[Java] 람다식이란?

• 이 글은 "자바 온라인 스터디"에서 공부한 내용을 정리하였습니다.

람다식이란?

• 람다식이란 함수명을 선언하고 사용하는 것이 아닌 식별자 없이 실행가능한 함수입니다.

• 절차형 프로그래밍, 객체지향 프로그래밍과는 사뭇 다르게 함수의 구현과 호출만으로 프로그램을 만드는 방식인 함수형 프로그래밍에서 자주 사용됩니다.

• 자바 8부터 도입이 되었으며, 람다식을 익명함수를 만드는 것인데 익명함수는 일급객체 특징을 가지고 있습니다.

• 람다식 사용법은 (매개변수, ....) -> { 실행문 ... } 다음과 같이 사용하면 됩니다.

일급객체란?

함수형 프로그래밍에 1급객체라는 말을 자주 사용하는데, 1급객체가 무엇인지 정리하였습니다. Java와 Kotlin의 비교를 통해 Kotlin 함수는 1급 객체지만, Java는 1급객체가 아니라는 것을 알 수 있습니다. 아래의 3가지 조건을 만족하면 1급객체라고 할 수 있습니다.

1. 함수를 변수에 할당할 수 있어야 합니다.
2. 다른 함수의 파라미터로 함수 객체를 넘길 수 있어야 합니다.
3. 함수의 리턴값으로 함수 객체를 리턴할 수 있어야 합니다.

• 참조

interface OperatorInterface{
    int oper(int a, int b);
}

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

        OperatorInterface operatorInterface = new OperatorInterface() {
            @Override
            public int oper(int a, int b) {
                return a+b;
            }
        };
        System.out.println(operatorInterface.oper(20,10));      // 30

        OperatorInterface operatorInterface1 = ((a, b) -> {
           return a-b;
        });
        System.out.println(operatorInterface1.oper(20,10));     // 10
    }
}

람다식은 구현할 때 인터페이스의 메소드는 두 개 이상 있으면 안됩니다. 위의 코드와 같이 oper 라는 메소드를 추상메소드로 선언하고 main 코드내에서 정의할 수 있습니다. 첫 번째 operationInterface는 람다식을 사용하지 않고 덧셈을 구현하도록 정의하였습니다. 두 번째 operationInterface는 람다식을 사용하여 뺄셈을 구현하였습니다. 람다식의 장점 중 하나인 가독성이 좋아지는 것을 볼 수 있습니다.

함수형 인터페이스

여러 인터페이스가 존재하여 람다식으로 사용할 인터페이스지만 두 개 이상을 선언하는 실수가 존재할 수 있습니다. 이를 방지하기 위해 함수형 인터페이스인 @FunctionalInterface 어노테이션을 붙이게 되면 컴파일 타임에 실수를 방지할 수 있습니다.

@FunctionalInterface
interface OperatorInterface{
    int oper(int a, int b);
}

Variable Capture

다음 코드에서 람다식 외부에 선언된 변수 num을 자유변수라고 합니다. 이 자유변수를 람다식 내부에서 변경하게 되면 컴파일 에러가 발생하게 됩니다. 오류 메시지에서는 람다식에서 사용하는 변수는 final변수나 effectively final변수여야한다고 나와있습니다. final 변수는 선언과 동시에 초기화를 한 후 변경할 수 없는 변수를 말하고 effectively final 변수는 재할당을 하지 않는 변수를 뜻합니다. 이처럼 자유변수를 람다식 매개변수가 아닌 내부에서 참조하는 행위를 람다 캡처링(Lamda Capturing) 또는 변수 캡처링(Variable Capturing) 이라고 합니다.

자유변수가 final or effectively final이어야 하는 이유

• JVM 메모리 구조에 대해 알아야 하는데 간단하게 설명하자면, static 변수는 method 영역에 저장되고 new와 같이 동적으로 생성하는 변수는 heap 영역에 지역변수는 stack 영역에 생성됩니다.
• 스택 영역은 다른 영역과 달리 쓰레드마다 별도의 스택 영역에 생성되기 때문에, 쓰레드끼리 공유가 되지 않습니다.
• 람다식 내부는 별도의 쓰레드에서 실행을 하기 때문에 지역변수를 선언한 쓰레드에서 지역변수를 참조하기 위해 자신의 스택 영역에 복사하게 됩니다.
• 만일 멀티쓰레드 환경에서 여러 쓰레드가 동일한 람다식을 사용한다고 가정하면, 여러 쓰레드에서 람다 캡처링은 진행되지만 복사된 지역변수를 변하기 때문에 동기화 문제가 발생하게 됩니다.
• 이러한 이유로 람다식 내부에서 사용하는 자유변수는 final이거나 effectively final 이어야 합니다.
• 지역변수가 아닌 인스턴스 변수나 정적변수는 쓰레드마다 별도의 영역이 아닌 공유영역이기 때문에 람다식에서 사용할 수 있습니다.

메소드 참조(Method Reference)

메소드 참조는 람다식을 더 간편하게 사용하는 방법으로 불필요한 매개변수를 제거하고 사용하는 방법입니다.

@FunctionalInterface
interface MathInterface{
    int oper(int n);
}

public class Hello {
    public static void main(String[] args) {
        MathInterface mathInterface;
        mathInterface = n -> Math.abs(n);
        System.out.println(mathInterface.oper(-3));        // 3

        mathInterface = Math::abs;
        System.out.println(mathInterface.oper(-5));        // 5
    }
}

• MathInterface에서 처음으로 정의한 부분은 람다식으로 표현하였는데, 매개부분을 지워서 메소드 참조방식으로 두 번째처럼 나타낼 수 있습니다.
• :: 기호를 통해 간단하게 표현할 수 있고, 특정 인스턴스 메소드도 참조변수 이름을 통해서 메소드 참조를 사용할 수 있습니다.

생성자 참조(Constructor Reference)

메소드 참조와 비슷한 방법으로 생성자 람다식을 간편하게 사용하는 방법입니다.

import java.util.function.Function;

class Student{
    String name;

    public Student(String name) {
        this.name = name;
    }
}

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

        Student student = new Student("kim");
        System.out.println(student.name);

        Function<String, Student> function = Student::new;
        Student student1 = function.apply("oh");
        System.out.println(student1.name);
    }

}

• Funtion 함수적 인터페이스는 매개변수를 리턴값으로 매핑하는 역할을 하게 됩니다.
• 참고(https://docs.oracle.com/javase/8/docs/api/java/util/function/package-summary.html)