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7-2. LINQ는 내부적으로 어떻게 동작할까?

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LINQ를 사용하다 보면 다음과 같은 코드를 자주 작성하게 된다.

List<int> numbers = [1, 2, 3, 4, 5];

IEnumerable<int> result =
    numbers.Where(number => number % 2 == 0);

보기에는 단순히 Where()를 호출한 것처럼 보인다.

하지만 실제로는 이 한 줄 안에서 여러 C# 기능이 함께 동작한다.

  • Extension Method
  • Lambda Expression
  • Delegate
  • IEnumerable
  • Iterator
  • yield return

LINQ는 새로운 문법이 아니라, 기존 C# 기능들을 조합하여 만든 라이브러리이다.

이번 글에서는 Where() 하나가 내부적으로 어떻게 동작하는지 살펴보자.

Where()는 메서드일 뿐이다

많은 사람들이

numbers.Where(...)

를 특별한 문법처럼 생각한다.

하지만 Where()는 단순한 메서드이다.

실제로 정의는 다음과 비슷하다.

public static IEnumerable<TSource> Where<TSource>(
    this IEnumerable<TSource> source,
    Func<TSource, bool> predicate)

여기서 중요한 것은 두 가지이다.

첫 번째 매개변수 앞에 붙은

this

는 Extension Method를 의미한다.

즉,

numbers.Where(...)

는 실제로는

Enumerable.Where(numbers, ...)

를 호출하는 것과 같다.

람다는 Func로 변환된다

다음 코드를 보자.

numbers.Where(number => number % 2 == 0);

람다는 그대로 실행되는 것이 아니다.

컴파일러는

number => number % 2 == 0

를

Func<int, bool>

Delegate로 변환한다.

즉,

실제로는

Func<int, bool> predicate =
    number => number % 2 == 0;

Enumerable.Where(numbers, predicate);

와 비슷한 형태가 된다.

IEnumerable를 반환하는 이유

Where()는

List<T>

를 반환하지 않는다.

반환형은

IEnumerable<T>

이다.

왜 그럴까?

그 이유는 아직 데이터를 검사하지 않았기 때문이다.

Where()는

“이 조건으로 데이터를 가져오겠다.”

라는 방법만 만들어 놓는다.

즉,

결과가 아니라

조회 방법을 반환한다.

실제 반복은 언제 일어날까?

다음 코드를 보자.

IEnumerable<int> result =
    numbers.Where(number => number % 2 == 0);

여기까지는 아무 일도 일어나지 않는다.

반복이 시작되는 순간은

foreach (int number in result)
{
    Console.WriteLine(number);
}

이다.

이때 비로소

1 검사

↓

2 검사

↓

3 검사

↓

4 검사

↓

...

가 수행된다.

이를 지연 실행(Deferred Execution) 이라고 한다.

Where()는 내부에서 어떻게 구현될까?

실제 .NET 구현은 훨씬 복잡하지만,

개념적으로는 다음과 비슷하다.

public static IEnumerable<int> Where(
    IEnumerable<int> source,
    Func<int, bool> predicate)
{
    foreach (int item in source)
    {
        if (predicate(item))
        {
            yield return item;
        }
    }
}

놀랍게도

LINQ도 결국

평범한 반복문이다.

yield return이 중요한 이유

여기서 핵심은

yield return

이다.

foreach (int item in source)
{
    if (predicate(item))
    {
        yield return item;
    }
}

이 코드는

모든 결과를 한 번에 만들지 않는다.

필요한 순간마다 하나씩 반환한다.

예를 들어

result.First();

만 호출한다면

첫 번째 조건을 만족하는 요소를 찾는 순간

순회가 종료된다.

즉,

불필요한 작업을 하지 않는다.

Where().Select().OrderBy()는 어떻게 이어질까?

다음 코드를 보자.

var result = players
    .Where(player => player.Level >= 10)
    .Select(player => player.Name)
    .OrderBy(name => name);

많은 사람들이

Where 완료

↓

Select 완료

↓

OrderBy 완료

순서로 실행된다고 생각한다.

실제로는 그렇지 않다.

각 메서드는

새로운 IEnumerable을 만들어 연결만 한다.

players

↓

Where Iterator

↓

Select Iterator

↓

OrderBy Iterator

실제 순회는

마지막에 데이터를 요청하는 순간 시작된다.

foreach는 무엇을 호출할까?

다음 코드

foreach (int number in result)
{
    Console.WriteLine(number);
}

는

컴파일러가

대략 다음처럼 바꾼다.

using IEnumerator<int> enumerator =
    result.GetEnumerator();

while (enumerator.MoveNext())
{
    int number = enumerator.Current;

    Console.WriteLine(number);
}

즉,

LINQ는

결국 Enumerator를 통해

데이터를 하나씩 꺼낸다.

LINQ는 새로운 컬렉션을 만드는 것이 아니다

다음 코드를 보자.

IEnumerable<int> result =
    numbers.Where(number => number > 3);

많은 사람들이

새로운 리스트가 만들어졌다고 생각한다.

하지만

실제로는

numbers

+

조건

만 저장되어 있다.

진짜 리스트를 만들려면

List<int> list =
    result.ToList();

처럼

즉시 실행 메서드를 호출해야 한다.

실제 .NET에서는 어떻게 최적화될까?

.NET의 LINQ 구현은 생각보다 훨씬 많은 최적화를 포함하고 있다.

예를 들어 Where()를 여러 번 연결하면 단순히 중첩 반복문을 만드는 것이 아니라, 가능한 경우 조건을 하나로 결합하여 불필요한 객체 생성을 줄인다.

또한 배열과 List<T>처럼 자주 사용하는 컬렉션은 전용 Iterator를 사용하여 일반적인 IEnumerable<T>보다 더 효율적으로 순회한다.

즉, 우리가 사용하는 Where() 하나도 내부에서는 다양한 최적화가 적용된다.

실무에서 자주 하는 오해

가장 흔한 오해는

LINQ는 반복문을 사용하지 않는다.

라는 것이다.

실제로는 모든 LINQ는 결국 컬렉션을 순회한다.

또 하나의 오해는

Where()를 호출하면 바로 필터링이 수행된다.

라는 것이다.

Where()는 조건만 저장해 두며, 실제 필터링은 데이터를 열거하는 순간 수행된다.

마무리

LINQ는 새로운 실행 방식이 아니라, Extension Method, Delegate, Lambda, IEnumerable<T>, yield return과 같은 C# 기능을 조합하여 만든 라이브러리이다.

Where()는 단순히 조건을 저장하는 Iterator를 만들고, 실제 데이터 처리는 foreach나 ToList(), First()처럼 결과를 요구하는 시점에 수행된다. 이러한 구조 덕분에 LINQ는 필요한 만큼만 데이터를 처리하는 지연 실행을 지원할 수 있다.

다음 글에서는 IEnumerable<T>와 IEnumerator<T>는 무엇이 다를까?를 살펴보며 foreach가 내부적으로 어떻게 동작하는지와 MoveNext(), Current, Dispose()의 역할을 알아보겠다.

핵심 정리

  • Where()는 특별한 문법이 아니라 Extension Method이다.
  • 람다는 Func<T, bool> Delegate로 변환된다.
  • Where()는 IEnumerable<T>를 반환하며, 결과가 아닌 조회 방법을 나타낸다.
  • 대부분의 LINQ는 yield return을 사용한 Iterator 기반으로 구현된다.
  • 실제 순회는 foreach나 ToList()처럼 결과를 요구하는 시점에 수행된다.
  • foreach는 내부적으로 IEnumerator<T>를 사용해 데이터를 순회한다.
  • .NET은 배열과 List<T> 등에 대해 전용 Iterator를 사용하는 등 다양한 최적화를 적용한다.

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