[Java] 람다식

람다식(Lambda Expression)

함수적 프로그래밍 기법으로 'y = f(x)' 형태의 함수로 구성된 프로그래밍 기법이다.
즉, 람다식은 함수를 하나의 식(expression)으로 표현한 것이다.

함수를 람다식으로 표현하면 메소드의 이름이 필요 없기 때문에, 람다식은 익명 함수(Anonymous Function)의 한 종류라고 볼 수 있다.

자바 8부터 지원하며 자바는 람다식을 함수적 인터페이스의 익명 구현 객체로 취급한다.

'람다식 → 매개변수를 가진 코드 블록 → 익명 구현 객체'

• 익명 함수(Anonymous Function) : 함수의 이름이 없는 함수로, 익명 함수들은 모두 일급 객체이다.
  • 일급 객체인 함수는 변수처럼 사용가능하며 매개 변수로 전달이 가능하는 등의 특징을 가지고 있다.
    1. 변수나 데이터 구조 안에 담을 수 있다.
    2. 파라미터로 전달 가능
    3. 반환값으로 사용 가능
    4. 할당에 사용된 이름과 무관하게 고유한 구별이 가능
• 함수적 인터페이스 : 한 개의 추상 메소드를 가지고 있는 인터페이스
  • static, default 메소드가 있어도 괜찮다.
• 익명 구현 객체 : 이름이 없는 객체로, 한번쓰고 버릴 객체가 필요할 때 익명 구현객체를 사용한다.
  • 일회성이며, 재사용할 필요 없고 파일단위의 관리 대상이 아닌 객체를 만들때 사용한다. 
  • 인터페이스명 변수 = new 인터페이스명() {};

작성 방법

// 기본 형식
(타입 매개변수, ...) -> {실행문; ... }

// 1. 매개 타입은 런타임시에 대입값에 따라 자동으로 인식하기 때문에 생략 가능
(a) -> { System.out.println(a); }

// 2. 하나의 매개변수만 있을 경우에는 괄호() 생략 가능
a -> { System.out.println(a); }

// 3. 하나의 실행문만 있다면 중괄호 {} 생략 가능
a ->  System.out.println(a); 

// 4. 매개변수가 없다면 괄호 () 생략할 수 없음
() -> { System.out.println(a); }

// 5. 리턴값이 있는 경우, return 문을 사용
(x, y) -> { return x + y; }

// 6. 중괄호 {}에 return 문만 있을 경우, 중괄호를 생략
(x, y) -> x + y

특징

• 람다식 내에서 사용되는 지역 변수는 final이 붙지 않아도 상수로 간주된다.
  • 람다식은 별도 스레드에서 수행이 가능하다. 그렇기 때문에 외부 지역 변수를 제어하는 스레드와 람다식을 수행하는 스레드가 서로 다를 수 있다.
  • 만약, A는 지역 변수를 제어하는 스레드이고, B는 람다식을 실행하는 스레드일 때, 람다에서는 외부 지역 변수를 사용하는 경우 캡처링을 하게 되기 때문에 람다식을 실행하는 스레드에서는 지역 변수의 값을 참조하기 위해 이를 복사한다.
  • 그런데, 복사되는 값인 외부 지역 변수가 변경 가능하게 되는 경우, 복사된 값이 최신 값임을 보장할 수 없다. 스택 영역은 스레드 마다 생성되기 때문에 스레드 A, B가 갖는 스택 영역은 각자 고유하다. 따라서 한 스레드에서 다른 스레드의 스택에 있는 값의 변경사항을 확인할 수 없다. 
  • 따라서 복사된 값을 보장할 수 없으므로 동시성 문제가 발생하여 결과를 예측할 수 없는 상황이 발생한다. 이것이 람다식에서 참조하는 외부 지역 변수가 값이 변경되지 않아야 하는 이유이다.
• 람다식으로 선언된 변수명은 다른 변수명과 중복될 수 없다.

자바의 effectively final

종종 익명 구현 객체와 람다식을 동일시하지만 다음과같은 차이점이 있다.
1. 람다식은 익명 구현 객체 처럼 별도의 객체를 생성하거나 컴파일 결과 별도의 클래스를 생성하지 않는다는 것
2. 람다식 내부에서 사용하는 변수는 Variable Capture(값 복사)가 발생하며, 이 값은 final이거나 final 처럼 사용해야 한다는 것
 
사용하는 입장에서는 '인스턴스 변수를 제외하고 람다식 내부에서 사용하는 변수는 final이거나 final 성격을 가져야 한다'고 기억하면 될 것 같다. [출처]

 

장점

1. 코드를 간결하게 만들 수 있다.
2. 식에 개발자의 의도가 명확히 드러나 가독성이 높아진다.
3. 함수를 만드는 과정없이 한번에 처리할 수 있어 생산성이 높아진다.
   • 대용량 데이터 처리시에 유리하다. 데이터 포장 객체를 생성 후 처리하는 것보다 데이터를 바로 처리하는 것이 속도에 유리하다.
4. 병렬 프로그래밍이 용이하다.
   • 멀티 코어 CPU에서 데이터를 병렬 처리하고 취합할 때 객체보다 함수가 유리하다.

단점

1. 람다를 사용하면서 만든 익명함수는 재사용이 불가능하다.
2. 디버깅이 어렵다.
3. 람다를 남발하면 비슷한 함수가 중복 생성되어 코드가 지저분해질 수 있다.
4. 재귀로 만들경우에 부적합하다.

결국 무조건 람다가 좋다는 보장은 없다. 상황에 따라 필요에 맞는 방법을 사용하는 것이 중요하다.

 

함수적 인터페이스

함수적 인터페이스는 한 개의 추상 메소드를 가지고 있는 인터페이스를 말한다.

함수를 1급 객체처럼 다룰 수 있게 해주는 어노테이션(@FunctionalInterface)으로, 인터페이스에 선언하여 단 하나의 추상 메소드만을 갖도록 제한하는 역할을 한다.

• 매개타입으로 사용되어 람다식을 매개값으로 대입할 수 있도록 해준다.
• 자바의 람다식이 함수형 인터페이스를 반환하기 때문에 사용한다.

java.util.function 패키지에 포함되어 있다. 

표준 API로 제공되는 함수적 인터페이스 종류

1. Consumer
   • 소비자라는 뜻으로, 데이터를 소비만하고 끝나는 기능을 제공하는 함수적 인터페이스다.
   • 매개값만 있고 리턴값이 없는 추상 메소드를 가지고 있다.
2. Supplier
   • 데이터를 공급하는 의미. 공급자 기능으로 데이터를 리턴시켜준다.
   • 매개값은 없고 리턴값만 있는 추상 메소드를 가지고 있다.
3. Function
   • A 데이터를 B 데이터로 변환할 때 주로 사용된다.
   • 매개값과 리턴값이 모두 있는 추상 메소드를 가지고 있다.
   • 주로 매개값을 리턴값으로 매핑(타입변환)할 경우에 사용한다.
4. Operator
   • 어떤 데이터 연산할 때 사용한다.
   • 매개값과 리턴값이 모두 있는 추상 메소드를 가지고 있다.
   • 주로 매개값을 연산하고 그 결과를 리턴할 경우에 사용한다.
5. Predicate
   • 어떤 매개값을 조사해서 true 또는 false를 리턴할 때 사용한다.
   • 매개값과 리턴값(true/false)가 있다.

 

메소드, 생성자 참조(Method/Constructor Reference)

함수형 인터페이스를 람다식이 아닌 일반 메소드/생성자를 참조시켜 선언하는 방법이다.

콜론 두개(::)를 사용하여 람다식을 더 간략하게 표현할 수 있게 한다. 일반 메소드를 참조하기 위해서 다음의 3가지 조건을 만족해야 한다.

1. 함수형 인터페이스의 매개변수 타입 = 메소드의 매개변수 타입
2. 함수형 인터페이스의 매개변수 개수 = 메소드의 매개변수 개수
3. 함수형 인터페이스의 반환형 = 메소드의 반환형

종류

1. static 메소드 참조
   • 클래스_이름::메소드_이름
2. 인스턴스 메소드 참조
   • 인스턴스_변수::메소드_이름
3. 람다식의 매개변수로 접근 가능한 메소드 참조
   • 매개변수의_타입_클래스_이름::메소드_이름
4. 생성자 참조
   • 클래스_이름::new

 

참고

• https://mangkyu.tistory.com/113
• https://www.youtube.com/watch?v=yDlNLOu6o4s&list=PLVsNizTWUw7FPokuK8Cmlt72DQEt7hKZu&index=147 
• https://xxxelppa.tistory.com/207
• https://www.hanumoka.net/2017/09/15/java-20170915-java-Anonymouse-class/