[JAVA] 람다식 (lambda Expressions)

객체 지향 프로그래밍과 함수적 프로그래밍을 혼합함으로써 더욱 효율적인 프로그래밍이 가능하도록 개발 언어가 변하고 있다. 자바 8에서도 함수적 프로그래밍을 위해 람다식을 지원하게 되었다.

 

✨ 함수적 프로그래밍 (Functional Programming) 함수형 프로그래밍은 거의 모든 것을 순수 함수로 나누어 문제를 해결하는 기법으로, 작은 문제를 해결하기 위한 함수를 작성하여 가독성을 높이고 유지보수를 용이하게 해준다.

---

람다식?

람다식은 익명 함수(anonymous function)을 생성하기 위한 식이다.

객체 지향 언어보다는 함수지향 언어에 가깝다. 자바에서 람다식을 수용한 이유는 자바 코드가 매우 간결해지고, 컬렉션의 요소를 필터링하거나 매핑해서 원하는 결과를 쉽게 집계할 수 있기 때문이다.

람다식의 형태는 매개변수를 가진 코드 블록이지만, 런타임 시에는 익명 구현 객체를 생성한다.

람다식  →  매개 변수를 가진 코드 블록  →  익명 구현 객체

예를 들어 Runnable 인터페이스의 익명 구현 객체를 생성하는 전형적인 코드는 다음과 같다.

Runnable runnable = new Runnable() {
        public void run() { ... }
}

위 코드에서 익명 구현 객체를 람다식으로 표현하면 다음과 같다.

Runnable runnable = () -> { ... };

람다식은 마치 함수 정의 형태를 띠고 있지만 런타임 시에 인터페이스의 익명 구현 객체로 생성된다.

---

람다식 기본 문법

람다식을 작성하는 방법은 다음과 같다.

( 매개변수 ) -> { 실행문; ... }    // 기본적인 작성 폼

( a ) -> { System.out.prinln(a) } // 예시

a -> { System.out.prinln(a) }     // 하나의 매개변수만 있다면 괄호 생략 가능

a -> System.out.prinln(a)         // 하나의 실행문만 있다면 중괄호 생략 가능

() -> { throw new Exceoption... } // 매개변수가 없다면 빈 괄호를 반드시 사용

결과 값을 반환해야 할 시에는 다음과 같이 작성한다.

( x, y ) -> { return x + y; }

실행문에 return 문만 존재할 경우, 다음과 같이 작성한다.

( x, y ) -> x + y;

---

함수적 인터페이스

[인터페이스] [변수] = [람다식];

람다식에 대입될 인터페이스를 람다식의 타겟 타입(target type)이라고 한다.

하지만 모든 인터페이스를 람다식의 타겟 타입으로 사용할 수는 없다.

람다식이 하나의 메소드를 정의하기 때문에 두 개 이상의 추상 메소드가 선언된 인터페이스는 람다식을 이용하여 구현 객체를 생성할 수 없다.

하나의 추상 메소드가 선언되어 타겟 타입이 될 수 있는 인터페이스를 함수적 인터페이스(functional interface)라고 한다.

@FunctionalInterface

@FunctionalInterface 어노테이션을 사용하면 함수적 인터페이스를 작성할 때 두 개 이상의 추상 메소드가 선언되지 않도록 컴파일러가 체킹해준다.

@FunctionalInterface
public interface MyFunctionalInterface {

        public void method();

        public void otherMethod(); // 컴파일 오류 발생

}

@FunctionalInterface 어노테이션은 선택사항이며, 해당 어노테이션이 없더라도 하나의 추상 메소드가 있다면 모두 함수적 인터페이스이다.

매개변수와 리턴값이 없는 람다식

매개변수와 리턴값이 없는 추상 메소드를 가진 함수적 인터페이스가 있다고 가정한다.

@FunctionalInterface
public interface MyFunctionalInterface {
        public void method();
}

MyFunctionalInterface 를 타겟 타입으로 갖는 람다식은 다음과 같이 작성과 호출할 수 있다.

MyFunctionalInterface fi = () -> { 실행문; }

fi.method();

MyFunctionalInterface fi;

fi = () -> { 
        String str = "method call1";
        System.out.pringln(str); 
};
fi.method();

fi = () -> System.out.println("method call2");
fi.method();

매개변수가 있는 람다식

두 개의 정수형 매개변수를 받아 최소값을 반환하는 람다식을 작성해보자

@FunctionalInterface
interface MyFunctionalInterface {
    int min(int a, int b);
}

public class FunctionalInterfaceTest {
    public static void main(String[] args) {

        MyFunctionalInterface myFunction1 = (x, y) -> x < y ? x : y;
        MyFunctionalInterface myFunction2 = (x, y) -> Math.min(x, y);
        MyFunctionalInterface myFunction3 = Math::min;  // !이중 콜론 연산자

        System.out.println(myFunction1.min(99, 100));
        System.out.println(myFunction2.min(99, 100));
        System.out.println(myFunction3.min(99, 100));

    }
}

❗람다식에서는 이중 콜론 연산자로 동일한 로직을 실행하는 코드를 더 간결하게 작성할 수 있다.

Java8 - 이중 콜론 연산자 (Double Colon Operater)

---

클래스 멤버와 로컬 변수 사용

람다식 실행 블록에서는 클래스의 멤버인 필드와 메소드를 제약 사항 없이 사용할 수 있다.

하지만 this 키워드를 사용할 때 주의가 필요하다.

익명 객체 내부에서의 this는 익명 객체의 참조이지만, 람다식에서 this는 람다식을 사용한 객체의 참조이다.

아래의 코드처럼 인터페이스와 인터페이스의 추상메서드를 람다식으로 구현한 클래스가 존재한다고 예를들자

@FunctionalInterface
public interface MyFunctionalInterface {
        public void method();
}

class ThisKeyWord {
    public String field = "Outer Class Field";

    class Inner {
        String field = "Inner Class Field";

        void method() {
            MyFunctionalInterface fi = () -> {
                String field = "lambda field";

                System.out.println(field);
                System.out.println(this.field);
                System.out.println(ThisKeyWord.this.field);
            };
            fi.method();
        }

    }
}

inner 클래스의 인터페이스를 생성하고 람다식으로 작성된 메서드를 실행시켜 보면
어떤 field 변수를 참조하여 출력할까

public class ThisKeyWordTest {

    String field = "main class field";

    public static void main(String[] args) {

        String field = "main method field";

        ThisKeyWord thisKeyWord = new ThisKeyWord();
        ThisKeyWord.Inner inner = thisKeyWord.new Inner();

        inner.method();
    }
}

lambda field
Inner Class Field
Outer Class Field

람다식을 사용한 객체의 변수를 참조하는 것을 확인할 수 있다.

---

표준 API의 함수적 인터페이스

자바에서 제공되는 표준 API에서 한 개의 추상 메소드를 가지는 인터페이스들은 모두 람다식을 이용하여 익명 구현 객체로 표현이 가능하다.

예를 들어 스레드의 작업을 정의하는 Runnable 인터페이스는 매개변수와 리턴값이 없는 run() 메소드만 정의하고 있기 때문에 람다식을 사용하여 Runnable 인터페이스를 생성할 수 있다.

Runnable runnable = () -> {
        for(int i = 0; i < 10; i++) System.out.prinln(i);
}

Thread thread = new Thread(runnabe);
thread.start();

이는 Thread 생성자를 호출할 때 다음과 같이 람다식을 매개값으로 사용할 수도 있다.

Thread thread = new Thread( () -> {
                for(int i = 0; i < 10; i++) System.out.println(i);
        }
);

람다식을 사용하지 않으면 다음과 같이 메소드를 오버라이드하여 익명 함수를 작성하여야 한다.

Runnable runnable = new Runnable() {
    @Override
    public void run() {
        for(int i=0; i<10; i++)
            System.out.println(i);
    }
};

Thread thread = new Thread(runnable);
thread.start();

람다식을 사용함으로써 익명 함수의 정의를 간결하고 가독성좋게 작성할 수 있다.

Java 8 부터 빈번하게 사용되는 함수적 인터페이스(functional interface)는 java.util.function 표준 API 패키지로 제공한다.

 

종류	매개값	리턴값	특징
Consumer	🟢	❌
Supplier	❌	🟢
Function	🟢	🟢	주로 매개값을 리턴값으로 매핑(타입 변환)
Operator	🟢	🟢	주로 매개값을 연산하고 결과를 반환
Predicate	🟢	🟢     (boolean)	매개값을 조사하여 true/false 반환

 

---

오류

Target type of a lambda conversion must be an interface

• 컴파일러가 람다식이 어떤 함수형 인터페이스를 구현하고 있는지 알 수 없는 것이다.해당 오류는 아래와 같이 인터페이스를 명시해주어 해결할 수 있다.
• Object fi = (Runnable)() -> System.out.println("lambda test");
• Object fi = () -> System.out.println("lambda test"); // Target type of a lambda conversion must be an interface 발생

---

결론

• 람다식은 익명함수를 간결하게 작성할 수 있음
• [인터페이스] [변수] = [람다식] 형식으로 작성
• 람다식에 대입될 인터페이스를 타겟 타입이라 함
• 이중 콜론 연산자 사용가능
• 람다식의 this 키워드는 람다식을 구현한 클래스를 참조함