1212 ~ 0101

# 1212 ~ 0101

# 1213 - 람다 캡처링(Capturing Lambda)

기본적으로 람다 표현식은 (파라미터) -> 동작과 같은 구조를 지니며, 파라미터로 넘겨진 변수를 활용하여 바디에서 작업을 수행한다. 람다 캡처링(capturing lambda)이란 간단히 말해 이처럼 파라미터로 넘겨받은 데이터가 아닌 "람다식 외부에서 정의된 변수"를 참조하는 변수를 람다식 내부에 저장하고 사용하는 동작을 의미한다. 아래는 그 예이다.

void lambdaCapturing() {
   int localVariable = 1000;

   Runnable r = () -> System.out.println(localVariable);
}

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# [ 제약 조건: 지역변수는 final이어야 한다 ]

람다는 값이 단 한 번만 할당되는 지역변수만을 캡처할 수 있으며, 만일 람다에서 캡처되는 지역변수의 값을 재할당되는 경우 컴파일 에러가 발생한다. 즉, 명시적으로 final로 선언되었거나, 실질적으로 final인 지역변수만 람다식 바디에 들어올 수 있다는 것이다.

이러한 제약조건은 JVM 메모리 구조와 관련이 있다. JVM 메모리상으로 힙에 저장되는 인스턴스 변수 등과는 달리, 지역변수는 스택에 저장되기 때문이다.

예를 들어 '지역변수의 값을 캡처하는 람다'를 반환하는 메서드를 한 번 생각해보자. 해당 메서드의 실행이 종료되는 경우, JVM은 반환되는 람다식의 바디에 포함되어 있는 지역변수의 할당을 해제한다. 그럼에도 불구하고 람다는 지역변수의 값을 아무 문제 없이 참조하여 사용할 수 있다. 이는 람다 내부에서 사용되는 지역변수는 원본 지역변수를 복제한 데이터이기 때문이다. 그렇기 때문에 실제 지역변수의 할당이 해제되어도 람다 내부의 값은 유지되는 것이며, 복제품의 값이 변경되지 않아야 한다는 이유로 단 한 번만 값을 할당해야 한다는 제약이 생겨난 것이다.

void useLambda() {
   Supplier<Integer> lambda = getLambda();

   int actual = lambda.get();

   System.out.println(actual); // 1005
}

// 지역변수를 캡처하여 사용하는 람다를 외부로 반환하는 메서드
private Supplier<Integer> getLambda() {
   int localVariable = 1000; // 지역변수 localVariable

   return () -> localVariable + 5; // 자유변수 localVariable
}

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그리고 이처럼 람다식 내부에서 저장되는 지역변수의 복제품은 원본이 되는 지역변수이 사라져도 자유롭게 존재할 수 있기 때문에 자유변수라고 불린다.

사실 지역변수의 불변성을 강제하는 것은 딱히 문제라고 보기 어렵다. 불변성이 지닌 다양한 이점도 있겠지만, 외부 변수의 값을 직접적으로 변화하는 일반적인 절차형/명령형 프로그래밍 패턴을 예방한다는 점이 가장 큰 이점이라고 볼 수 있다점을 제약 조건의 이점으로 볼 수 있다.

# 1215 - Thread와 Runnable

# 1. Thread와 Runnable에 대한 이해 및 사용법

# [ 쓰레드와 자바의 멀티 쓰레드 ]

쓰레드란 프로그램 실행의 가장 작은 단위이다. 일반적으로 자바 애플리케이션을 만들어 실행하면 1개의 메인(main) 쓰레드에 의해 프로그램이 실행된다. 하지만 1개의 쓰레드 만으로는 동시에 여러 작업을 할 수 없다. 동시에 여러 작업을 처리하고 싶다면, 별도의 쓰레드를 만들어 실행시켜줘야 하는데, 자바는 멀티 쓰레드 기반으로 동시성 프로그래밍을 지원하기 위한 방법들을 계속해서 발전시켜 왔다.
그 중에서 Thread와 Runnable은 자바 초기부터 멀티 쓰레드를 위해 제공되었던 기술이다.

java5 이전 : Runnable과 Thread
java5 : Callable과 Future 및 Executor, ExecutorService, Executors
java7 : Fork/Join 및 RecursiveTask
java9 : Flow

# [ Thread 클래스 ]

Thread는 쓰레드 생성을 위해 Java에서 미리 구현해둔 클래스이다. Thread는 기본적으로 다음과 같은 메소드들을 제공한다.

sleep
- 현재 쓰레드 멈추기
- 자원을 놓아주지는 않고, 제어권을 넘겨주므로 데드락이 발생할 수 있음
interupt
- 다른 쓰레드를 깨워서 interruptedException을 발생시킴
- Interupt가 발생한 쓰레드는 예외를 catch하여 다른 작업을 할 수 있음
join
- 다른 쓰레드의 작업이 끝날 때 까지 기다리게 함
- 쓰레드의 순서를 제어할 때 사용할 수 있음

Thread 클래스로 쓰레드를 구현하려면 이를 상속받는 클래스를 만들고, 내부에서 run 메소드를 구현해야 한다. 그리고 Thread의 start 메소드를 호출하면 run 메소드가 실행된다. 실행 결과를 보면 main 쓰레드가 아닌 별도의 쓰레드에서 실행됨을 확인할 수 있다.

@Test
void threadStart() {
    Thread thread = new MyThread();

    thread.start();
    System.out.println("Hello: " + Thread.currentThread().getName());
}

static class MyThread extends Thread {
    @Override
    public void run() {
        System.out.println("Thread: " + Thread.currentThread().getName());
    }
}

// 출력 결과
// Hello: main
// Thread: Thread-2

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여기서 run을 직접 호출하는 것이 아니라 start를 호출하는 것에 주의해야 한다. 우리는 해당 메소드의 실행을 별도의 쓰레드로 하고 싶은 것인데, run을 직접 호출하는 것은 메인 쓰레드에서 객체의 메소드를 호출하는 것에 불과하다. 이를 별도의 쓰레드로 실행시키려면 JVM의 도움이 필요하다. 따라서 start를 호출한다.

public synchronized void start() {
    if (threadStatus != 0)
        throw new IllegalThreadStateException();

    group.add(this);

    boolean started = false;
    try {
        start0();
        started = true;
    } finally {
        try {
            if (!started) {
                group.threadStartFailed(this);
            }
        } catch (Throwable ignore) {
        
        }
    }
}

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위의 코드를 보면 알 수 있듯이 start는 크게 다음과 같은 과정으로 진행된다.

쓰레드가 실행 가능한지 검사함

쓰레드는 New, Runnable, Waiting, Timed Waiting, Terminated 총 5가지 상태가 있다. start 가장 처음에는 해당 쓰레드가 실행 가능한 상태인지(0인지) 확인한다. 그리고 만약 쓰레드가 New(0) 상태가 아니라면 IllegalThreadStateException 예외를 발생시킨다.

쓰레드를 쓰레드 그룹에 추가함

그 다음 쓰레드 그룹에 해당 쓰레드를 추가시킨다. 여기서 쓰레드 그룹이란 서로 관련있는 쓰레드를 하나의 그룹으로 묶어 다루기 위한 장치인데, 자바에서는 ThreadGroup 클래스를 제공한다. 쓰레드 그룹에 해당 쓰레드를 추가하면 쓰레드 그룹에 실행 준비된 쓰레드가 있음을 알려주고, 관련 작업들이 내부적으로 진행된다.

쓰레드를 JVM이 실행시킴

그리고 start0 메소드를 호출하는데, 이것은 native 메소드로 선언되어 있다. 이것은 JVM에 의해 호출되는데, 이것이 내부적으로 run을 호출하는 것이다. 끄리고 쓰레드의 상태 역시 Runnable로 바뀌게 된다. 그래서 start는 여러 번 호출하는 것이 불가능하고 1번만 가능하다.

private native void start0();

# [ Runnable 인터페이스 ]

Runnable 인터페이스는 1개의 메소드 만을 갖는 함수형 인터페이스이다. 그렇기 때문에 람다로도 사용 가능하다.

@FunctionalInterface
public interface Runnable {

    public abstract void run();
    
}

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이것은 쓰레드를 구현하기 위한 템플릿에 해당하는데, 해당 인터페이스의 구현체를 만들고 Thread 객체 생성 시에 넘겨주면 실행 가능하다. 앞서 살펴본 Thread 클래스는 반드시 run 메소드를 구현해야 했는데, Thread 클래스가 Runnable를 구현하고 있기 때문이다.

public class Thread implements Runnable {
    ...
}

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기존에 Thread로 작성되었던 코드를 Runnable로 변경하면 다음과 같다. 마찬가지로 별도의 쓰레드에서 실행됨을 확인할 수 있다.

@Test
void runnable() {
    Runnable runnable = new Runnable() {
        @Override
        public void run() {
            System.out.println("Thread: " + Thread.currentThread().getName());
        }
    };

    Thread thread = new Thread(runnable);
    thread.start();
    System.out.println("Hello: " + Thread.currentThread().getName());
}

// 출력 결과
// Hello: main
// Thread: Thread-1

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# 2. Thread와 Runnable 비교

# [ Threaddhk Runnable 비교 ]

Runnable은 익명 객체 및 람다로 사용할 수 있지만, Thread는 별도의 클래스를 만들어야 한다는 점에서 번거롭다. 또한 Java에서는 다중상속이 불가능하므로 Thread 클래스를 상속받으면 다른 클래스를 상속받을 수 없어서 좋지 않다. 또한 Thread 클래스를 상속받으면 해당 클래스에 구현된 코드들에 의해 더 많은 자원을 필요로 하므로 Runnable이 주로 사용된다.
물론 Thread 관련 기능의 확장이 필요한 경우에는 Thread 클래스를 상속받아 구현해야 할 때도 있다. 하지만 거의 대부분의 경우에는 Runnable 인터페이스를 사용하면 해결 가능하다.

# [ Thread와 Runnable의 단점 및 한계 ]

지나치게 저수준의 API(쓰레드의 생성)의존함
값의 반환이 불가능
매번 쓰레드 생성과 종료하는 오버헤드가 발생
쓰레드들의 관리가 어려움

Executor, ExecutorService, ScheduledExecutionService와 Callable, Future

# 1224 - 자바 8 표준 API의 함수형 인터페이스

# 자바 8이 제공하는 함수형 인터페이스

자바 8버전부터 빈번하게 사용되는 함수형 인터페이스를 java.util.function 표준 API 패키지로 제공한다. 제공되는 함수형 인터페이스는 크게 5가지로 Consumer, Supplier, Function, Operator, Predicate 이다. 각 인터페이스는 또 여러개의 언터페이스로 나뉜다.

두개의 매개변수를 받는 인터페이스라면 Bi 라는 접두사, 정수 타입을 매개변수로 전달받는 인터페이스라면 Int 라는 접두사가 혻은 실수 타입을 반환하는 인터페이스라면 AsDouble 과 같은 접미사가 달려있는 등 일정한 네이밍 규칙이 존재한다.

# Consumer 계열

매개값은 있고 반환값은 없다. 매개값을 전달받아 사용하고 아무것도 반환하지 않을 때 사용된다. 이를 소비(Consume) 한다고 표현한다. accept 추상 메소드를 가지고 있다.

# [ 용례 ]

대표적으로 Stream 의 forEach 메소드의 매개변수 타입이 Consumer 이다

List<Integer> numbers = List.of(1, 2, 3, 4, 5, 6);
numbers.stream().forEach(number -> System.out.println(number));
// Consumer 전달됨

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매개값으로 number를 받고 람다 표현식 내부에서 사용되기만 할 뿐 아무것도 반환하지 않는 것을 확인할 수 있다.

또한 Map 의 forEach 메소드는 BiConsumer 타입을 매개변수로 받는다.

Map<String, Integer> map = Map.of("hudi", 25, "baby", 1);
map.forEach((name, number) -> System.out.println(name + "는 " + number + "살"));
// BiConsumer 전달됨

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위와 같이 첫번째 매개변수는 Map 의 key를, 두번째 매개변수는 Map 의 value 를 전달받는다.

# Supplier 계열

매개값은 없고, 반환값은 있다. 실행 후 호출한 곳으로 데이터 공급(Supply) 한다. getXXX 추상메소드를 가지고 있다.

# [ 용례 ]

Stream의 generate는 매개변수로 Supplier타입을 받아 해당 get메소드의 반환값으로 무한한 Stream 을 생성한다.

Stream.generate(() -> "Infinite Stream!") // Supplier 전달됨
        .limit(5)
        .forEach(System.out::println);

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# Function 계열

매개값도 있고, 리턴값도 있다. 주로 매개값을 반환값으로 매핑할 때 즉, 타입 변환이 목적일 때 사용한다. applyXXX 추상 메소드를 갖고 있다.

# [ 용례 ]

IntStream의 mapToObj는 정수를 객체로 매핑하는 메소드이다. 이 메소드는 인자로 IntFunction 타입을 전달받는다.

List<Number> numbers = IntStream.rangeClosed(0, 10)
        .mapToObj(number -> new Number(number)) // IntFunction 전달됨
        .collect(Collectors.toList());

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# Operator 계열

Function과 마찬가지로, 매개값도 있고, 반환값도 있다. 주로 매개값을 연산 (Operation) 하여 결과를 반환할 때 사용된다. Function과 마찬가지로 applyXXX 추상 메소드를 가지고 있다.

# [ 용례 ]

Stream의 여러 오버로드된 reduce 메소드 중 하나는 매개변수로 BinaryOperator를 전달받는다. 아래는 BinaryOperator를 활용하여 컬렉션의 모든 수를 더하는 예시이다.

List<Integer> numbers = List.of(1, 2, 3, 4, 5, 6);
Integer sum = numbers.stream()
        .reduce((acc, cur) -> acc + cur) // BinaryOperator 전달됨
        .get();

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# Predicate 계열

매개값은 있고, 반환 타입은 boolean 이다. 매개값을 받아 검사하고 true/false를 반환할때 사용된다. test 추상 메소드를 가지고 있다.

# [ 용례 ]

Stream의 allMatch 메소드는 매개변수로 Predicate 타입을 전달받아, 컬렉션의 모든 요소가 주어진 조건에 모두 일치하면 ture를 반환한다.

List<Integer> numbers = List.of(10, 20, 25, 15, 30, 35);
boolean allMatched = numbers.stream()
        .allMatch(number -> number > 5);

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Consumer, Function, Operator 계열은 andThen과 copose라는 디폴트 메소드를 가지고 있다. 또한 Predicate 계열은 and, or, negate 라는 디폴트 메소드, 그리고 isEqual이라는 정적 메소드를 가지고 있다.

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1212 ~ 0101

# 1212 ~ 0101

# 1213 - 람다 캡처링(Capturing Lambda)

# [ 제약 조건: 지역변수는 final이어야 한다 ]

# 1215 - Thread와 Runnable

# 1. Thread와 Runnable에 대한 이해 및 사용법

# [ 쓰레드와 자바의 멀티 쓰레드 ]

# [ Thread 클래스 ]

# [ Runnable 인터페이스 ]

# 2. Thread와 Runnable 비교

# [ Threaddhk Runnable 비교 ]

# [ Thread와 Runnable의 단점 및 한계 ]

# 1224 - 자바 8 표준 API의 함수형 인터페이스

# 자바 8이 제공하는 함수형 인터페이스

# Consumer 계열

# [ 용례 ]

# Supplier 계열

# [ 용례 ]

# Function 계열

# [ 용례 ]

# Operator 계열

# [ 용례 ]

# Predicate 계열

# [ 용례 ]

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