向Java开发者介绍Scala
2011-09-26 23:08 Rollen Holt 阅读(1664) 评论(0) 编辑 收藏 举报Scala结合了面向对象编程与函数编程思想，使用一种能够完全兼容Java、可以运行在Java虚拟机上的、简洁的语法。对于函数编程风格的支持，尤其是对于Lambda表达式的支持，能够有助于减少必须要编写的逻辑无关固定代码，也许让它可以更简单的关注要面对的任务本身，而相对的Java中对Lamdba表达式的支持要到预定于2012年发布的JavaSE8才会实现。本文就是对于Scala介绍。
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作为第一步，先安装好最新的Scala发布包Typesafe stack，打开命令行窗口，键入“scala”：这会启动REPL（读入-运算 输出 循环）交互式编码环境。然后你就可以写下你的第一行Scala代码：
scala> val columbus : Int = 1492
columbus: Int = 1492
我们刚刚声明了一个类型为Int的变量，初始值为1492，就像我们在Java里用语句Int columbus = 1492;所做的一样。除了把类型放在变量之后这样一种反向的声明方式之外，Scala在这里所表现出的不同是使用“val”来显性地把变量声明为不可变。如果我们想要修改这个变量:
scala> columbus = 1500 <console>:8: error: reassignment to val columbus = 1500 ^
请注意错误消息精确地指出了错误位于行的哪个位置。再尝试声明这个变量，但这一次用“var”，让其可变更。这样编译器拥有足够的智能来推断出1492是一个整数，你也就不需要指定类型了：
scala> var columbus = 1492 columbus: Int = 1492 scala> columbus = 1500 columbus: Int = 1500
接下来，我们来定义一个类：
scala> case class Employee( name:String="guest", age:Int=30, company:String = "DevCode" ) defined class Employee
我们定义了一个类，名为Employee，有三个不可变更的字段：name、age和company，各自有自己的缺省值。关键字“case”相当于Java里的switch语句，只不过要更为灵活。它说明该类具有模式匹配的额外机制，以及其他一些特性，包括用来创建实例的工厂方法（不需要使用“new”关键字来构造），同样的也不需要创建缺省的getter方法。与Java中不同的是，变量缺省下的访问控制是public（而不是protected），而Scala为公开变量创建一个getter方法，并命名为变量名。如果你愿意，你也可以把字段定义成可变且/或私有（private）的，只需要在参数之前使用“var”（例如：case class Person(private var name:String)）。
我们再来用不同方式创建一些实例，看看其他的特性，像是命名参数和缺省参数（从Scala2.8开始引入）：
scala> val guest = Employee()
guest: Employee = Employee(guest,30,DevCode)
scala> val guestAge = guest.age // （age变量的缺省getter方法） guestAge: Int = 300
scala> val anna = Employee("Anna") anna: Employee = Employee(Anna,30,DevCode)
scala> val thomas = Employee("Thomas",41) thomas: Employee = Employee(Thomas,41,DevCode)
scala> val luke = Employee("Luke", company="LucasArt") luke: Employee = Employee(Luke,30,LucasArt)
scala> val yoda = luke.copy("Yoda", age=800) yoda: Employee = Employee(Yoda,800,LucasArt)
不过，下面的写法
scala> val darth = Employee("Darth", "DevCode")
<console>:9: error: type mismatch;
found : java.lang.String("DevCode")
required: Int
Error occurred in an application involving default arguments.
val darth = Employee("Darth", "DevCode")
^
是行不通的（可不是因为Darth不是DevCode的雇员！），这是由于构造函数在这个位置需要age作为参数，因为函数参数没有显性地进行命名。
现在我们再来看集合，这才是真正让人兴奋的地方。
有了泛型（Java5以上），Java可以遍历一个——比方说整数型列表，用下面这样的代码：
List<Integer> numbers = new arrayList<Integer>();
numbers.add(1);
numbers.add(2);
numbers.add(3);
for(Integer n:numbers) {
System.out.println("Number "+n);
}
运行的结果是
Number 1
Number 2
Number 3
Scala对于可变集合和不可变集合进行了系统性地区别处理，不过鼓励使用不可变集合，也因此在缺省情况下创建不可变集合。这些集合是通过模拟的方式实现添加、更新和删除操作，在这些操作中，不是修改集合，而是返回新的集合。
与前面的Java代码等价的Scala代码可能像下面这样：
scala> val numbers = List(1,2,3)
numbers: List[Int] = List(1, 2, 3)
scala> for (n <- numbers) println("Number "+n) Number 1 Number 2 Number 3
这里的“for”循环语法结构非常接近于Java的命令式编程风格。在Scala（以及Java虚拟机上其他很多语言如：Groovy、JRuby或JPython）里还有另外一种方式来实现上面的逻辑。这种方式使用一种更加偏向函数编程的风格，引入了Lambda表达式（有时也称为闭包——closure）。简单地说，Lambda表达式就是你可以拿来当作参数传递的函数。这些函数使用参数作为输入（在我们的例子中就是“n”整型变量），返回语句作为函数体的最终语句。他们的形式如下
functionName { input =>
body
}
scala> numbers.foreach { n:Int => // 按回车键继续下一行
| println("Number "+n)
| } Number 1 Number 2 Number 3
上面的例子中，函数体只有一条语句（println……），返回的是单位（Unit，也就是“空结果”），也就是大致相当于Java中的void，不过有一点不同的是——void是不返回任何结果的。
除了只打印出我们的数值列表以外，应该说我们更想做的是处理和变换这些元素，这时我们需要调用方法来生成结果列表，以便后面接着使用。让我们尝试一些例子：
scala> val reversedList = numbers.reverse
reversedList: List[Int] = List(3, 2, 1)
scala> val numbersLessThan3 = numbers.filter { n => n < 3 } numbersLessThan3: List[Int] = List(1, 2)
scala> val oddNumbers = numbers.filterNot { n => n % 2 == 0 } oddNumbers: List[Int] = List(1, 3)
scala> val higherNumbers = numbers.map { n => n + 10 } higherNumbers: List[Int] = List(11, 12, 13)
最后的这一个变换“map”非常有用，它对列表的每一个元素应用闭包，结果是一个同样大小的、包含了每个变换后元素的列表。
我们在这里还想介绍最后的一个方法，就是“foldLeft”方法，它把状态从一个元素传播到另一个元素。比如说，要算出一个列表里所有元素的和，你需要累加它们，并在切换元素的时候保存中间的计数：
scala> val sumOfNumbers = numbers.foldLeft(0) { (total,element) =>
| total + element
| }
sumOfNumbers: Int = 6
作为第一个变量传递给foldLeft的值0是初始值（也就是说在把函数用到第一个列表元素的时候total=0）。(total,element)代表了一个Tuple2，在Scala里这是一个二元组（就像要表示三维空间坐标，经常要用到Tuple3(x,y,z)等等）。注意在合计时，Scala的编程接口实际上提供了一个“sum”方法，这样上一条语句就可以写成：
scala> val sumOfNumbers = numbers.sum sumOfNumbers: Int = 6
还有许多其他的类似的集合变换方法，你可以参照scaladoc API。你也可以把这些方法组合起来（例如：numbers.reverse.filter……），让代码更加简洁，不过这样会影响可读性。
最后，{ n => n + 10 }还可以简单地写成(_ + 10)，也就是说如果输入参数只是用于你调用的方法，则不需要声明它；在我们的例子里，“n”被称为匿名变量，因为你可以把它用任何形式来代替，比如说“x”或者“number”，而下划线则表示一处需要用你的列表的每个元素来填补的空白。（与“_”的功能类似，Groovy保留了关键字“it”，而Python则使用的是“self”）。
scala> val higherNumbers = numbers.map(_+10) higherNumbers: List[Int] = List(11, 12, 13)
在介绍了对整数的基本处理后，我们可以迈入下一个阶段，看看复杂对象集合的变换，例如使用我们上面所定义的Employee类：
scala> val allEmployees = List(luke,anna,guest,yoda,thomas) allEmployees: List[Employee] = List(Employee(Luke,30,LucasArt), Employee(Anna,30,DevCode), Employee(guest,30,DevCode), Employee(Yoda,800,LucasArt), Employee(Thomas,41,DevCode))
从这个五个元素的列表里，我们可以应用一个条件来过滤出应用匿名方法后返回值为True的雇员，这样就得到了——比方说属于DevCode的雇员：
scala> val devcodeEmployees = allEmployees.filter { _.company == "DevCode" }
devcodeEmployees: List[Employee] = List(Employee(Anna,30,DevCode), Employee(guest,30,DevCode), Employee(Thomas,41,DevCode))
scala> val oldEmployees = allEmployees.filter(_.age > 100).map(_.name) oldEmployees: List[String] = List(Yoda)
假设我们手头的allEmployees集合是我们使用SQL查询获得的结果集，查询语句可能类似于“SELECT * FROM employees WHERE company = ‘DevCode’ ”。现在我们可以把List[Employee]变换到以company名称作为键、属于该公司的所有员工的列表作为值的Map类型，这样就可以把雇员按company来排序：
scala> val sortedEmployees = allEmployees.groupBy(_.company) sortedEmployees: scala.collection.immutable.Map[String,List[Employee]] = Map(DevCode - > List(Employee(Anna,30,DevCode), Employee(guest,30,DevCode), Employee(Thomas,41,DevCode)), LucasArt -> List(Employee(Luke,30,LucasArt), Employee(Yoda,800,LucasArt)))
每一个列表已经作为一个值存入了（键——值）哈希表，为了示范如何进一步处理这些列表，可以设想我们需要计算每个公司的雇员平均年龄。
这具体意味着我们必须要计算每个列表的每个雇员的的“age”字段的和，然后除以该列表中雇员的数量。让我们先计算一下DevCode：
scala> devcodeEmployees res4: List[Employee] = List(Employee(Anna,30,DevCode), Employee(guest,30,DevCode), Employee(Thomas,41,DevCode)) scala> val devcodeAges = devcodeEmployees.map(_.age) devcodeAges: List[Int] = List(30, 30, 41) scala> val devcodeAverageAge = devcodeAges.sum / devcodeAges.size devcodeAverageAge: Int = 33
回到我们的Map (key:String ->value:List[Employee])，下面是个更加一般性的例子。我们现在可以归并并计算每个公司的平均年龄，要做的只是写几行代码：
scala> val averageAgeByCompany = sortedEmployees.map{ case(key,value)=>
| value(0).copy(name="average",age=(value.map(_.age).sum)/value.size)}
averageAgeByCompany: scala.collection.immutable.Iterable[Employee] = List(Employee(average,33,DevCode), Employee(average,415,LucasArt))
这里的“case(key,value)”说明了Scala提供的模式匹配机制是多么强大。请参考Scala的文档来获取更多的信息。
到这里我们的任务就完成了。我们实现的是一个简单的Map-Reduce算法。由于每个公司雇员的归并是完全独立于其他公司，这个算法非常直观地实现了并行计算。
在后面的附录里给出了此算法的等价的实现，分为Java版本和Scala版本。
参考
附录
Map Reduce: Java
public class Employee {
final String name;
final Integer age;
final String company;
public Employee(String name, Integer age, String company) {
this.name = name == null ? "guest" : name;
this.age = age == null ? 30 : age;
this.company = company == null ? "DevCode" : company;
}
public String getName() {
return name;
}
public int getAge() {
return age;
}
public String getCompany() {
return company;
}
@Override
public String toString() {
return "Employee [name=" + name + ", age=" + age + ",
company="
+ company + "]";
}
}
class Builder {
String name, company;
Integer age;
Builder(String name) {
this.name = name;
}
Employee build() {
return new Employee(name, age, company);
}
Builder age(Integer age) {
this.age = age;
return this;
}
Builder company(String company) {
this.company = company;
return this;
}
}
import java.util.ArrayList;
import java.util.Collection;
import java.util.List;
import com.google.common.base.Function;
import com.google.common.collect.ImmutableListMultimap;
import com.google.common.collect.ImmutableSet;
import com.google.common.collect.Multimaps;
public class MapReduce {
public static final void main(String[] args) {
Employee guest = new Builder("Guest").build();
Employee anna = new Builder("Anna").build();
Employee thomas = new Builder("Thomas").age(41).build();
Employee luke = new
Builder("Luke").company("LucasArt").build();
Employee yoda = new
Builder("Yoda").age(800).company("LucasArt").build();
Collection<Employee> employees = new ArrayList<Employee>();
employees.add(guest);
employees.add(anna);
employees.add(thomas);
employees.add(luke);
employees.add(yoda);
ImmutableListMultimap<String, Employee>
personsGroupByCompany = Multimaps.index(employees, new Function<Employee,String>() {
public String apply(Employee person) {
return person.getCompany();
}
});
ImmutableSet<String> companyNamesFromMap =
personsGroupByCompany.keySet();
List<Employee> averageAgeByCompany = new
ArrayList<Employee>();
for(String company: companyNamesFromMap) {
List<Employee> employeesForThisCompany =
personsGroupByCompany.get(company);
int sum = 0;
for(Employee employee: employeesForThisCompany) {
sum+= employee.getAge();
}
averageAgeByCompany.add(new
Employee("average",sum/employeesForThisCompany.size(),company));
}
System.out.println("Result: "+averageAgeByCompany);
}
}
MapReduce.scala:
case class Employee(name: String = "guest", age: Int = 30, company: String = "DevCode")
object MapReduce {
def main(args: Array[String]): Unit = {
val guest = Employee()
val anna = Employee("Anna")
val thomas = Employee("Thomas", 41)
val luke = Employee("Luke", company = "LucasArt")
val yoda = luke.copy("Yoda", age = 800)
val allEmployees = List(luke, anna, guest, yoda, thomas)
val sortedEmployees = allEmployees.groupBy(_.company)
val averageAgeByCompany = sortedEmployees.map { case (key, value) =>
value(0).copy(name = "average", age = (value.map(_.age).sum) / value.size)
}
println("Result: "+averageAgeByCompany)
}
}
关于作者
Thomas Alexandre是DevCode的高级咨询顾问，专注于Java和Scala软件开发。他热爱技术，热衷于分享知识，永远在寻求方法、采用新的开源软件和标准来实现更加有效的编程。在十四年的Java开发经验之外，过去几年他集中精力在新的编程语言和Web框架上，例如Groovy/Grails和Scala/Lift。Thomas从法国里尔大学获得了计算机科学博士学位，在卡耐基梅隆大学度过了两年的博士后研究生涯，研究方向是安全和电子商务。
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本博客已经废弃，不在维护。新博客地址：http://wenchao.ren
我喜欢程序员，他们单纯、固执、容易体会到成就感；面对压力，能够挑灯夜战不眠不休；面对困难，能够迎难而上挑战自我。他
们也会感到困惑与傍徨，但每个程序员的心中都有一个比尔盖茨或是乔布斯的梦想“用智慧开创属于自己的事业”。我想说的是，其
实我是一个程序员
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