feat: 20240122_함수형 프로그래밍_장호윤 (#59)

_posts/2024-01-22-functional-programming.md

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+title: 함수형 프로그래밍
+author: 장호윤  
+categories: 기술세미나  
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+  tags: [기술세미나]  
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+안녕하세요. 함수형 프로그래밍을 주제로 발표한 장호윤입니다. 보다 친숙한 객체지향 프로그래밍 외에 다른 프로그래밍 패러다임에 대해서 다뤄보고자 이 주제를 선정하게 되었습니다. 
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+## 프로그래밍 패러다임
+함수형 프로그래밍은 프로그래밍 패러다임 중 하나입니다. 
+프로그래밍 패러다임은 프로그래머가 어떤 관점으로 코드를 작성할지 결정하는 역할을 하는데, 최근의 프로그래밍 패러다임은 크게 아래와 같이 구분할 수 있습니다. 
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+- 명령형 프로그래밍
+	- 절차지향 프로그래밍
+	- 객체지향 프로그래밍
+- 선언형 프로그래밍
+	- 함수형 프로그래밍
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+명령형 프로그래밍은 무엇(What)을 할 것인지 나타내기보다 어떻게(How) 할 건지를 설명하는 방식의 패러다임이며 하위에 수행되어야 할 순차적인 처리 과정을 포함하는 절차지향 프로그래밍, 그리고 객체들의 집합으로 프로그램의 상호작용을 표현하는 객체지향 프로그래밍이 있습니다.
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+선언형 프로그래밍은 어떻게 할건지(How)를 나타내기보다 무엇(What)을 할 건지를 설명하는 방식이며, 함수형 프로그래밍이 이에 속합니다.
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+## 함수형 프로그래밍
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+그렇다면 함수형 프로그래밍은 무엇일까요?
+정의하자면 함수형 프로그래밍은 수학적 함수의 계산을 통해 자료를 처리하고 상태와 가변 데이터를 멀리하는 프로그래밍 패러다임입니다.
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+다르게 표현하자면, 함수형 프로그래밍은 함수들의 조합으로 프로그램을 작성하는 패러다임입니다. 각 함수는 입력을 받아 결과를 반환하며 내부적으로 어떠한 상태도 가지지 않습니다. 이로 인해 함수 호출 시 입력과 결과에만 집중하고 함수 내부에서 발생하는 일에 대해 신경 쓸 필요가 없습니다. 함수형 프로그래밍은 상태 변경을 피하고 부수 효과를 최소화하여 코드의 예측 가능성과 유지 보수성을 높이는 데 중점을 둡니다.
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+## 함수형 프로그래밍이 주목받는 이유
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+함수형 프로그래밍 언어는 객체지향과 같은 언어보다 더 오래된 역사를 가지고 있지만, 객체지향이나 절차지향 언어가 사람의 사고 흐름과 유사하여 더 널리 사용되었습니다. 그럼에도 불구하고, 최근 몇 년간 함수형 프로그래밍이 주목받는 이유는 여러 측면에서 이점을 제공하기 때문입니다.
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+첫째로, 함수형 프로그래밍은 가독성과 코드 재사용성을 높여주는 특성을 갖고 있습니다. 함수는 입력에 대한 출력만을 반환하고 내부적으로 상태를 유지하지 않기 때문에 코드의 동작을 이해하기 쉽고 예측하기 쉽습니다.
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+둘째로, 함수형 프로그래밍은 데이터 처리와 계산의 병렬화에 특히 유용합니다. 최근에는 AI, IoT, 빅데이터와 같은 분야에서 방대한 데이터를 빠르게 처리하고 병렬적으로 안정적으로 처리하는 것이 중요해졌는데, 함수형 프로그래밍은 이러한 요구사항을 충족시키는 데 효과적입니다.
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+특히, 함수형 프로그래밍에서는 데이터가 변경 불가능하고 부수 효과가 없으므로 여러 스레드가 동시에 공유 데이터에 접근해도 데이터가 변경되는 것을 막아줍니다. 이로 인해 동시성과 관련된 문제를 해결하는 데 유리합니다.
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+또한, 함수형 프로그래밍은 코드를 테스트하기 쉽고 함수의 역할이 명확하여 개발자가 코드를 이해하고 유지보수하기 쉽도록 돕습니다.
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+## 함수형 프로그래밍의 특징
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+함수형 프로그래밍의 특징을 한 줄로 요약하면 아래와 같습니다. 
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+부수 효과가 없는 순수 함수를 1급 객체로 간주하여 파라미터나 반환값으로 사용할 수 있으며, 참조 투명성을 지킬 수 있다.
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+###  1. 부수효과가 없는 순수함수
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+부수효과(Side Effect)란 다음과 같은 변화 또는 작업을 의미합니다. 
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+1. 변수값 변경
+2. 함수나 코드 블록 내에서 자료 구조(예: 배열, 리스트)의 내용이 수정
+3. 객체의 필드값을 설정
+4. 예외나 오류가 발생하며 실행 중단
+5. 콘솔 또는 파일 I/O 발생
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+이러한 부수 효과(Side Effect)를 제거한 함수를 순수 함수(Pure Function)라고 합니다. 함수형 프로그래밍에서는 주로 이러한 순수 함수를 사용합니다.
+부수효과는 프로그램의 예측성과 안정성을 저해할 수 있으며, 함수형 프로그래밍에서는 이러한 부수효과를 제거한 순수함수를 사용함으로써 더욱 안정적이고 확장 가능한 소프트웨어를 개발하는 데 초점을 맞춥니다.
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+### 2. 1급 객체
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+1급 객체(First-class object)는 다음과 같은 특성을 가진 객체를 말합니다:
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+1. 변수나 데이터 구조 안에 담기 가능
+2. 파라미터로 전달 가능
+3. 반환값으로 사용 가능
+4. 할당에 사용된 이름과 무관하게 고유한 구별 가능
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+함수형 프로그래밍에서는 함수가 1급 객체로 취급되기 때문에 함수를 변수에 할당하거나 데이터 구조 안에 담을 수 있으며, 함수를 다른 함수의 인자로 전달하거나 함수의 반환값으로 사용할 수 있습니다.
+
+예를 들어, Java 8에서 추가된 함수형 인터페이스를 사용하면 메서드를 객체로 다룰 수 있습니다. Java에서는 객체가 1급 시민이므로, 함수 역할을 하는 객체를 변수에 담거나 파라미터로 전달하고 반환값으로 사용하는 것이 가능합니다. 이를 통해 함수형 프로그래밍의 많은 이점을 활용할 수 있습니다.
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+### 3. 참조투명성
+참조 투명성(Referential Transparency)은 다음과 같은 특성을 가지는 개념입니다:
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+1. 동일한 인자에 대해 항상 동일한 결과를 반환해야 합니다. 즉, 어떤 함수 f에 동일한 인자 x를 넣고 실행하면 항상 f(x)라는 동일한 결과를 얻어야 합니다.
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+2. 참조 투명성이 있다는 것은 함수를 실행하여도 기존의 값이 변경되지 않고 유지된다는 것을 의미합니다. 이는 불변 데이터(Immutable Data)와 관련이 있습니다.
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+3. 함수를 실행해도 어떠한 상태의 변화 없이 항상 동일한 결과를 반환하여 항상 동일하게 실행 결과를 참조할 수 있다는 것을 의미합니다.
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+함수형 프로그래밍에서는 값의 대입이 없고, 부작용을 제거하여 프로그램의 동작을 이해하고 예측하기 쉽게 합니다. 따라서 참조 투명성은 함수형 프로그래밍에서 코드를 이해하고 유지보수하는 데 매우 유용한 개념입니다.
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+## 자바에서의 함수형 프로그래밍
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+Java는 기본적으로 객체지향 언어이지만, JDK 8부터는 Stream API와 람다식, 함수형 인터페이스 등을 도입하여 함수형 프로그래밍의 개념과 기능을 지원하게 되었습니다.
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+그 중 Stream API이 함수형 프로그래밍의 관점에서 가지는 여러가지 장점들에 대해서 소개해보고자 합니다. 
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+이전에는 배열이나 컬렉션을 다룰 때 for문이나 for each 문을 사용하여 요소를 하나씩 처리하는 방식이 일반적이었습니다. 그러나 이러한 방식은 로직이 복잡해지면 코드 양이 늘어나고 가독성이 떨어지며, 여러 로직이 섞이게 되는 등의 문제를 야기할 수 있었습니다.
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+하지만 Stream API를 이용하면 다음과 같은 측면에서 이점을 얻을 수 있습니다.
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+1. **내부 반복 (Internal Iteration):** 스트림은 내부 반복을 통해 작업을 처리합니다. 이는 개발자가 직접 반복문을 작성하지 않고도 데이터를 순회하고 가공할 수 있도록 해줍니다. 내부 반복을 사용하면 코드가 간결해지고 가독성이 향상되며, 개발자가 데이터를 처리하는 방법에 집중할 수 있습니다.
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+2. **코드의 간결성과 가독성:** 람다식과 스트림을 함께 사용하면 코드의 양을 줄이고 가독성을 높일 수 있습니다. 스트림은 함수형 프로그래밍 스타일에 부합하는 API를 제공하며, 간결하고 명확한 코드를 작성할 수 있도록 도와줍니다.
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+3. **불변성과 부작용 최소화:** 스트림은 데이터를 변환하는 과정에서 불변성(Immutable)을 유지하고 부작용(Side Effect)을 최소화하는 함수형 프로그래밍의 원칙을 따릅니다. 이는 코드의 예측 가능성과 안정성을 높여줍니다.
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+4. **병렬 처리 가능:** 스트림은 병렬 처리를 위한 기능을 제공합니다. 데이터를 여러 스레드에 분산하여 동시에 처리함으로써 성능을 향상시킬 수 있습니다. 이는 대용량 데이터를 효율적으로 처리하는 데 매우 유용합니다.
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+5. **코드 재사용성과 모듈화:** 스트림을 사용하면 코드를 더 작고 재사용 가능한 단위로 분리할 수 있습니다. 함수형 프로그래밍의 원칙에 따라 각각의 스트림 연산은 독립적으로 동작하므로, 이러한 연산들을 조합하여 복잡한 작업을 수행할 수 있습니다.
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+결론적으로,이러한 장점들은 스트림을 통해 함수형 프로그래밍 스타일을 채택한 Java 코드를 더 간결하고 유연하게 만들어줍니다. 함수형 프로그래밍의 개념을 활용하면 코드를 더 쉽게 이해하고 유지보수할 수 있으며, 높은 수준의 추상화를 통해 코드의 품질을 향상시킬 수 있습니다.
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+## 함수형 프로그래밍 vs 객체지향 프로그래밍?
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+함수형 프로그래밍과 객체지향 프로그래밍은 서로 상반된 개념이 아니라 함께 어우러져서 사용될 수 있습니다. 이 두 가지 프로그래밍 패러다임은 각각의 장점을 결합함으로써 유연하고 효율적인 소프트웨어 시스템을 구축하는 데 도움이 됩니다. 
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+객체지향 프로그래밍의 다형성은 강하게 비결합된 시스템을 만들어주어 설계된 구조의 경계 사이에서 종속성이 역전될 수 있도록 합니다. 이는 모킹이나 가짜 객체들을 사용하여 테스트가 가능하고, 다른 모듈들에 영향을 주지 않으면서도 수정될 수 있는 유연한 시스템을 만들어줍니다. 반면, 함수형 프로그래밍의 참조 투명성은 시스템을 예측 가능하게 만들어줍니다. 내부 상태를 변경할 수 없다는 성질은 시스템을 이해하기 쉽고, 개발하기 쉽게 만들어주며, 스레드 경쟁 상태와 같은 동시성 관련 문제를 현저히 줄여줍니다.
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+따라서 한 가지 방법론을 선택하고 다른 쪽을 배제하기 보다 함수형 프로그래밍과 객체지향 프로그래밍을 함께 사용될 때 최적의 결과를 얻을 수 있습니다. 이 두 가지 방법을 조화롭게 활용하면 유연하고, 유지보수 가능하며, 테스트 가능하면서도 단순하고 완성도 높은 소프트웨어 시스템을 구축할 수 있습니다.
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+##### 참고 자료
+https://mangkyu.tistory.com/111 
+https://mangsby.com/blog/programming/fp-vs-oop/
+https://wildeveloperetrain.tistory.com/52#google_vignette