scala 從入門到入門+

新手向,面向剛從java過渡到scala的同學,目的是寫出已已易於維護和閱讀的程式碼.

從語句到表示式

語句(statement): 一段可執行的程式碼
表示式(expression): 一段可以被求值的程式碼

在Java中語句和表示式是有區分的,表示式必須在return或者等號右側,而在scala中,一切都是表示式.

一個例子:
假設我們在公司的內網和外網要從不同的域名訪問一樣的機器

//Java程式碼
String urlString = null;
String hostName = InetAddress.getLocalHost().getHostName();
if (isInnerHost(hostName)) {
  urlString = "http://inner.host";
} else {
  urlString = "http://outter.host";
}

剛轉到scala的人很可能這麼寫

var urlString: String = null
var hostName = InetAddress.getLocalHost.getHostName
if (isInnerHost(hostName)) {
  urlString = "http://inner.host"
} else {
  urlString = "http://outter.host"
}

我們讓它更像scala一點吧

val hostName = InetAddress.getLocalHost.getHostName
val urlString = if (isInnerHost(hostName)) {
  "http://inner.host"
} else {
  "http://outter.host"
}

這樣做的好處都有啥?

1. 程式碼簡練,符合直覺

2. urlString 是值而不是變數,有效防止 urlString 在後續的程式碼中被更改(編譯時排錯)

很多時候,我們程式設計時說的安全並不是指怕被黑客破壞掉,而是預防自己因為逗比而讓程式崩了.

純函式和非純函式

純函式（Pure Function）是這樣一種函式——輸入輸出資料流全是顯式（Explicit）的。
顯式（Explicit）的意思是，函式與外界交換資料只有一個唯一渠道——引數和返回值；函式從函式外部接受的所有輸入資訊都通過引數傳遞到該函式內部；函式輸出到函式外部的所有資訊都通過返回值傳遞到該函式外部。

如果一個函式通過隱式（Implicit）方式，從外界獲取資料，或者向外部輸出資料，那麼，該函式就不是純函式，叫作非純函式（Impure Function）。
隱式（Implicit）的意思是，函式通過引數和返回值以外的渠道，和外界進行資料交換。比如，讀取全域性變數，修改全域性變數，都叫作以隱式的方式和外界進行資料交換；比如，利用I/O API（輸入輸出系統函式庫）讀取配置檔案，或者輸出到檔案，列印到螢幕，都叫做隱式的方式和外界進行資料交換。

//一些例子
//純函式
def add(a:Int,b:Int) = a + b
//非純函式
var a = 1
def addA(b:Int) = a + b
 
def add(a:Int,b:Int) = {
  println(s"a:$a b:$b")
  a + b
}
def randInt() = Random.nextInt()

純函式的好處(來自維基百科)

• 無狀態,執行緒安全,不需要執行緒同步.

• 純函式相互呼叫組裝起來的函式,還是純函式.

• 應用程式或者執行環境(Runtime)可以對純函式的運算結果進行快取,運算加快速度.

純函式的好處(來自我的經驗)

• 單元測試非常方便!

• 分散式/併發環境下,斷點除錯的方式無以為繼,你需要單元測試.

單元測試什麼的,趕緊去 http://www.scalatest.org 試試吧

惰性求值/Call by name

維基百科中惰性求值的解釋
惰性求值（Lazy Evaluation），又稱惰性計算、懶惰求值，是一個計算機程式設計中的一個概念，它的目的是要最小化計算機要做的工作。它有兩個相關而又有區別的含意，可以表示為“延遲求值”和“最小化求值”，本條目專注前者，後者請參見最小化計算條目。除可以得到效能的提升外，惰性計算的最重要的好處是它可以構造一個無限的資料型別。

惰性求值的相反是及早求值，這是一個大多數程式語言所擁有的普通計算方式。

惰性求值不是新鮮事

import scala.io.Source.fromFile
val iter: Iterator[String] =
  fromFile("sampleFile")
    .getLines()

檔案迭代器就用到了惰性求值.
使用者可以完全像操作記憶體中的資料一樣操作檔案,然而檔案只有一小部分傳入了記憶體中.

用lazy關鍵詞指定惰性求值

lazy val firstLazy = {
  println("first lazy")
  1
}
lazy val secondLazy = {
  println("second lazy")
  2
} 
def add(a:Int,b:Int) = {
  a+b
}

//在 scala repl 中的結果
scala> add(secondLazy,firstLazy)
second lazy
first lazy
res0: Int = 3

res0: Int = 3

second lazy 先於 first lazy輸出了

Call by value 就是函式引數的惰性求值

def firstLazy = {
  println("first lazy")
  1
}
def secondLazy = {
  println("second lazy")
  2
}
def chooseOne(first: Boolean, a: Int, b: Int) = {
  if (first) a else b
}
def chooseOneLazy(first: Boolean, a: => Int, b: => Int) = {
  if (first) a else b
}

chooseOne(first = true, secondLazy, firstLazy)
//second lazy
//first lazy
//res0: Int = 2
chooseOneLazy(first = true, secondLazy, firstLazy)
//second lazy
//res1: Int = 2

對於非純函式,惰性求值會產生和立即求值產生不一樣的結果.

一個例子,假設你要建立一個本地快取

//需要查詢mysql等,可能來自於一個第三方jar包
def itemIdToShopId: Int => Int  
var cache = Map.empty[Int, Int]
def cachedItemIdToShopId(itemId: Int):Int = {
  cache.get(itemId) match {
    case Some(shopId) => shopId
    case None =>
      val shopId = itemIdToShopId(itemId)
      cache += itemId -> shopId
      shopId
  }
}

• 羅輯沒什麼問題,但測試的時候不方便連mysql怎麼辦?

• 如果第三方jar包發生了改變,cachedItemIdToShopId也要發生改變.

//用你的本地mock來測試程式
def mockItemIdToSHopId: Int => Int
def cachedItemIdToShopId(itemId: Int): Int ={  
  cache.get(itemId) match {    
    case Some(shopId) => shopId
   case None =>    
      val shopId = mockItemIdToSHopId(itemId)
      cache += itemId -> shopId
     shopId    
  }    
}    

• 在測試的時候用mock,提交前要換成線上的,反覆測試的話要反覆改動,非常令人沮喪.

• 手工操作容易忙中出錯.

//將遠端請求的結果作為函式的一個引數
def cachedItemIdToShopId(itemId: Int, remoteShopId: Int): Int = {    
  cache.get(itemId) match {    
    case Some(shopId) => shopId    
    case None =>    
     val shopId = remoteShopId    
     cache += itemId -> shopId    
      shopId
  }    
}
//呼叫這個函式
cachedItemIdToShopId(itemId,itemIdToShopId(itemId))

• 函式對mysql的依賴沒有了

• 不需要在測試和提交時切換程式碼

• 貌似引入了新問題?

沒錯,cache根本沒有起應有的作用,函式每次執行的時候都呼叫了itemIdToShopId從遠端取資料

//改成call by name就沒有這個問題啦
def cachedItemIdToShopId(itemId: Int, remoteShopId: =>Int): Int = {    
  cache.get(itemId) match {    
    case Some(shopId) => shopId    
    case None =>    
     val shopId = remoteShopId    
     cache += itemId -> shopId    
      shopId
  }    
}
//呼叫這個函式
cachedItemIdToShopId(itemId,itemIdToShopId(itemId))

• 函式對mysql的依賴沒有了

• 不需要在測試和提交時切換程式碼

• 只在需要的時候查詢遠端庫

Tuple/case class/模式匹配

Tuple為程式設計提供許多便利

• 函式可以通過tuple返回多個值

• tuple可以儲存在容器類中,代替java bean

• 可以一次為多個變數賦值

使用tuple的例子

val (one, two) = (1, 2)        
one //res0: Int = 1    
two //res1: Int = 2            
def sellerAndItemId(orderId: Int): (Int, Int) =
   orderId match {    
    case 0 => (1, 2)    
 }            
val (sellerId, itemId) = sellerAndItemId(0)
sellerId // sellerId: Int = 1
itemId // itemId: Int = 2        
val sellerItem = sellerAndItemId(0)
sellerItem._1 //res4: Int = 1
sellerItem._2 //res5: Int = 2

用模式匹配增加tuple可讀性

val sampleList = List((1, 2, 3), (4, 5, 6), (7, 8, 9))
sampleList.map(x => s"${x._1}_${x._2}_${x._3}")
//res0: List[String] = List(1_2_3, 4_5_6, 7_8_9)
sampleList.map {    
  case (orderId, shopId, itemId) =>
    s"${orderId}_${shopId}_$itemId"
}    
//res1: List[String] = List(1_2_3, 4_5_6, 7_8_9)

上下兩個map做了同樣的事情,但下一個map為tuple中的三個值都給了名字,增加了程式碼的可讀性.

match和java和switch很像,但有區別

1. match是表示式,會返回值

2. match不需要”break”

3. 如果沒有任何符合要求的case,match會拋異常,因為是表示式

4. match可以匹配任何東西,switch只能匹配數字或字串常量

//case如果是常量,就在值相等時匹配.
//如果是變數,就匹配任何值.
def describe(x: Any) = x match {
   case 5 => "five"    
   case true => "truth"    
   case "hello" => "hi!"    
   case Nil => "the empty list"
   case somethingElse => "something else " + somethingElse    
}    

case class,tuple以及列表都可以在匹配的同時捕獲內部的內容.

case class Sample(a:String,b:String,c:String,d:String,e:String)
def showContent(x: Any) =
 x match {        
  case Sample(a,b,c,d,e) =>    
  s"Sample $a.$b.$c.$d.$e"    
  case (a,b,c,d,e) =>    
  s"tuple $a,$b,$c,$d,$e"    
  case head::second::rest =>    
  s"list head:$head second:$second rest:$rest"
}

Case class

1. 模式匹配過程中其實呼叫了類的unapply方法

2. Case class 是為模式匹配(以及其他一些方面)提供了特別的便利的類

3. Case class 還是普通的class,但是它自動為你實現了apply,unapply,toString等方法

4. 其實tuple就是泛型的case class

用 option 代替 null

null 的問題

Map<String, String> map = ???
String valFor2014 = map.get(“1024”); // null

if (valFor1024 == null)
    abadon();
else doSomething();

• null到底代表key找不到還是說1024對應的值就是null?

• 某年某月某日,我把為null則abandon這段程式碼寫了100遍.

option介紹

• option可以看作是一個容器,容器的size是1或0

• Size為1的時候就是一個Some[A](x: A),size為0的時候就是一個None

看看scala的map

def get(key: A): Option[B]

def getOrElse[B1 >: B](key: A, default: => B1): B1 = get(key) match {
  case Some(v) => v
  case None => default
}

• 可以區分Map中到底又沒有這個key.

• 我見過許多java專案自己實現了getOrElse這個方法並放在一個叫做MapUtils的類裡.

• 為什麼java經過這麼多代演進,Map仍然沒有預設包含這個方法,一直想不通.
  (寫完這段突然發現java8開始包含getOrDefault了)

好像沒有太大區別?

確實能夠區分Map是無值還是值為null了.
但是if(為null) 則 abandon 要寫一百遍.
case Some(v) => v
case None => default
似乎也得寫一百遍.

不,不是這樣的
不要忘了option是個容器
http://www.scala-lang.org/api…

試試容器裡的各種方法

val a: Option[String] = Some("1024")
val b: Option[String] = None
a.map(_.toInt)
//res0: Option[Int] = Some(1024)
b.map(_.toInt)
//res1: Option[Int] = None,不會甩exception
a.filter(_ == "2048")
//res2: Option[String] = None
b.filter(_ == "2048")
//res3: Option[String] = None
a.getOrElse("2048")
//res4: String = 1024
b.getOrElse("2048")
//res5: String = 2048
a.map(_.toInt)
  .map(_ + 1)
  .map(_ / 5)
  .map(_ / 2 == 0) //res6: Option[Boolean] = Some(false)
//如果是null,恐怕要一連check abandon四遍了

option配合其他容器使用

val a: Seq[String] =
  Seq("1", "2", "3", null, "4")
val b: Seq[Option[String]] =
  Seq(Some("1"), Some("2"), Some("3"), None, Some("4"))

a.filter(_ != null).map(_.toInt)
//res0: Seq[Int] = List(1, 2, 3, 4)
//如果你忘了檢查,編譯器是看不出來的,只能在跑崩的時候拋異常
b.flatMap(_.map(_.toInt))
//res1: Seq[Int] = List(1, 2, 3, 4)

• option幫助你把錯誤扼殺在編譯階段

• flatMap則可以在過濾空值的同時將option恢復為原始資料.

scala原生容器類都對option有良好支援

Seq(1,2,3).headOption
//res0: Option[Int] = Some(1)

Seq(1,2,3).find(_ == 5)
//res1: Option[Int] = None

Seq(1,2,3).lastOption
//res2: Option[Int] = Some(3)

Vector(1,2,3).reduceLeft(_ + _)
//res3: Int = 6

Vector(1,2,3).reduceLeftOption(_ + _)
//res4: Option[Int] = Some(6)
//在vector為空的時候也能用

Seq("a", "b", "c", null, "d").map(Option(_))
//res0: Seq[Option[String]] =
// List(Some(a), Some(b), Some(c), None, Some(d))
//原始資料轉換成option也很方便

用Try類儲存異常

傳統異常處理的侷限性

try {
  1024 / 0
} catch {
  case e: Throwable => e.printStackTrace()
}

用try-catch的模式,異常必須在丟擲的時候馬上處理.
然而在分散式計算中,我們很可能希望將異常集中到一起處理,來避免需要到每臺機器上單獨看錯誤日誌的窘態.

 val seq = Seq(0, 1, 2, 3, 4)
 //seq: Seq[Int] = List(0, 1, 2, 3, 4)

val seqTry = seq.map(x => Try {
  20 / x
})
//seqTry: Seq[scala.util.Try[Int]] = List(Failure(java.lang.ArithmeticException: devide by zero),Success(20), Success(10), Success(6), Success(5))

val succSeq = seqTry.flatMap(_.toOption)
//succSeq: Seq[Int] = List(20, 10, 6, 5) Try可以轉換成Option
val succSeq2 = seqTry.collect {
  case Success(x) => x
}
//succSeq2: Seq[Int] = List(20, 10, 6, 5) 和上一個是一樣的
val failSeq: Seq[Throwable] = seqTry.collect {
  case Failure(e) => e
}
//failSeq: Seq[Throwable] = List(java.lang.ArithmeticException: devide by zero)

Try例項可以序列化,並且在機器間傳送.

函式是一等公民

一個需求

• 假設我們需要檢查許多的數字是否符合某一範圍

• 範圍儲存在外部系統中,並且可能隨時更改

• 數字範圍像這樣儲存著”>= 3,< 7”

一個java版本

List<String> params = new LinkedList<>();
List<Integer> nums = new LinkedList<>();
List<String> marks = new LinkedList<>();

public JavaRangeMatcher(List<String> params) {
    this.params = params;
    for (String param : params) {
        String[] markNum = param.split(" ");
        marks.add(markNum[0]);
        nums.add(Integer.parseInt(markNum[1]));
    }
}

public boolean check(int input) {
    for (int i = 0; i < marks.size(); i++) {
        int num = nums.get(i);
        String mark = marks.get(i);
        if (mark.equals(">") && input <= num) return false;
        if (mark.equals(">=") && input < num) return false;
        if (mark.equals("<") && input >= num) return false;
        if (mark.equals("<=") && input > num) return false;
    }
    return true;
}

List<String> paramsList = new LinkedList<String>() {{
    add(“>= 3”);
    add(“< 7”);
}};
JavaRangeMatcher matcher = new JavaRangeMatcher(paramsList);
int[] inputs = new int[]{1, 3, 5, 7, 9};
for (int input : inputs) {
    System.out.println(matcher.check(input));
}
//給自己有限的時間,想想又沒有效能優化的餘地
//我們一起來跑跑看

一個 scala 版本

def exprToInt(expr: String): Int => Boolean = {
  val Array(mark, num, _*) = expr.split(" ")
  val numInt = num.toInt
  mark match {
    case "<" => numInt.>
    case ">" => numInt.<
    case ">=" => numInt.<=
    case "<=" => numInt.>=
  } //返回函式的函式
}

case class RangeMatcher(range: Seq[String]) {
  val rangeFunc: Seq[(Int) => Boolean] = range.map(exprToInt)

  def check(input: Int) = rangeFunc.forall(_(input))
}

def main(args: Array[String]) {
  val requirements = Seq(">= 3", "< 7")
  val rangeMatcher = RangeMatcher(requirements)
  val results = Seq(1, 3, 5, 7, 9).map(rangeMatcher.check)
  println(results.mkString(","))
  //false,true,true,false,false
}

關於效能

這裡有一個效能測試網站

我對於網站測試的結果,我總結的情況就是兩點.

1. 排在後面的基本都是動態型別語言,靜態型別語言相對容易優化到效能差不多的結果.

2. 同一個語言程式碼寫得好差產生的效能差異,遠遠比各種語言最好的程式碼效能差異大.

總的來說,程式設計師越自由,程式效能就越差

不過也有反例,我們之前那個程式就是.

//java版本
public static void main(String[] args) {
    List<String> paramsList = new LinkedList<String>() {{
        add(">= 3");
        add("< 7");
    }};
    JavaRangeMatcher matcher = new JavaRangeMatcher(paramsList);
    Random random = new Random();
    long timeBegin = System.currentTimeMillis();
    for (int i = 0; i < 100000000; i++) {
        int input = random.nextInt() % 10;
        matcher.check(input);
    }
    long timeEnd = System.currentTimeMillis();
    System.out.println("java 消耗時間: " + (timeEnd - timeBegin) + " 毫秒");
    //java 消耗時間: 3263 毫秒
}

//scala版本
def main(args: Array[String]) {
  val requirements = Seq(">= 3", "< 7")
  val rangeMatcher = RangeMatcher(requirements)
  val timeBegin = System.currentTimeMillis()
  0 until 100000000 foreach {
    case _ =>
      rangeMatcher.check(Random.nextInt(10))
  }
  val timeEnd = System.currentTimeMillis()
  println(s"scala 消耗時間 ${timeEnd - timeBegin} 毫秒")
  //scala 消耗時間 2617 毫秒
}

想想這是為什麼?

推薦資源

• 盡情地使用worksheet吧!

• 盡情地用IDE檢視標準庫的原始碼吧!

• 推薦coursera上的課程progfun和reactive

• 盡情地檢視文件,推薦軟體Dash