자바의 함수형 인터페이스

자바의 함수형 인터페이스

지난 포스팅에서 자바가 함수형 인터페이스를 통해 함수형 패러다임을 지원한다고 언급했다. 이번에는 함수형 인터페이스에 대해 보다 자세히 알아본다.

함수형 프로그래밍의 특성

먼저 함수형 프로그래밍의 특성에 대해 나열하고, 해당 특성을 자바에서 어떻게 반영했는지 정리한다.

함수형 프로그래밍의 가장 중요한 특징은 일단 함수가 순수하다는 것이다. 순수 함수는 입력을 통해서만 출력을 생성하고, 내부 상태를 변경하지 않는 함수다. 순수 함수는 일관되고 예측 가능한 결과를 제공하며, 버그를 찾고 디버깅하기 쉽다.

함수형 프로그래밍은 다음과 같은 특징이 있다.

• 순수 함수 (Pure Function): 순수 함수는 동일 입력에 대해 동일한 출력을 생성하는 함수이다. 즉, 내부 상태를 변경하지 않는 함수다. 이는 프로그램의 동작을 예측 가능하게 만들어 버그를 찾고 디버깅하기 쉽게 한다.

• 람다 함수 (Lambda Function): 람다 함수는 이름이 없는 함수를 의미한다. 이를 통해 재사용하지 않는 일회성 함수를 간단하고 빠르게 작성할 수 있다.

• 고차 함수 (Higher-Order Function): 고차 함수는 함수를 인자로 받거나, 함수를 반환하는 함수다. 이를 활용하면 코드를 보다 간결하고 재사용성이 높게 작성할 수 있다.

• 모나드 (Monad): 모나드는 값을 포장하는데 사용되는 구조다. 이를 통해 값의 흐름을 제어하고, 복잡한 흐름제어를 간결하게 표현할 수 있다.

• 불변성 (Immutability): 불변성은 객체가 생성된 후에는 그 상태가 변경되지 않는다는 것을 의미한다. 이를 활용하면 시간에 따른 상태 변화를 걱정하지 않고 안정적인 프로그램을 작성할 수 있다.

객체 지향과 함수형의 충돌

자바는 처음부터 객체 지향 프로그래밍 언어로 설계되었다. 객체 지향과 함수형 프로그래밍의 패러다임은 상당히 다르기 때문에, 자바에서 함수형 패러다임을 완전히 반영하기는 어렵다.

public class MyClass {
    private int value;

    public MyClass(int value) {
        this.value = value;
    }

    public void incrementValue() {
        value++;
    }
}

위의 코드에서 incrementValue 메소드는 내부 상태인 value를 변경하므로 순수 함수가 아니다. 이는 객체지향의 기본적인 동작이 함수형 패러다임과 대치된다는 사실을 알 수 있다. 객체지향은 객체의 값을 메소드(행위)를 통해 변경하는 방식으로 동작하기 때문이다.

함수형 인터페이스

하지만 자바는 이런 함수형 패러다임을 부분적으로 흡수해, 특수한 형태의 인터페이스인 함수형 인터페이스를 도입하였다. 함수형 인터페이스는 정확히 하나의 추상 메소드를 가지는 인터페이스를 말한다. 함수형 인터페이스는 static, default 메소드를 여러 개 가질 수 있지만, 추상 메소드는 오직 하나여야 한다.

@FunctionalInterface 어노테이션을 통해 해당 인터페이스가 함수형 인터페이스인지 컴파일 타임에 검증해준다. 만약 두개 이상의 추상 메소드를 명시하면 다음과 같은 에러 메세지가 발생한다.

Multiple non-overriding abstract methods found in interface MyFunction

@FunctionalInterface
public interface MyFunction {
    void apply();
}

위의 코드는 apply라는 하나의 추상 메소드를 가진 함수형 인터페이스의 예시다. 그러나 일반적으로 직접 함수형 인터페이스를 정의하는 경우는 별로 없으며, java.util.function에서 제공하는 함수형 인터페이스를 사용한다.

람다 표현식

람다 표현식은 이름이 없는 함수를 정의하는 간결한 방법으로, 함수형 인터페이스의 인스턴스를 생성할 때 사용된다.

MyFunction myFunction = () -> System.out.println("Hello, World!");

위의 코드는 MyFunction 함수형 인터페이스의 인스턴스를 람다 표현식을 통해 생성한 예시다.

람다 표현식은 자바 컴파일러에 의해 익명 클래스의 인스턴스로 변환된다. 즉, 위의 코드는 아래와 같이 변환된다.

MyFunction myFunction = new MyFunction() {
    @Override
    public void apply() {
        System.out.println("Hello, World!");
    }
};

이렇게 자바는 함수형 프로그래밍의 원리를 부분적으로 적용하면서도 객체 지향을 유지하도록 설계되어있다.

java.util.function의 대표적인 함수형 인터페이스

Predicate<Integer> isEven = number -> number % 2 == 0;

System.out.println(isEven.test(10)); // 출력: true
System.out.println(isEven.test(15)); // 출력: false

자바에서 제공하는 함수형 인터페이스는 java.util.function 패키지에 정의되어 있다. 자바에서 제공하는 대표적인 함수형 인터페이스는 다음과 같다.

Ref.

• Youtube - Lambda in Java
• Baeldung - Functional Programming in Java