[JAVA / 모던 자바 인 액션] 람다 표현식

Modern Java in action이라는 책의 스터디를 시작했다! 첫번째 주제로 나는 세번째 챕터였던 람다 표현식을 선택했다. 

왜냐하면 람다 표현식은 막상 어렵다고 느껴져서인지 잘 안쓰게 되더라... 오늘 이 정리를 계기로 람다 표현식을 더 자주 사용할 수 있었으면 좋겠다. 

 

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3.1 람다란 무엇인가?

람다 표현식은 메서드로 전달할 수 있는 익명 함수를 단순화한 것이다. 즉, 함수(메서드)를 간단한 식(expression)으로 표현하는 방법이다.

람다의 특징

• 익명 : 보통의 메서드와 달리 이름이 없는 함수이므로 익명이라 표현
  • int max(int a, int b){return a > b ? a : b;}
  • (a, b) -> a > b ? a : b 처럼 이름이 없다.
• 함수 : 특정 클래스에 종속되지 않으므로 함수라고 부른다. 하지만 메서드처럼 파라미터 리스트, 바디, 변환 방식, 가능한 예외 리스트를 포함
• 전달 : 람다 표현식을 메서드 인수로 전달하거나 변수로 저장 가능
• 간결성 : 익명 클래스처럼 많은 코드를 구현할 필요가 없음

그렇다면 람다가 코드를 얼마나 간결하게 바꿀 수 있는지, 아래 예제를 통해 확인해보자.

기존 코드

Comparator<Apple> byWeight = new Comparator<Apple>(){
    public int compare(Apple a1, Apple a2){
        return a1.getWeight().compareTo(a2.getWeight));
    }
}

 

람다 사용

Comparator<Apple> byWeight = 
    // 람다 파라미터     |화살표|             람다 바디               
    (Apple a1, Apple a2) -> a1.getWeight().compareTo(a2.getWeught());

• 즉, 메서드의 이름과 반환타입을 제거하고, -> 를 블록{} 앞에 추가한다.
• 또한 반환 값이 있는 경우, 식이나 값만 적고 return 문은 생략 가능
• 매개변수가 하나인 경우, 괄호() 생략 가능
  • (a) -> a * a 👉 a -> a * a
• 블록 안의 문장이 하나일 때, 괄호 {} 생략 가능 (끝에 ; 안붙임)
• 매개변수의 타입이 추론 가능할 때, 타입 생략 가능 (대부분의 경우 생략 가능하다)’

• 파라미터 리스트 : 람다 바디에서 사용할 메서드 파라미터 명시
• 화살표 : 람다의 파라미터 리스트와 바디를 구분
• 람다 바디 : 람다의 반환값에 해당하는 표현식
• (parameters) -> expression                 () -> "Kiyoung"
• (parameters) -> { statements; }          (String s) -> {return "Kiyoung";}

3.2 어디에, 어떻게 람다를 사용하는가?

함수형 인터페이스

함수형 인터페이스는 오직 하나의 추상 메서드만 선언된 인터페이스이다. 아무리 많은 디폴트 메서드가 존재하더라도 추상 메서드가 오직 하나이면 함수형 인터페이스이다. 람다 표현식으로 함수형 인터페이스의 추상 메서드 구현을 직접 전달할 수 있으므로 전체 표현식을 함수형 인터페이스의 인스턴스로 취급할 수 있다.👉 함수형 인터페이스 타입의 참조변수로 람다식을 참조할 수 있음 (단, 함수형 인터페이스의 메서드와 람다식의 매개변수 개수와 반환타입이 일치해야함)

함수형 인터페이스에는 @FuntionalInterface 노테이션을 붙여주자. @FuntionalInterface는 함수형 인터페이스임을 가리키는 어노테이션이다. 만약 어노테이션을 선언했지만 실제로 함수형 인터페이스가 아니면 컴파일러가 에러를 발생시킨다.

함수 디스크립터

함수형 인터페이스의 추상 메서드는 람다 표현식의 시그니처를 묘사한다. 함수형 인터페이스의 추상 메서드 시그니처를 함수 디스크립터라고 부른다.

3.3 실행 어라운드 패턴

코드를 설정과 과정을 두 과정이 둘러싸는 형태의 패턴을 실행 어라운드 패턴(execute around pattern)이라고 부른다. 이때 실제 자원을 처리하는 코드의 동작을 파라미터화 하고 람다를 통해 동작을 전달할 수 있다.

3.4 함수형 인터페이스 사용

함수형 인터페이스인 Predicate, Consumer, Function 인터페이스를 알아보자.

Predicate

(T) → boolean

@FuncationalInterface
public interface Predicate<T> {
	boolean test(T t);
}

Consumer

(T) → void

@FuncationalInterface
public interface Consumer<T> {
	void accept(T t);
}

Function

(T) → R

@FuncionalInterface
public interface Function<T, R> {
	R apply(T t);
}

함수형 인터페이스와 예외

java.util.function의 함수형 인터페이스는 확인된 예외를 던지는 동작을 허용하지 않는다. 즉, 예외를 던지는 람다 표현식을 만드려면 확인된 예외를 선언하는 함수형 인터페이스를 직접 정의하거나 람다를 try/catch 블록으로 감싸야 한다.

3.5 형식 검사, 형식 추론, 제약

람다 표현식이 어떻게 동작하게 되는지 실제 형식을 파악하자.

형식 검사

람다가 사용되는 콘텍스트(context)를 이용해서 람다의 형식(type)을 추론할 수 있다. 어떤 콘텍스트에서 기대되는 람다 표현식의 형식을 대상 형식(target type) 이라고 부른다. 형식검사는 다음과 같은 과정으로 진행된다.

1. 람다가 사용된 메서드의 선언을 확인한다.
2. 람다가 사용된 메서드의 파라미터로 대상 형식을 기대한다.
3. 기대하는 파라미터의 함수형 인터페이스를 파악한다.
4. 그 함수형 인터페이스의 함수 디스크립터를 묘사한다.
5. 전달받은 인수의 람다가 그 요구사항을 만족해야 한다.

형식 추론

제네릭을 사용할 때 선언부에 타입 매개변수를 명시하면 생성자에서는 빈 다이아몬드 연산자로 남겨두어도 자바 컴파일러는 생성 객체의 타입을 추론할 수 있다. 람다 표현식도 마찬가지이다. 자바 컴파일러는 람다 표현식이 사용된 콘텍스트를 이용해서 람다 표현식과 관련된 함수형 인터페이스를 추론한다.

// 형식 추론을 하지 않음
Comparator<Apple> c =
	(Apple a1, Apple a2) -> a1.getWeight().compareTo(a2.getWeight());

// 형식을 추론함
Comparator<Apple> c = 
	(a1, a2) -> a1.getWeight().compareTo(a2.getWeight());

위에서 언급한 것 처럼, 매개변수의 타입이 추론 가능할 때, 타입 생략 가능 (대부분의 경우 생략 가능하다)

지역 변수 사용(제약)

람다 표현식에서는 익명 함수가 하는 것 처럼 자유 변수(파라미터로 넘겨진 변수가 아닌 외부에서 정의된 변수)를 활용할 수 있다. 이를 람다 캡처링(lamda capturing)이라 부른다. 하지만 그러려면 지역 변수는 명시적으로 final로 선언되어 있어야 하거나 실질적으로 final로 선언된 변수와 똑같이 사용되어야 한다(이후 재 할당 불가).

인스턴스 변수는 힙에 저장되는 반면 지역 변수는 스택에 위치한다. 람다에서 지역 변수에 바로 접근할 수 있다는 가정하에 람다가 스레드에서 실행된다면 지역 변수를 할당한 스레드가 사라져서 변수 할당이 해제되었는데도 람다를 실행하는 스레드에서는 해당 변수에 접근하려 할 수 있다. 따라서 자바 구현에서는 원래 변수에 접근을 허용하는 것이 아니라 자유 지역 변수의 복사본을 제공한다. 따라서 복사본의 값이 바뀌지 않아야 하므로 지역 변수에는 한 번만 값을 할당해야 한다는 제약이 생긴것이다.

3.6 메서드 참조

명시적으로 메서드 명을 참조함으로써 가독성을 높일 수 있다. 메서드 참조는 메서드명 앞에 구분자(::)를 붙이는 방식으로 사용할 수 있다. Class::method 형식을 취한다. 메서드 참조는 세 가지 유형으로 구분할 수 있다.

1. 정적 메서드 참조 - Integer::parseInt
2. 다양한 형식의 인스턴스 메서드 참조 - String::length
3. 기존 객체의 인스턴스 메서드 참조 - Apple::getWeight
   • Transaction 객체를 할당받은 Apple 지역 변수가 있고, Transaction 객체에는 getWeight 메서드가 있다면 위 처럼 표현 가능

생성자 참조

ClassName::new 처럼 클래스명과 new 키워드를 이용해서 기존 생성자의 참조를 만들 수 있다. 이는 정적 메서드의 참조를 만드는 방식과 비슷하다.

람다 표현식을 조합할 수 있는 유용한 메서드

함수형 인터페이스에서는 다양한 유틸리티 메서드를 지원한다. Comparator, Function, Predicate 같은 함수형 인터페이스는 람다 표현식을 조합할 수 있도록 유틸리티 메서드를 제공하며, 간단한 여러 개의 람다 표현식을 조합해서 복잡한 람다 표현식을 만들수 있다. 이 유틸리티 메서드는 디폴트 메서드로 제공되어 함수형 인터페이스의 정의를 해치지 않으며 여러 조합을 가능케 하는 유틸리티를 제공한다.

Comparator 연결

• comparing - 비교에 사용할 키를 추출하는 Function 기반의 Comparator를 반환
• reversed() - 역정렬
• thenComparing - 동일한 조건에 대하여 추가적인 비교환, 즉 두 번째 비교자 생성

inventory.sort(comparing(Apple::getWeight)
         .reserved()                            // 무게를 내림차순으로 정렬    
         .thenComparing(Apple::getCountry));    // 무게가 같다면 국가별로 정렬

Predicate 조합

• and - and 연산
• or - or 연산
• negate - not 연산

// 빨간색이면서 무거운(150g 이상) 사과 또는 녹색 사과 
Predicate<Apple> redAndHeavyAppleOrGreen = 
    readApple.and(apple -> apple.getWeight() > 150)
             .or(apple -> GREEN.equals(a.getColor())); // Predicate 메서드를 연결해서 더 복잡한 Predicate 객체 생성

Function 조합

• andThen - 이후에 처리할 function 추가
• compose - 이전에 처리되어야할 function 추가

Function<Integer, Integer> f = x -> x + 1;
Function<Integer, Integer> g = x -> x * 2;
Function<Integer, Integer> h1 = f.andThen(g);
Function<Integer, Integer> h2 = f.compose(g);
int result1 = h1.apply(1); // 4
int result2 = h2.apply(1); // 3