람다식 (Lambda Expression)

Lambda는 2014년 3월 18일에 발표한 java 8에서 추가된 대표적인 기능입니다. 자바에 대한 함수형 언어의 기능 요구가 끊임없이 있어 왔고, 객체지향언어인 자바가 함수형 언어의 기능까지 갖추게 하는 일은 쉽지 않았을 테지만 그 어려운 일을 똑똑한 개발자들이 해준 덕분에 우리는 이 좋은 기능을 사용 할 수 있게 되었습니다.

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람다식이란?

람다는 간단하게 말해서 메서드를 하나의 식으로 표현 한 것입니다. 람다식은 함수를 간략하면서도 명확한 식으로 포현할 수 있게 해줍니다. 메서드를 람다식으로 표현하면 메서드의 이름과 반환값이 없기 때문에 람다식을 "익명함수" 라고 부릅니다.

객체지향 언어인 자바에서는 method라는 용어를 사용하는데요, 특정 클래스에 반드시 속해야 한다는 제약이 있기 때문에 함수와는 다른 용어를 사용 해 온 것 입니다. 하지만 람다식을 통해 메서드가 하나의 독립적인 기능을 하게 됨 으로서 함수라는 용어를 사용하게 되었습니다.

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아래의 코드는 각각 List를 정렬할 때 Comparator의 compare 메서드를 구현해서 내림차순을 한번 해 보고, 그다음 오른차순으로 정렬 할 때는 람다식으로 진행 해 보았습니다.

    public static void main(String[] args) {
        List<String> list = Arrays.asList("abc", "aaa", "bbb", "ddd", "aaa");
        // 내림차순
        Collections.sort(list, new Comparator<String>() {
            @Override
            public int compare(String o1, String o2) {
                return o2.compareTo(o1);
            }
        });
        System.out.println(list);

        // 오름차순
        Collections.sort(list, (s1,s2) -> s1.compareTo(s2));
        System.out.println(list);
    }

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위의 코드에서 그 차이가 명확하게 구분됩니다. Comparator를 구현하기 위해 코드 몇줄에 걸쳐 썼던 내용을, 아주 간단하게 처리 했습니다.

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람다식을 다루기 위한 인터페이스를 함수형 인터페이스(functional interface) 라고 합니다.

@FunctionalInterface

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아래의 예제를 통해 FunctionalInterface를 확인 해 보겠습니다.

package com.tistory.shanepark;

import java.util.Arrays;
import java.util.Collections;
import java.util.Comparator;
import java.util.List;

@FunctionalInterface
interface MyFunction{
    void run();
}
public class Lambda03 {
    static void execute(MyFunction func) {
        func.run();
    }

    static MyFunction getMyFunction(){
        MyFunction func = () -> System.out.println("func3.run()");
        return func;
    }

    public static void main(String[] args) {
        MyFunction func1 = () -> System.out.println("func1.run()");

        MyFunction func2 = new MyFunction(){

            @Override
            public void run() {
                System.out.println("func2.run()");
            }
        };

        MyFunction func3 = getMyFunction();

        func1.run();
        func2.run();
        func3.run();

        execute(func1);
        execute(()-> System.out.println("run()"));
    }

}

MyFunction 이라는 FunctionalInterface를 선언 한 뒤에, 여러가지 상황을 만들었습니다.

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그리고 그 실행 결과 입니다.

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MyFunction func1 = () -> System.out.println("func1.run()");

이렇게 func1을 선언 했을 때와

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        MyFunction func2 = new MyFunction(){

            @Override
            public void run() {
                System.out.println("func2.run()");
            }
        };

이렇게, 람다식으로 표현해 func2를 선언 했을때 둘 다 똑같이 동작합니다.

    static MyFunction getMyFunction(){
        MyFunction func = () -> System.out.println("func3.run()");
        return func;
    }

getMyFunction 이라는 메서드를 선언 해, func라는 함수형 인터페이스를 반환 하도록 구현 한 내용도

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MyFunction func3 = getMyFunction();

마찬가지로 동일하게 작동 하는 것이 확인 되었습니다.

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    static void execute(MyFunction func) {
        func.run();
    }

execute 메서드는, 파라미터로 받은 함수형 인터페이스의 run 함수를 호출 하게끔 구현이 되어 있습니다.

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execute(func1);

그렇게 때문에 이렇게 호출을 해 준다면 알아서 func1가 가지고 있는 Lambda 함수인 System.out.println("func1.run()"); 가 호출 되는 것 입니다.

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execute(()-> System.out.println("run()"));

또한 함수형 인터페이스를 인자로 받기 때문에, 그자리에 바로 람다식을 사용 할 수도 있는 것 입니다.

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주의 할 점

함수형 인터페이스로 람다식을 참조할 수 있는 것일 뿐, 람다식의 타입이 함수형 인터페이스의 타입과 일치하는 것은 아닙니다. 람다식은 익명 객체이고, 익명 객체는 타입이 없기 때문 인데요. 정확히 말하자면 타입은 있는데 컴파일러가 임의로 이름을 정하기 때문에 알 수 없는 것 이라고 합니다. 그래서 대입 연산자의 양변의 타입을 일치시키기 위해 형 변환이 필요합니다.

MyFunction f = (MyFunction)({}->{});

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람다식은 이름이 없지만 "객체" 임에도 불구하고 Object 타입으로 형변환 될 수 는 없습니다. 람다식은 오직 함수형 인터페이스로만 형변환이 가능합니다.

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또한 람다식에 사용되는 외부 변수는 변경 할 수 없습니다.

람다식 내에서 참조하는 지역 변수는 final이 붙지 않았어도 상수로 간주 됩니다.

람다식 내에서 지역변수 i 를 사용하려고 하는데, 위에서 10으로 변경했기 때문에 에러가 발생하는 것을 확인 할 수 있습니다.

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반면에 이렇게 Inner 클래스의 변수인 this.val 이나 Outer 클래스의 인스턴스 변수인 Outer.this.val 은 상수로 간주되지 않기 때문에 위에 보이는 것 처럼 값을 변경해도 문제가 되지 않습니다.

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java.util.function 패키지

대부분의 메서드들은 타입이 비슷 합니다. Parameter가 없거나 한개 아니면 두개.. return 값은 void로 없거나 혹은 한개. 심지어 지네릭 메서드로 정의한다면 매개변수나 반환 타입이 달라져도 아무런 문제가 되지 않습니다. 그래서 java.util.function 패키지에 일반적으로 자주 쓰이는 형식의 메서드들을 함수형 인터페이스로 미리 정의 해 두었는데요.

굳이 매번 새로운 함수형 인터페이스를 정의 할 필요 없이 이 패키지의 인터페이스를 활용 하기만 해도 대부분의 상황은 처리 해낼 수 있습니다.

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하나씩 둘러 보겠습니다.

@FunctionalInterface	Method	Descriptions
java.lang.Runnable	void run()	매개변수도 없고, 반환값도 없음.
Supplier	T get()	매개변수는 없고, 반환값만 있음.
Consumer	void accept(T t)	Supplier와 반대로 매개변수만 있고 반환값이 없음.
Function<T,R>	R apply(T t)	하나의 매개변수를 받아 결과를 반환하는 일반적인 함수.
Predicatr	boolean test(T t)	조건식을 표현하는 사용됨. 매개변수 하나, 반환 타입 boolean.

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@FunctionalInterface

java.util.function.Function

하나의 매개변수를 받아 결과를 반환하는 일반적인 함수.

package com.tistory.shanepark;

import java.util.function.Function;

public class Lambda05 {

    public static void main(String[] args) {
        Function<String, Integer> f1 = s -> s.length();
        int result = f1.apply("hello");
        System.out.println(result);
    }

}

f1을 Function 이라는 인터페이스로 구현 했습니다. String 을 Parameter로 받아 Integer 타입의 값을 반환 하는데요, 그것을 이용해서 특정 문자열의 길이를 반환하는 함수를 작성 해 보았습니다.

정확한 결과값인 5가 출력 됩니다.

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@FunctionalInterface

java.util.function.Consumer

매개변수만 있고 반환값이 없음.

package com.tistory.shanepark;

import java.util.function.Consumer;
import java.util.function.Function;

public class Lambda06Consumer {

    public static void main(String[] args) {
        Consumer<String> printHello = System.out::println;
        Consumer<String> printComma = (s) -> System.out.println(",");

        printHello.accept("Hello world");
    }

}

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@FunctionalInterface

java.util.function.Predicate

매개변수 하나. 반환 타입은 boolean.

package com.tistory.shanepark;

import java.util.ArrayList;
import java.util.Collections;
import java.util.Iterator;
import java.util.List;
import java.util.function.Predicate;

public class Lambda07Predicate {

    public static void main(String[] args) {
        Predicate<String> isEmpty = (s) -> s == null || s.replace(" ", "").length() == 0;
        System.out.println(isEmpty.test(" "));
        System.out.println(isEmpty.test("abc"));

        String[] arr = new String[]{"abc", "  ", "dcf"};
        List<String> list = new ArrayList<>();
        Collections.addAll(list, arr);
        removeEmpty(list, isEmpty);
        System.out.println(list);

    }

    public static <T> void removeEmpty(List<T> list, Predicate<T> filter) {
        Iterator<T> iterator = list.iterator();
        while (iterator.hasNext()) {
            T t = iterator.next();
            if (filter.test(t))
                iterator.remove();
        }
    }

}

코드는 위와 같이 짜 보았습니다.

isEmpty 라는 String 을 Parameter로 받아 해당 String이 empty인지 체크해 그 결과를 반환해 주는 isEmpty 라는 Preciate를 선언 했습니다. 그래서 " " 과 "abc"를 test 해 각각 true 와 false 를 반환 받았습니다.

조금의 응용을 해 보기 위해 removeEmpty 라는 void 함수를 만들어 보았습니다. list를 순회 하면서 만약 항목이 인자로 받은 Predicate 로 test 한 결과가 true 일 경우에 해당 iterator를 제거하게끔 했습니다. 그래서 "abc", " ", "dcf" 가 담긴 list를 아까 선언해둔 isEmpty Predecate와 같이 removeEmpty 메서드에 parameter로 넣어 메서드를 호출 했고, list 를 print 했을 때 empty 인 " "가 List에서 제거 된 것을 확인 할 수 있었습니다.

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@FunctionalInterface

java.util.function.Supplier

매개변수는 없고, 반환값만 있음.

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Supplier를 이용해 간단하게 UUID Generator를 만들 어 보았습니다.

package com.tistory.shanepark;

import java.util.*;
import java.util.function.Predicate;
import java.util.function.Supplier;

public class Lambda08Supplier {

    public static void main(String[] args) {
        Supplier<String> uuidGenerator = () -> UUID.randomUUID().toString();

        System.out.println(uuidGenerator.get());
        System.out.println(uuidGenerator.get());
        System.out.println(uuidGenerator.get());

    }

}

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다른 방법으로도 활용 해 보았습니다. Supplier를 이용해 리스트를 생성합니다. 그리고는 Function을 이용해 args 받은 목록을 모두 UpperCase로 변경하며 해당 리스트에 추가 합니다.

package com.tistory.shanepark;

import java.util.ArrayList;
import java.util.List;
import java.util.UUID;
import java.util.function.Function;
import java.util.function.Supplier;

public class Lambda08Supplier2 {

    public static void main(String[] args) {

        List<String> myList = list(ArrayList::new, s -> s.toUpperCase(), "one", "two", "three", "four");
        System.out.println(myList);

    }

    public static <T, R> List<R> list(Supplier<List<R>> factory, Function<T, R> func, T... args) {
        List<R> list = factory.get();
        for (T a : args) {
            list.add(func.apply(a));
        }
        return list;
    }

}

이런 식으로도 활용 가능합니다.

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그 외

java.util.function 에는 그 외에도 많은 인터페이스들이 있습니다. 매개변수가 두 개인 함수형 인터페이스는 접두사 Bi를 붙이며, 매개변수의 타입과 반환 타입의 타입이 모두 일치하는 UnaryOperator와 BinaryOperator 또한 있습니다.

컬렉션 프레임웍과 함수형 인터페이스

Java 8로 넘어오며 컬렉션 프레임웍의 인터페이스에도 다수의 디폴트 메서드가 추가되었는데요, 그 중의 일부는 함수형 인터페이스를 사용하기도 합니다.

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Collection

List

Iterable

Map

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한번에 이해하고 응용하기에는 어렵겠지만, 이런게 있다 라고 알고 있다가 하나씩 필요할 때 떠올려 사용하다 보면 금방 익숙해 지지 않을까 생각합니다.

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참고자료 : 자바의정석, 회사교육자료