체로 isHidden 메서드를 감싼 다음에 File.listFiles 메서드로 전달해야 했다.

File[] hiddenFiles = new File(".").listFiles(new FileFilter(){
	public boolean accept(File file){
		return file.isHidden(); // 숨겨진 파일 필터링
	}
}

 

• 자바 8
  • 메서드 참조 :: 문법을 이용해서 직접 isHidden 함수를 listFiles 메서드로 전달할 수 있다.

File[] hiddenFiles = new File(".").listFiles(File::isHidden);

 

위처럼 기존에 객체 참조를 이용해서 객체를 주고받았던 것처럼 자바 8에서는 File::isHidden을 통해 메서드 참조를 만들어 전달할 수 있게 되었다.

📌 Predicate

수학에서는 인수로 값을 받아 true나 false를 반환하는 함수를 프레디케이트라고 한다.

함수형 인터페이스 Predicate는 자바에서 주로 람다 표현식과 함께 사용되어 특정 조건을 테스트하는 데 사용된다. java.util.function 패키지에 정의되어 있으며, 입력된 객체가 특정 조건을 만족하는지 여부를 평가하는 데 사용된다. Predicate 인터페이스는 데이터 처리, 컬렉션의 필터링, Stream API와 함께 사용하여 복잡한 조건 로직을 간결하게 표현하는 데 유용하다.

boolean test(T t) : 주어진 객체 t가 특정 조건을 만족하는지 평가한다. 조건을 만족하면 true, 그렇지 않으면 false를 반환한다.

Predicate<Integer> greaterThanTen = x -> x > 10;
Predicate<Integer> lessThanTwenty = x -> x < 20;

boolean result = greaterThanTen.test(15); // true 반환
boolean result = greaterThanTen.and(lessThanTwenty).test(15); // true 반환

📌 람다 : 익명 함수

메서드를 값으로 전달하는 기능은 유용하지만, 한 두번만 사용할 메서드를 매번 정의하는 것은 귀찮은 일이다. 따라서 자바 8에서는 람다의 개념을 이용해서 구현한다.

(int x) → x + 1, 즉, x라는 인수로 호출하면 x+1을 반환하는 동작을 수행하도록 할 수 있다. 이처럼 람다 문법 형식으로 구현된 프로그램을 ‘함수형 프로그래밍, 즉 함수를 값으로 넘겨주는 프로그램을 구현한다’고 한다.

filter(inventory, (Apple a) -> a.getWeight < 80);

 

1.4 스트림 API

컬렉션 API에서는 반복 과정을 직접 처리해야 했다. 즉, for-each 루프를 이용해서 각 요소를 반복하며 작업을 수행했다. (외부 반복)

반면, 스트림 API를 이용하면 루프를 신경 쓸 필요가 없다. 라이브러리 내부에서 모든 데이터가 처리된다. (내부 반복) 스트림 내의 요소를 쉽게 병렬로 처리할 수 있는 환경을 제공한다는 것이 핵심이다. 따라서 필터링하는 가장 빠른 방법은 컬렉션을 스트림으로 바꾸고, 병렬로 처리(parallelStream())한 다음에, 리스트로 다시 복원하는 것이다.

 

• 자바 8 이전

// 그룹화된 트랜잭션을 더할 Map 생성
Map<Currency, List<Transaction>> transactionByCurrencies = new HashMap<>(); 

for(Transaction transaction : transactions){ 
	if(transaction.getPrice() > 1000){ // 고가의 트랜잭션 필터링
	
			// 트랜잭션의 통화 추출
			Currency currency = transaction.getCurrency;
			List<Transaction> transactionsForCurrency = transactionsByCurrencies.get(currency);
			
			// 현재 통화의 그룹화된 맵에 항목이 없으면 새로 만든다.
			if(transactionsForCurrency == null){
				transactionsForCurrency = new ArrayList<>();
				transactionsByCurrencies.put(currency, transactionsForCurrency);
			}
			// 현재 탐색된 트랜잭션을 같은 통화의 트랜잭션 리스트에 추가한다.
			transactionsForCurrency.add(transaction); 
		}
	}
}

 

• 자바 8

Map<Currency, List<Transaction>> transactionByCurrencies 
				= transactions.stream()
				// 고가의 트랜잭션 필터링
				.filter((Transaction t) -> t.getPrice() > 1000)
				// 통화로 그룹화
				.collect(groupingBy(Transaction::getCurrency));