Java下一代:Groovy、Scala和Clojure共性,第2部分

作者：Neal Ford 2013-05-28 14:02:22

與Java™語言相關(guān)的常見抱怨包括：簡單的任務(wù)涉及到太多的步驟，默認(rèn)設(shè)置有時難以理解。所有3種Java下一代語言在這些領(lǐng)域都采取了更加明智的方法。這一期Java下一代展示了Groovy、Scala 和 Clojure 如何消除Java語言的瑕疵。

Java 編程語言誕生時所面臨的限制與如今的開發(fā)人員所面臨的條件有所不同。具體來講，由于上世紀(jì) 90 年代中期的硬件的性能和內(nèi)存限制，Java 語言中存在原語類型。從那時起，Java 語言不斷在演化，通過自動裝箱（autobox）消除了許多麻煩操作，而下一代語言（Groovy、Scala 和 Clojure）更進(jìn)一步，消除了每種語言中的不一致性和沖突。

在這一期的文章中，我將展示下一代語言如何消除一些常見的 Java 限制，無論是語法上還是默認(rèn)行為上。***個限制是原語數(shù)據(jù)類型的存在。

原語的消亡

Java 語言最開始有 8 對原語和相應(yīng)的類型包裝器類（最初用于解決性能和內(nèi)存限制），并通過自動裝箱逐步地淡化了它們之間的區(qū)別。Java 下一代語言更進(jìn)一步，讓開發(fā)人員覺得好像根本不存在差別。

Groovy 完全隱藏了原語類型。例如，int 始終表示 Integer，Groovy 自動處理數(shù)字類型的上變換，防止出現(xiàn)數(shù)值溢出錯誤。例如，請查看清單 1 中的 Groovy shell 交互：

清單 1. Groovy 對原語的自動處理

groovy:000> 1.class
===> class java.lang.Integer
groovy:000> 1e12.class
===> class java.math.BigDecimal

在清單 1 中，Groovy shell 顯示，即使是常量也是通過底層的類來表示的。因?yàn)樗袛?shù)字（和其他偽裝的原語）都是真正的類，所以可以使用元編程技術(shù)。這些技術(shù)包括將方法添加到數(shù)字中（這通常用于構(gòu)建特定領(lǐng)域的語言，即 DSL），支持 3.cm 這樣的表達(dá)式。在后面介紹可擴(kuò)展性的那期文章中，我會更全面地介紹此功能。

與 Groovy 中一樣，Clojure 自動屏蔽原語與包裝器之間的區(qū)別，允許對所有類型執(zhí)行方法調(diào)用，自動處理容量的類型轉(zhuǎn)換。Clojure 封裝了大量底層優(yōu)化，這已在語言文檔中詳細(xì)說明（參閱參考資料）。在許多情況下，可提供類型 hints，使編譯器能夠生成更快的代碼。例如，無需使用 (defn sum[x] ... ) 定義方法，可以添加一個類型提示，比如 (defn sum[^float x] ... )，它會為臨界區(qū) (critical section) 生成更高效的代碼。

Scala 也屏蔽了原語之間的區(qū)別，通常對代碼的時效性部件使用底層原語。它還允許在常量上調(diào)用方法，就像 2.toString 中一樣。借助其混搭原語和包裝器的能力，比如 Integer，Scala 比 Java 自動裝箱更加透明。例如，Scala 中的 == 運(yùn)算符可在原語和對象引用上正確運(yùn)行（比較值，而不是引用），而不同于相同運(yùn)算符的 Java 版本。Scala 還包含一個 eq 方法（以及一個對稱的 ne 方法），它始終比較底層引用類型是否等效。基本而言，Scala 會智能地切換默認(rèn)行為。在 Java 語言中，== 會對引用數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，您幾乎不需要這么做，可以使用不太直觀的 equals() 比較值。在 Scala 中，== 能正確運(yùn)行（比較值），無論底層實(shí)現(xiàn)是什么，它還提供了一個方法來執(zhí)行不太常見的引用相等性檢查 (reference equality check)。

Scala 的這一特性表明，Java 下一代語言的一個重要優(yōu)勢在于：將低級細(xì)節(jié)卸載到語言和運(yùn)行時，開發(fā)人員能夠有更多的時間考慮更高級的問題。

簡化默認(rèn)行為

人們的看法高度一致，大部分 Java 開發(fā)人員都認(rèn)為，在 Java 語言中常見的操作需要太多的語法。例如，屬性定義和其他樣板代碼使類定義變得很雜亂，掩蓋了重要的方法。所有 Java 下一代語言都提供了簡化創(chuàng)建和訪問過程的途徑。

Scala 中的類和 case 類

Scala 已簡化了類定義，可為您自動創(chuàng)建存取函數(shù)、賦值函數(shù)和構(gòu)造函數(shù)。例如，請查看清單 2 中的 Java 類：

清單 2. Java 中簡單的 Person 類

class Person { 
    private String name; 
    private int age; 
 
    Person(String name, int age) { 
        this.name = name; 
        this.age = age; 
    } 
 
    public String getName() { 
        return name; 
    } 
 
    public int getAge() { 
        return age; 
    } 
 
    public void setAge(int age) { 
        this.age = age; 
    } 
 
    @Override 
    public String toString() { 
        return name + " is " + age + " years old."; 
    } 
}

清單 2 中惟一的非樣板代碼是改寫的 toString() 方法。構(gòu)造函數(shù)和所有方法都由 IDE 生成。相比快速生成代碼，在以后輕松理解它更為重要。無用的語法增加了您在理解底層含義之前必須使用的代碼量。

Scala Person 類

令人震驚的是，清單 3 中用 Scala 編寫的簡單 3 行定義就創(chuàng)建了一個等效的類：

清單 3. Scala 中的等效類

class Person(val name: String, var age: Int) { 
  override def toString = name + " is " + age + " years old." 
}

清單 3 中的 Person 類濃縮成了一個可變的 age 屬性、一個不可變的 name 屬性，以及一個包含兩個參數(shù)的構(gòu)造函數(shù)，還有我改寫的 toString() 方法。很容易看到這個類的獨(dú)特之處，因?yàn)橛腥さ牟糠譀]有埋藏在語法中。

Scala 的設(shè)計(jì)強(qiáng)調(diào)了以最少的語法創(chuàng)建代碼的能力，它使許多語法成為可選語法。清單 4 中的簡單類演示了一個將字符串更改為大寫字母的 Verbose 類：

清單 4. Verbose 類

class UpperVerbose { 
  def upper(strings: String*) : Seq[String] = { 
    strings.map((s:String) => s.toUpperCase()) 
  } 
}

清單 4 中的許多代碼都是可選的。清單 5 給出了相同的代碼，現(xiàn)在使用了一個 object 而不是 class：

#p#
清單 5. 一個轉(zhuǎn)換為大寫的更簡單的對象

object Up { 
  def upper(strings: String*) = strings.map(_.toUpperCase()) 
}

對于等效于 Java 靜態(tài)方法的 Scala 代碼，可創(chuàng)建一個 object（與獨(dú)體實(shí)例等效的 Scala 內(nèi)置實(shí)體）而不是一個類。方法的返回類型、用于將單行方法主體分開的括號，以及清單 4 中無用的 s 參數(shù)都從清單 5 中消失了。Scala 中的這種 “可折疊語法” 有利有弊。使用可折疊語法，能夠以非常符合語言習(xí)慣的方式編寫代碼，但這讓不熟悉的人難以理解您的代碼。

case 類

用作數(shù)據(jù)持有者的簡單類在面向?qū)ο蟮南到y(tǒng)中很常見，尤其是必須與不同系統(tǒng)通信的系統(tǒng)。這種類型的類的流行使得 Scala 項(xiàng)目向前推進(jìn)了一步，創(chuàng)造了 case 類。case 類自動提供了多種便捷的語法：

可根據(jù)該類的名稱創(chuàng)建一個工廠方法。例如，可以在不使用 new 關(guān)鍵字的情況下構(gòu)造一個新實(shí)例：val bob = Person("Bob", 42)。
該類的參數(shù)列表中的所有參數(shù)都自動 val，也就是說，它們是作為不可變的內(nèi)部字段來維護(hù)的。
編譯器為您的類生成合理的默認(rèn) equals()、hashCode() 和 toString() 方法。
編譯器將一個 copy() 方法添加到類中，以便您可返回某個副本來執(zhí)行變體式更改。

Java 下一代語言不僅修復(fù)了語法瑕疵，還促進(jìn)了對現(xiàn)代軟件工作原理的更準(zhǔn)確的理解，朝這個方向塑造它們的工具。

Groovy 的自動生成屬性

在 Java 下一代語言中，Groovy 與 Java 語法最接近，為常見情形提供了稱為 “語法糖 (syntactic-sugar)” 的代碼生成方法。參見清單 6 中簡單的 Groovy Person 類：

清單 6. Groovy Person 類

class Person { 
  private name 
  def age 
 
  def getName() { 
    name 
  } 
 
  @Override 
  String toString() { 
    "${name} is ${age} years old." 
  } 
} 
 
def bob = new Person(name: "Bob", age:42) 
 
println(bob.name)

在清單 6 的 Groovy 代碼中，定義一個字段 def 會得到一個存取函數(shù)和賦值函數(shù)。如果僅喜歡其中一個函數(shù)，可自行定義它，就像我對 name 屬性所做的那樣。盡管該方法名為 getName()，但我仍然可以通過更直觀的 bob.name 語法訪問它。

如果希望 Groovy 自動為您生成 equals() 和 hashCode() 方法對，可以向類中添加 @EqualsAndHashCode 注釋。該注釋使用 Groovy 的抽象語法樹 (Abstract Syntax Tree, AST) 轉(zhuǎn)換 生成基于您的屬性的方法（參閱參考資料）。在默認(rèn)情況下，此注釋僅考慮屬性（而不考慮字段）；如果添加了 includeFields=true 修飾符，它也會考慮字段。

Clojure 的映射式記錄

可在 Clojure 中像其他語言中一樣創(chuàng)建相同 Person 類，但這并不符合語言習(xí)慣。傳統(tǒng)上，Clojure 等語言依靠映射（名稱-值對）數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)來持有這種類型的信息，并使用了一些處理該結(jié)構(gòu)的函數(shù)。盡管仍然可以在映射中建模結(jié)構(gòu)化的數(shù)據(jù)，但目前更常見的情形是使用記錄。記錄是 Clojure 對具有屬性（常常是嵌套的）的類型名的更加正式的封裝，每個實(shí)例具有相同的語義含義。（Clojure 中的記錄就像類 C 語言中的 struct。）

例如，請考慮以下人員定義：

(def mario {:fname "Mario":age "18"})

鑒于此結(jié)構(gòu)，可以通過 (get mario :age) 訪問 age。簡單的訪問是映射上的一個常見操作。借助 Clojure，可以利用使用鍵充當(dāng)著映射上的存取函數(shù) 的語法糖，以便使用更有效的 (:age mario) 速記法。Clojure 期望對映射進(jìn)行操作，所以它提供了大量語法糖來簡化此操作。

Clojure 還擁有訪問嵌套的映射元素的語法糖，如清單 7 所示：

清單 7. Clojure 的速記式訪問

(def hal {:fname "hal"
          :age "17"
          :address {:street "Enfield Tennis Academy"
                    :city "Boston"
                    :state "MA"}})

(println (:fname hal))
(println (:city (:address hal)))
(println (-> hal :address :city))

在清單 7 中，我定義了一個名為 hal 的嵌套數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。對外部元素的訪問按預(yù)期進(jìn)行 ((:fname hal))。如清單 7 中倒數(shù)第二行所示，Lisp 語法執(zhí)行 “內(nèi)外” 評估。首先，必須從 hal 獲取 address 記錄，然后訪問 city 字段。因?yàn)?“內(nèi)外” 評估是一種常見用法，所以 Clojure 提供了一個特殊運(yùn)算符（-> thread 運(yùn)算符）來反轉(zhuǎn)表達(dá)式，使它們更加自然、更具可讀性：(-> hal :address :city)。

可使用記錄創(chuàng)建等效的結(jié)構(gòu)，如清單 8 所示：

清單 8. 使用記錄創(chuàng)建結(jié)構(gòu)

				
(defrecord Person [fname lname address])
(defrecord Address [street city state])
(def don (Person. "Don" "Gately" 
           (Address. "Ennet House" "Boston", "MA")))

(println (:fname don))
(println (-> don :address :city))

在清單 8 中，我使用 defrecord 創(chuàng)建了相同的結(jié)構(gòu)，得到了一種更加傳統(tǒng)的類結(jié)構(gòu)。借助 Clojure，可以通過熟悉的映射操作和方言在記錄結(jié)構(gòu)中實(shí)現(xiàn)同樣便捷的訪問。

Clojure 1.2 圍繞常見操作的記錄定義通過兩個工廠函數(shù)添加了語法糖：

->類型名稱, 接收字段的位置參數(shù)
->映射->類型名稱, 字段值的關(guān)鍵字映射

使用符合語言習(xí)慣的函數(shù)，代碼由清單 8 轉(zhuǎn)換成版本清單 9.

清單 9. Clojure 的漂亮的語法糖

(def don (->Person "Don" "Gately" 
  (->Address "Ennet House" "Boston", "MA")))

在許多情況下，記錄比映射和扁平結(jié)構(gòu)更受歡迎。首先，defrecord 創(chuàng)建了一個 Java 類，使它更容易在多方法定義中使用。然后，defrecord 指定更多任務(wù)，在您定義記錄時啟用字段驗(yàn)證和其他細(xì)微處理。第三，記錄速度快得多，尤其在您擁有一組固定的已知鍵的時候。

Clojure 結(jié)合使用記錄和協(xié)議來構(gòu)造代碼。未來的一期文章將介紹它們的關(guān)系。

結(jié)束語

與 Java 語言相比，所有 3 種 Java 下一代語言都提供了更便捷的語法。Groovy 和 Scala 使構(gòu)建類和常見情形更加輕松，而 Clojure 使映射、記錄和類能夠無縫地互操作。所有 Java 下一代語言的一個共同主旨是消除不必要的樣板代碼。在下一期文章中，我將繼續(xù)探討這個主題并討論一些異常。

原文鏈接：http://www.ibm.com/developerworks/cn/java/j-jn3/index.html

責(zé)任編輯：陳四芳來源： developerWorks中國