原文链接: Pragmatic Functional Programming - Robert C. Martin (Uncle Bob),2017-07
基于liuchengxu的译文稿:实用的函数式编程
务实的函数式编程
函数式编程(functional programming/FP)的风潮,认真地来说是从大概10年前开始。我们开始关注像Scala、Clojure和F#这样的语言。这个风潮并非只是平平常常的『哇酷~一个新语言!』这样的热情。确实有某些实在的原因在推动着 —— 或者我们是这么想的。
摩尔定律告诉过我们,每隔18个月计算机的速度就会翻倍。这个定律从60年代和2000年都是有效的。但是之后失效了。大家冷静想一下。时钟频率到达3G HZ以后不再变快进入平台期了。这已经触到了光速的物理极限,在芯片上的信号传播已经快到不能有再快了。
所以硬件设计者改变了策略。为了获得更大的吞吐量,他们添加了更多的处理器(核心数)。同时为了这些核腾出空间,他们从芯片上去掉了很多缓存(cacheing)和流水线(pipelining)硬件。因而,单个处理器是比之前的要慢一些的;但是由于有了更多的处理器,吞吐量仍然是提升的。
【译注】:关于流水线(
pipeline)参见指令流水线(instruction pipeline) - zh.wikipedia.org。
8年前我有了第一台双核机器,两年后有了一台4核的机器。也就是说,核心数开始进入了快速增加时期。那时候我们都认识到,这将会以我们无法想象的方式影响软件开发。
一个对策就是学习FP。FP会极力避免在变量初始化之后改变对其状态(state)。这对并发(concurrency)有着深远的影响。如果不能改变变量的状态,就不会有竞争条件(race condition)。如果不能更新变量的值(value),也不会有并发更新(concurrent update)的问题。
当然了,这曾被认为是多核问题的解决方案。当核心数激增,并发,甚至是共时性(simultaneity),都会成为一个大问题。FP可以说是提供一个编程风格(the programming style),可以减轻在单个处理器应对1024核时会出现的问题。
所以所有人都开始学习Clojure、Scala、F#或是Haskell;因为大家相信FP的冲锋号已经吹响,都想作好准备!
然而,这一天一直没有到来。六年前我有了一个4核的笔记本,然后我又有了两个4核。而我的下一台笔记本估计也是4核。我们又进入了另一个平台期了?
说个题外话,昨晚我看了一部2007年的电影。女主角在用笔记本,在一个时髦的浏览器里面浏览网页,在使用
**_ TODO _**上面的这句比较级要好好推敲!
所以,或许,FP并不像我们之前想的那样是关键的一个技能。或许,我们不会被那么多的核包围。或许,也不用去担心在芯片上有32768个核。或许,我们都可以放松一下,回到以前那样去更新变量。
但是,我觉得这会是一个错误,一个严重的错误。我觉得这会和以前滥用goto一样严重。我觉得这会和放弃动态派发(dynamic dispatch)一样危险。
【译注】:关于动态派发(
dynamic dispatch)参见动态调度(dynamic dispatch) - zh.wikipedia.org。
为什么呢?让我们回到起初引起我们兴趣的原因 —— FP使得并发变得安全得多。如果你要搭建一个有很多线程或是进程的系统,使用FP会大大减少可能由竞争条件和并发更新引发的问题。
还有其它理由吗?呃~FP更易写、易读、易于测试和易于理解。听到这些,我能想象到,有些人已经在挥舞着拳头和抛桌子了。当你尝试过FP,你发现一点也不容易。map、reduce和递归 —— 尤其是尾递归,有哪一个是容易的?是的,收到收到。其实使用这些是一个熟悉程度的问题。一旦你熟悉这些概念以后(这个熟悉过程其实并不需要太长时间),编程就会变得容易的多。
为什么会变得容易得多呢?因为你不再需要跟踪系统的状态。由于变量的状态无法改变,所以系统的状态也就维持不变。不需要跟踪的不仅仅是系统,还有列表、集合、栈、队列等等通通都不需要跟踪状态,因为这些数据结构也无法改变。在FP语言中,当你向一个栈push一个元素,你将会得到一个新的栈,并不会改变原来的栈。这意味着减轻了程序员的负担,他们所需要记忆的东西更少了。需要跟踪的东西更少了,因而代码变的编写、阅读读、理解和测试。
那么,你应该使用哪种FP语言呢?我最喜欢的是Clojure。因为Clojure极其简单。它是Lisp的一个方言,Lisp是一个简单和漂亮的语言。让我给你展示一下:
在Java中的函数:f(x);
转换成Lisp的函数就是简单地将第一个括号移到左边即可:(f x)。
现在,你已经学会95%的Lisp和90%的Clojure了。对这些语言而言,这些小括号就是全部的语法了。极其简单。
你可能以前见过Lisp程序,不过不喜欢这些括号。可能你也不喜欢CAR、CDR和CADR这些。别担心。Clojure有着比Lisp更多的符号,所以括号相对少一些。Clojure用first、rest和second代替了CAR、CDR和CADR。此外,Clojure基于JVM,它完全可以访问Java库,和任何其他的Java框架和库。它的互用性快速而便捷。更好的一点是,Clojure能够拥有JVM完全的面向对象特征。
『等一下!』你可能会说,『FP和面对对象是相互不兼容的!』谁告诉你的?事实并非如此!在FP中,你的确无法改变一个对象的状态。但是那又怎么样呢?当你想要对一个对象进行改变时,得到一个新的对象就好了,之前的对象无须改变。一旦你习惯于此,这是十分容易处理的。
再回到面向对象。我发现面向对象最有用的一个特性是,在软件架构层面的动态多态性。Clojure提供了对Java动态多态性的完全接入。最好是用例子解释一下:
(defprotocol Gateway
(get-internal-episodes [this])
(get-public-episodes [this]))
上面的代码定义了一个JVM的多态接口(interface)。在Java中,这个接口看起来可能像这样:
public interface Gateway {
List<Episode> getInternalEpisodes();
List<Episode> getPublicEpisodes();
}
在JVM这个层面,所生成的字节码是完全相同的。实际上,一个Clojure的写程序要去实现这个接口会像Java实现一样。一个Clojure程序会通过同样的token实现一个Java的interface。在Clojure中,看起来大概像这样:
(deftype Gateway-imp [db]
Gateway
(get-internal-episodes [this]
(internal-episodes db))
(get-public-episodes [this]
(public-episodes db)))
注意构造函数参数db和所有的方法是如何访问它的。在上例中,接口的实现只是通过传递db简单地委托给了一些本地函数。
跟Lisp一样,Clojure也是一个同像性(Homoiconic)的语言,也就是说,代码本身就是程序能够操作的数据。这不难看出。下面的代码:(1 2 3) 表示一个三个整数的列表(list)。如果该列表的第一个元素变成了一个函数,也就是(f 2 3),那么它就变成了一个函数调用。故而,在Clojure中,所有的函数调用都是列表。列表可以直接被代码操作。所以,一个程序也可以构造和执行其他程序。
最后说一句,FP十分重要。你应该去学习它。如果你还在想你应该从哪个语言学起,我推荐Clojure。