Java Functional Programming - 명령형 vs 선언형 프로그래밍

이 글은 Functional Programming 개념 및 활용법을 자바 기반으로 공부하기 위해 Gemini, Claude의 도움을 받아 작성하였습니다.

명령형(Imperative) 프로그래밍과 선언형(Declarative) 프로그래밍은 코드를 작성하는 근본적인 패러다임의 차이를 나타냅니다. 명령형은 ‘어떻게(How)’ 목표를 달성할지 컴퓨터에게 단계별 명령을 나열하는 방식인 반면, 선언형은 ‘무엇을(What)’ 달성할지 결과를 정의하는 데 초점을 맞춥니다.

Functional Programming은 대표적인 선언형 패러다임이며, 코드를 선언적으로 작성하면 개발자는 비즈니스 로직에 집중하고, 코드의 가독성을 높이며, 시스템의 유연성을 확보할 수 있습니다. 이 두 패러다임의 차이를 명확히 이해하는 것은 Java Stream API를 비롯한 Functional Programming 요소를 효과적으로 활용하는 데 필수적입니다.

1. 명령형 프로그래밍 (Imperative Programming)

명령형 프로그래밍은 개발자가 상태를 직접 변경하고, 목표 달성을 위한 정확한 제어 흐름을 지정하는 방식입니다. 마치 요리할 때 레시피의 모든 단계를 순서대로 지시하는 것과 같습니다.

특징

• How에 집중: 목표를 달성하는 구체적인 단계를 기술합니다.
• 가변 상태: 변수나 객체의 상태를 적극적으로 변경합니다.
• 제어 흐름: if, for, while 등 명시적인 제어 구조를 사용합니다.

명령형 코드 예시: 짝수의 제곱 합계 구하기

다음은 리스트에서 짝수만 필터링하여 제곱한 후 그 합계를 구하는 명령형 방식입니다.

import java.util.List;
import java.util.Arrays;

List<Integer> numbers = Arrays.asList(1, 2, 3, 4, 5, 6);
int sumOfEvenSquares = 0; // 1. 외부 상태(가변 변수) 초기화

// 2. 반복 제어 흐름(for loop)을 명시
for (int number : numbers) {
    // 3. 조건 검사(if)를 명시하여 짝수인지 확인
    if (number % 2 == 0) {
        int square = number * number;
        // 4. 외부 상태를 직접 변경 (Mutating State)
        sumOfEvenSquares += square;
    }
}

System.out.println("명령형 합계: " + sumOfEvenSquares); // 출력: 56 (4 + 16 + 36)

이 코드는 어떻게 (루프를 돌고, if로 검사하고, 변수를 갱신하여) 합계를 계산했는지에 초점을 맞춥니다.

2. 선언형 프로그래밍 (Declarative Programming)

선언형 프로그래밍은 개발자가 데이터의 변환 과정만 정의하고, 구체적인 실행 방법은 시스템(Stream API 런타임 등)에 위임하는 방식입니다. 마치 여행할 때 최종 목적지만 말하고 구체적인 운전 경로(경로 최적화, 신호 대기 등)는 내비게이션에 맡기는 것과 같습니다. Functional Programming은 이 선언형 패러다임의 가장 강력한 구현체입니다.

특징

• What에 집중: 원하는 결과와 데이터의 변환 규칙을 기술합니다.
• 불변 상태: 상태 변경 없이 항상 새로운 값을 반환하는 불변성을 지향합니다.
• 추상화: map, filter, reduce 등 고차 함수를 통해 반복 및 제어 흐름을 추상화합니다.

선언형 코드 예시: 짝수의 제곱 합계 구하기 (Stream API 활용)

Functional Programming의 선언형 방식은 Java Stream API를 통해 구현됩니다.

import java.util.List;
import java.util.Arrays;

List<Integer> numbers = Arrays.asList(1, 2, 3, 4, 5, 6);

// Functional Programming 스타일의 선언형 파이프라인
int sumOfEvenSquaresDeclarative = numbers.stream()
    // 1. 무엇을 할지 선언: 짝수만 필터링할 것 (filter)
    .filter(n -> n % 2 == 0)
    // 2. 무엇을 할지 선언: 각 요소를 제곱으로 변환할 것 (map)
    .mapToInt(n -> n * n)
    // 3. 무엇을 할지 선언: 결과를 합산할 것 (sum)
    .sum();

System.out.println("선언형 합계: " + sumOfEvenSquaresDeclarative); // 출력: 56

3. 선언형 프로그래밍의 실질적 이점

선언형 코드는 명령형 코드 대비 다음과 같은 이점을 제공합니다.

높은 가독성

코드가 비즈니스 로직 자체를 직접적으로 설명합니다. “짝수를 걸러내고, 제곱한 다음, 합산하라”는 도메인 언어와 유사하게 읽힙니다.

쉬운 유지보수

로직을 변경할 때 전체 루프 구조를 수정할 필요 없이, filter나 map과 같은 특정 변환 단계의 함수만 교체하면 됩니다.

최적화 및 병렬성

실행 방법이 런타임에 위임되므로, Java 런타임은 Stream 파이프라인을 자동으로 병렬 처리(parallelStream())하거나 최적화(예: 루프 퓨전)할 수 있는 자유를 얻습니다. 개발자는 어떻게 병렬 처리할지를 걱정할 필요가 없습니다.

결론

선언형 프로그래밍은 추상화 수준을 높여 코드를 간결하고 유연하며, 플랫폼의 성능 최적화 기능을 최대한 활용할 수 있도록 돕는 현대적인 개발 패러다임입니다.