람다의 이해

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lamda concept

1. 람다란?

가장 먼저 람다란 무엇이고 어디서 나온 말이며 중요한 키워드가 무엇인지 설명하고자 한다.

1) 람다란 무엇인가?

람다(lamda)라는 용어는 미적분학 학계에서 개발한 시스템에서 유래한다.

람다가 있기 전 자바에서는 익명 함수가 존재했다. 익명 함수란 이름 그대로 이름 없는 함수이며 사용할 때 바로 구현해서 사용되는 함수이다.

람다 표현식은 이 익명 함수를 단순화한 것이다. 익명 함수를 인스턴스화한 표현식이며 클래스에 종속되지 않는 함수로써 인수, 반환 값 등 역할을 할 수 있다. 예외 또한 가질 수 있다.

그러면 왜 람다 표현식이 중요할까? 그 이유는 동작 파라미터화 패턴에 있다. 동작을 파라미터화 할 경우, 람다 표현식을 쓰면 아주 유용하기 때문이다. 동작 파라미터화 패턴은 본 내용과 다른 내용이기 때문에 다루지 않는다.

2. 함수형 인터페이스

람다를 이해하려면 이와 연동되는 함수형 인터페이스를 잘 알고 있어야 한다. 아래의 코드는 함수형 인터페이스의 한 예인 Predicate 이다.

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

함수형 인터페이스란 하나의 추상 메서드를 가지고 있는 인터페이스이다. 무조건 하나의 추상 메서드를 가지고 있어야 하지만 디폴트 메서드의 경우, 여러 개 가질 수 있다.

람다 표현식으로 함수형 인터페이스의 구현을 직접 전달할 수 있다. 쉽게 말해 람다 표현식으로 추상 메서드의 구현체를 바로 만들어서 사용할 수 있다는 것이다. 이로인해 깔끔한 코드 구현이 가능해진다.

lamda

https://joomn11.tistory.com/22?category=854732

3. 람다를 어떻게 함수형 인터페이스와 연결하는가?

1) 함수 디스크립터

함수 디스크립터를 설명하기 앞서 추상 메서드의 시그니처(signature)를 알아야 한다. 위에 작성한 Predicate 의 추상 메서드인 test() 의 시그니처를 살펴보자.

( T t ) → boolean

T 타입의 매개 변수를 받아 boolean 타입을 반환한다는 뜻이다. 함수형 인터페이스는 모두 이러한 시그니처를 가진다.

그리고 test() 와 같이 그 시그니처를 서술하는 메서드를 함수 디스크립터(function desctriptor) 라고 부른다.

그러면 람다 표현식의 형식을 어떻게 검사를 할까? 바로 형식 검사, 형식 추론, 제약을 통해 컴파일러가 람다 표현식의 유효성을 확인한다.

2) 람다 표현식 유효성 검사

함수 디스크립터를 설명하면서 작성한 것처럼 람다 표현식을 함수형 인터페이스와 매칭하고 유효성을 검사하는 방법에 대해서 설명한다.

3) 형식 추론과 제약

형식 추론은 간단하다. 대상 형식을 통해서 람다 표현식과 관련된 함수형 인터페이스를 추론할 수 있기 때문에 사용되는 타입 또한 추론이 가능하다. 그러므로 람다식에서 파라미터 형식을 생략할 수 있다.

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

람다 표현식에서는 제약이 있는데. 표현식 내부 변수가 아닌 외부 지역 변수를 사용할 때, 해당 지역 변수가 final이어야 한다는 것이다.

이 말인즉 변수의 값이 변하면 안된다는 것이다. 그 이유는 지역 변수는 스택에 저장되어 있기 때문이다.

만약 람다가 다른 스레드에 사용된다면 스택에 저장된 지역 변수를 가져다 쓰려고 하는데. 기존 지역변수의 스레드가 사라져 버린다면 람다가 실행된 스레드에서 접근할 때 문제가 생길 수 있다.

그래서 람다는 변수를 사용할 때 복사본을 가져다가 쓰며 바뀌지 않기 위해 final로 된 것만 사용해야 한다는 제약이 생겼다.

4) 간단한 활용(실행 어라운드 패턴)

람다와 동작 파라미터화를 통해 어떻게 간결한 코드를 구현할 수 있는지 예제를 살펴보자.

다음의 예제는 파일을 열고 파일의 한 행을 읽는 코드이다. 여기서 파라미터화할 동작은 읽는 부분이다. 한 행만 읽을 수 있고 두 행, 혹은 모든 줄을 읽을 수 있도록 확장할 수 있게 하려 한다.

다른 부분인 파일을 열거나 닫는 부분은 항상 동일하기 때문에 유지하고 인수로 전달할 람다식으로 동작만 변화를 준다.

  1. 이전 코드
public String processFile() throw IOException {
	try( BufferedReader br = 
				new BufferedReader(new FileReader("data.txt"))) {
			return br.readLine(); <-- 파라미터화 할 위치
	}
}

  1. 함수형 인터페이스 생성

    컴파일러에게 알리기 위해 @FunctionalInterface 애너테이션을 포함하자.

    @FunctionalInterface
public interface BufferedReaderProcessor {
	String process(BufferedReader b) throws IOException;
}

  2. 만든 함수형 인터페이스를 인수로 선언

    public String processFile(BufferedReaderProcessor p) throws IOException{
	...
}

  3. 함수형 인터페이스를 사용한 내부 구현 변경

    public String processFile(BufferedReaderProcessor p) throws IOException{
	try(BufferedReader br = 
					new BufferedReader(new FileReader("data.txt"))){
			return p.process(br);
	}
}

  4. 사용

    // 한 줄 읽기
String oneLine = processFile( br -> br.readLine());
   
// 두 줄 읽기 
String twoLine = processFile( br -> br.readLine() + br.readLine());

4. 활용

람다식을 사용하는 이유는 간결한 코드를 위해서이다. 그런데 이런 간결한 코드를 위해 자바의 람다식에서는 메서드 참조라는 것을 제공해준다.

다음은 람다식을 사용한 기존 코드이다.

inventory.sort((Apple a1, Apple a2) -> 
									a1.getWeight().compareTo(a2.getWeight()));

이를 메서드 참조를 사용하면

inventory.sort(comparing(Apple:getWeight));

의미하는 바를 좀 더 명확하게 이해할 수 있는 코드로 바뀐다. (가독성 ▲)

1) 메서드 참조 가능한 유형

  1. 정적 메서드 참조

    예를 들어 Integer의 parseInt 메서드를 Integer::parseInt로 표현이 가능하다.

  2. 인스턴스 메서드 참조

    String의 내부 메서드인 length도 사용이 가능하다. String::length

  3. 기존 객체의 인스턴스 메서드 참조

    인스턴스를 만들고 만들어진 변수를 사용해서 바로 사용이 가능하다.

    String test = new String("test");
System.out.println(test::length);

  4. 생성자 참조

    생성자 참조도 간단하다. Apple::new 와 같이 사용이 가능한다. 이 시그니처는 단순히 빈 생성자만을 의미하지 않는다.

    만약 생성자가 만들어져 있다면 아래의 모든 함수형 인터페이스가 가능하다.

    Supplier<Apple> c1 = Apple::new;
Function<Integer, Apple> c2 = Apple::new;   // public Apple(Integer num)

2) 함수형 인터페이스의 조합

Comparator, Function, Predicate 같은 함수형 인터페이스는 람다 표현식을 조합할 수 있도록 도움이 되는 디폴트 메서드들이 구현되어 있다. 이 디폴트 메서드를 사용하면 좀 더 풍부한 연산이 가능해진다.

Gyuhwan Sim

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