Functional Programming(FP)

개요

함수형 프로그래밍(Functional Programming, FP)은 프로그래밍 패러다임 중 하나로, 순수한(pure) 함수의 개념과 불변성(immutability), 그리고 명령형 스타일이 아닌 선언형 스타일을 강조한다. 함수형 프로그래밍은 주로 수학적인 접근을 통해 문제를 해결하며, 함수의 입력만이 출력에 영향을 미치도록 설계된다. 이는 같은 입력에 대해 항상 같은 출력을 반환한다는 뜻이며, 이러한 함수를 순수 함수라고 한다.

함수형 프로그래밍의 특징

순수 함수(Pure Functions): 순수 함수는 동일한 입력이 주어지면 항상 동일한 출력을 반환하고, 부작용(side-effects)이 없는 함수를 의미한다. 부작용은 함수가 자신의 상태를 변경하거나, 함수 외부의 어떤 상태를 변경하는 것을 말한다.
불변성(Immutability): 함수형 프로그래밍에서는 데이터가 한 번 생성되면 그 상태가 변경되지 않는다. 즉, 변수가 아닌 값(value)을 사용한다. 이러한 불변성은 코드를 예측 가능하게 만들고, 멀티스레딩 환경에서의 버그를 줄이는 데 도움이 된다.
고차 함수(Higher-Order Functions): 고차 함수는 다른 함수를 인자로 받거나, 함수를 결과로 반환하는 함수를 말한다. 이는 함수를 값처럼 사용하여 함수의 재사용성과 모듈성을 향상시킨다.
재귀(Recursion): 함수형 프로그래밍에서는 주로 반복문 대신 재귀를 사용하여 반복을 구현한다. 이는 함수형 프로그래밍의 불변성 개념과 연관이 있다.
선언형 프로그래밍(Declarative Programming): 함수형 프로그래밍은 '어떻게(How)'보다는 '무엇을(What)'하는지에 초점을 맞춘다. 즉, 프로그램의 상태와 상태 변경을 설명하는 명령형 프로그래밍과 달리, 함수형 프로그래밍은 프로그램의 결과를 얻기 위해 계산이 어떻게 수행되어야 하는지를 설명한다.

Java, JavaScript, Python 등 많은 현대 프로그래밍 언어들은 함수형 프로그래밍 패러다임을 지원하며, 특히 데이터 처리와 병렬 처리에 이점이 있다. 이러한 이유로 함수형 프로그래밍은 대규모 데이터를 처리하는 빅 데이터 애플리케이션, 동시성을 다루는 멀티스레드 시스템 등에서 주로 활용되고 있다.

자바에서의 FP

자바는 원래 객체 지향 프로그래밍 언어이다. 그러나 자바 8부터 함수형 프로그래밍의 개념을 도입하여 이 두 가지 패러다임을 동시에 사용할 수 있게 되었다. 자바에서의 함수형 프로그래밍에는 주로 람다 표현식(Lambda expressions), 메소드 참조(Method references), 함수형 인터페이스(Functional interfaces) 등의 문법적 요소들이 있다.

람다 표현식(Lambda Expressions): 람다 표현식은 이름 없는 함수를 뜻하며, 함수형 프로그래밍에서 핵심적인 역할을 한다. 람다 표현식은 간결하게 코드를 작성할 수 있게 해주고, 함수를 다른 함수의 인자로 전달하거나 결과로 반환할 수 있게 한다.
```
// 람다 표현식 예시
BinaryOperator<Integer> add = (a, b) -> a + b;
int sum = add.apply(5, 3); // 결과: 8
```
위 코드에 적용된 람다 표현식을 분석해보면 다음과 같다.
- (a, b) : 입력 부분이다. 우리가 흔히 메소드에 전달하는 매개변수와 비슷하다. 위의 예시에서는 a와 b라는 두 개의 매개변수를 받는다.
- → : 이 부분은 람다 표현식에서 "전달된 매개변수를 이용하여 다음과 같은 동작을 수행한다"를 의미한다.
- a + b : 바디(body)입니다. 이 부분은 실제로 수행되는 작업을 나타낸다. 여기서는 a와 b를 더하는 동작을 나타낸다.
따라서 전체적으로 (a, b) -> a + b 람다 표현식은 "a와 b라는 두 입력을 받아서 이들을 더한 결과를 반환한다"라는 동작을 표현한다.
메소드 참조(Method References): 메소드 참조는 특정 메소드를 직접 참조하여 람다 표현식과 같이 함수를 다루는 데 사용한다. 이를 통해 코드를 더욱 간결하게 만들 수 있다.
```
// 메소드 참조 예시
List<String> words = Arrays.asList("Java", "Python", "C++");
words.stream().forEach(System.out::println);
```
함수형 인터페이스(Functional Interfaces): 함수형 인터페이스는 하나의 추상 메소드를 가지는 인터페이스를 말한다. 람다 표현식은 이 함수형 인터페이스의 인스턴스로 간주될 수 있다. 자바 8에서는 java.util.function 패키지를 통해 다양한 함수형 인터페이스를 제공한다.
```
// 함수형 인터페이스 예시
Predicate<Integer> isEven = n -> n % 2 == 0;
boolean result = isEven.test(10); // 결과: true
```