[Java] 람다 표현식(Lamda Expression)과 함수형 인터페이스(Functional Interface)

모던 자바 인 액션(Modern Java in Action)을 읽고 정리한 내용입니다.

람다 표현식(Lamda Expression)이란?

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람다식은 자바에서 제공하는 함수형 프로그래밍 방식이다. 람다는 익명 함수(anonymous function)로, 함수를 일급값으로 넘기는 프로그램을 구현하는 것이다. 함수형 인터페이스를 구현하여 람다식을 사용한다.

 

람다식은 아래와 같은 특징이 있다.

• 변수에 할당할 수 있다.
• 함수형 인터페이스를 인수로 받는 메서드로 전달할 수 있다.
• 함수형 인터페이스의 추상 메서드와 같은 시그니처를 갖는다.

람다식 문법

() -> expression // expression style
() -> { statements; } // block style

() -> "Suyeon"
() -> { return "Suyeon"; }
(x,y) -> x >= y ? x : y;.

람다식에서 지역 변수 사용

• 람다 표현식에서는 익명 함수와 마찬가지로 자유 변수(free variable)를 사용할 수 있다. 이와 같은 동작을 람다 캡처링(capturing lamda)라고 한다. 이 때, 자유 변수란 파라미터로 넘겨진 변수가 아닌 외부에서 정의된 변수를 의미한다.
• 지역 변수를 자유롭게 캡쳐할 수 있지만, 지역 변수는 final로 선언되거나, 실질적으로 final로 선언된 변수와 똑같이 사용되어야한다. 람다식안에서 사용되는 지역변수는 final을 사용하지 않아도 상수로 간주된다.

람다식 활용하기

사용 사례	예시
불리언 표현	(List<String>) → list.isEmpty()
객체 생성	() → new Apple(10)
객체에서 소비	(Apple a) → System.out.println(a.getWeight)
객체에서 선택/추출	(String s) → s.length()
두 값 조합	(int a, int b) → a * b
두 객체 비교	(Apple a1, Apple a2) → a1.getWeight().compareTo(a2.getWeight())

람다식 형식 추론

• 자바 컴파일러는 람다 표현식이 사용된 컨텍스트를 이용해서 람다 표현식과 관련된 함수형 인터페이스를 추론한다. 대상 형식을 이용해서 함수 디스크립터를 알 수 있으므로 컴파일러는 람다의 시그니처도 추론할 수 있다.
• 따라서 컴파일러는 람다 표현식의 파라미터 형식에 접근할 수 있으므로 람다문법에서 이를 생략할 수 있다.

Comparator<Apple> c = (Apple a1, Apple a2) -> a1.getWeight().comareTo(a2.getWeight());
Comparator<Apple> c = (a1, a2) -> a1.getWeight().comareTo(a2.getWeight());

람다 표현식 사용 예시

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아래는 동작 파라미터화(전략 패턴) ⇒ 익명 클래스 ⇒ 람다 표현식 ⇒ 메서드 참조 형태로 점차 개선해나가는 코드이다.

1) 동작 파라미터화(전략 패턴)

comparator를 사용하여 구현한다.

public class AppleComparator implements Comparator<Apple> {
	public int compare(Apple a1, Apple a2) {
		return a1.getWeight().compareTo(a2.getWeight());
	}
}

inventory.sort(new AppleComparator());

2) 익명 클래스 사용

inventory.sort(new Comparator<Apple>() {
	public int compare(Apple a1, Apple a2) {
		return a1.getWeight().compareTo(a2.getWeight());
	}
});

3) 람다 표현식 사용

// 3-1. 람다 표현식 사용
inventory.sort((Apple a1, Apple a2) -> a1.getWeight().compareTo(a2.getWeight()));

// 3-2. comparing 메서드와 람다 표현식 사용
inventory.sort(comparing(apple -> apple.getWeight()));

4) 메서드 참조 사용

코드가 매우 간략해졌으며 가독성도 좋아졌다!

inventory.sort(comparing(Apple::getWeight));

함수형 인터페이스

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함수형 인터페이스란, 하나의 추상 메서드를 정의하는 인터페이스로 @FunctionalInterface로 표기한다. 함수형 인터페이스의 추상 메서드 시그니처를 함수 디스크립터라고 한다.

 

람다식을 구현하려면 함수형 인터페이스를 만들고 인터페이스에 람다식으로 구현할 메서드를 선언한다.

• 추상 메서드의 시그니처(함수 디스크립터)는 람다 표현식의 시그니처를 정의한다.
• 함수형 인터페이스의 추상 메서드는 람다 표현식의 시그니처를 묘사한다. 

* 람다식 사용시, 함수형 인터페이스를 구현해야하는 이유

람다식은 익명 함수로 구현하기 때문에 인터페이스에 여러개의 메서드가 있다면 어떤 메서드를 구현해야하는지 모호하다.

함수형 인터페이스의 경우 오직 하나의 추상 메서드를 지정하기때문에 위와같은 문제를 해결할 수 있다.

함수형 인터페이스의 종류

대표적으로 많이 사용하는 함수형 인터페이스 목록이다.

함수형 인터페이스	함수 디스크립터	설명
Predicate<T>	T → boolean	추상 메서드 test를 정의한다. (ex. filter)
Consumer<T>	T → void	추상 메서드 accept를 정의한다. (ex. forEach)
Function<T,R>	T → R	추상 메서드 apply를 정의한다. (ex. map)
Supplier<T>	() → T

Predicate 사용 예시 (negate, and, or)

Predicate<Apple> notRedApple = redApple.negate();
Predicate<Apple> readAndHeavyAppleOrGreen = 
	redApple.and(apple -> apple.getWeight() > 150)
					.or(apple -> GREEN.equals(apple.getColor()));

함수형 인터페이스와 람다식 사용 예시

public interface Predicate<T> {
	boolean test(T t);
}

static List<Apple> filterApples(List<Apple> inventory, Predicate<Apple> p) {
	List<Apple> result = new ArrayList<>();
	for(Apple apple : inventory) {
		if(p.test(apple)) {
			result.add(apple);
		}
	}
	return result;
}

// 함수 사용
filterApples(inventory, (Apple apple) -> GREE.equals(apple.getColor());
filterApples(inventory, (Apple apple) -> apple.getWeight() > 150);