• Scala 是一门怎样的语言,具有哪些优缺点?


    保罗·格雷厄姆在《黑客与画家》中写道,Java属于B&D(捆绑与束缚)类型的语言。为何束缚手脚?因为要让新手和明星程序员写出类似质量的代 码,尽可能的抹消人的才华对程序的影响。不同于C/C++,老手和新手写出的Java代码不会有上百倍的耗时差距。但同样也导致了Java的一个弱点—— 不容易优化。很多优化Java代码的程序员必须要对JVM(虚拟机)进行优化,实际上增大了很多任务难度。

    通过Python和Java这两个语言的优缺点,返回来看Scala,就能瞬间明白Scala的定位了。

    首先,Scala不把程序员当傻子。当马丁·奥德斯基宣布Scala 2.12(http://www.scala-lang.org/news/roadmap-next) 将要简化语法,推出Scala "Don Giovanni"项目的时候,在视频中说的很清楚:“Scala现在是为聪明人创造的,以后也是为聪明人服务的。”所以不同于Python让程序员用一 种方法做所有事情,Scala提供一整套工具,让程序员自由选择,无论是mutable数据结构,immutable数据结构,并行(parallel) 数据结构。然后在这些选择中,Scala再针对他们进行算法层面的特殊优化。Scala相信程序员的聪明才智,让程序员自行选择合适的结构,以针对变化万 千的任务需求,这点是Scala做得极好的地方。

    再者,有人会说immutable数据结构占用内存,或者速度很慢。这是真的,但这不是Scala的错,而是这些结构就是这样定义的。可以看看这个视频:https://www.parleys.com/tutorial/scala-collections-performance 这里讲的是Scala集合的运行速度,是一个来自Goldman Sachs的程序员讲他们为Java写的集合库(GSCollection)速度和内存消耗,但同时比较了gs-collection(goldmansachs/gs-collections · GitHub),Java,和Scala库的速度。最后Scala的可变集合mutable原生库完爆Java,和gs-collection基本持平。

    Scala的第二个优势,相较于Java而言,则是相信程序员的优化能力。在Scala with Style讲话中(https://www.youtube.com/watch?v=kkTFx3-duc8),马丁·奥德斯基说:“很多程序员会告诉我,他们一般会重构他们的Scala代码两三次,甚至三四次。”这听起来似乎非常的没有效率,但Scala就是这样的语言,每一次重构,代码的性能或者是可读性都会有极高的提升。

    之 前就有人提到过,Scala新手和老手写出来的代码完全会呈现两种不同的风格,甚至新人根本不能读懂有经验的Scala程序员所写的代码,有人于是戏称: “太好了,这样的话我们部门的实习生就不能乱碰我写的代码啦!”但其实不仅风格不同,执行效率差距也一定是巨大的。Scala提供一整套工具,但是要明白 什么时候用拿一种工具,哪些算法能够随意调用,哪些算法不能,这一定要依靠经验、研究和学习以及对源代码的理解才能得知。最简单的例子,Scala的 foreach()方法是高度优化过了的(尤其针对Range结构和Vector结构),但是fold()就不一定了。或者当受到诱惑想用 zipWithIndex()的时候,一定要明白这是两次循环,最好改用Vector(...).indices.foreach()的方法,或者 用.view来推迟执行。

    像这样的地方还有很多。所以在这个层面上来讲,简直和C++非常的相似。从另外一个层面来讲,不仅仅是要理解语 言层面的优化,Scala作为一个社区而言,是非常追求运行速度的。Ruby社区就完全不同了,Ruby曾经是推特的主要语言。推特的团队找到了Ruby 团队,说,你们能不能让Ruby运行的快一点,我们有这个这个和这个建议。Ruby直接把这些建议拒绝了,因为它们会增加语言复杂度,让Ruby不能继续 做一个“fun”(好玩)的语言。而Python直接就立志做一个“Simple”(简单)的语言了。于是推特只好将后台换做Scala和Java的结 合。有一位在推特工作的知乎友人在我的一个回答下留言说推特换用Scala后,TypeSafe(Scala的母公司)还送去了一个蛋糕。

    为了追求速度,Scala社区是绝对不会管所谓的“简单”或者是“好玩”,怎样有效率就怎样弄。与其专注于JVM的改进,Scala社区大部分在编译器上下功夫,比如很著名的Miniboxing(Miniboxing), 这是一个编译器增进器。Miniboxing做的是什么呢?只做一件事:防止auto-boxing和auto-unboxing。所有的泛型,尤其是原 生类泛型(Primitive Types),诸如Int、Double等等,在进行各种操作的时候会自动取出和装回它们所属的类中去——这个我解释的不太好,但是可以看这里(Java 自动装箱与拆箱(Autoboxing and unboxing))。

    Miniboxing这样的插件可以让所有的原生类泛型再也不用自动装拆箱,从而将Scala的运行速度提升1.5倍到22倍(http://scala-miniboxing.org/benchmarks.html)。当然这样的东西可不是白来的,这是马丁·奥德斯基的PhD博士学生做的一个研究项目,然后为OOPSLA写了一篇论文(http://dl.acm.org/citation.cfm?id=2509537),所以怪不得这玩意Scala可以有,但其他语言想要有都没有。

    另 一个Scala的很大优势就是所谓的Macro——宏。宏本身作为元编程而言,其实和运行速度是没有什么太大关系的,反而,因为对反射(Reflect) 的利用,可能会影响到速度。但Scala社区对宏的理解显然和最初的设计理念有偏差。因为Scala本身是没有传统意义的循环的(for-loop),所 以很多时候循环必须利用while或者foreach。但是部分追求效率的Scala程序员们利用宏为Scala写了一个传统循环,叫做cfor,被收录 在Spire(non/spire · GitHub)数学计算库中。cfor的写法如下:

    import spire.syntax.cfor._
    
    // print numbers 1 through 10
    cfor(0)(_ <</span> 10, _ + 1) { i =>
      println(i)
    }
    
    


    而这玩意运行效率如何呢?https://www.chrisstucchio.com/blog/2014/learning_spire_cfor.html 文章中做了一次测评,将cfor和zip写的一个算法作比较——在公布结果之前,我想说的是,zip并不是一个高度优化的方法,所以本身就慢很多,cfor用了26.1毫秒运行,zip方法用了7.4 秒运行,这几乎是284倍的速度差距。

    通 过这两点,Scala的一个优势就很明显了——多样化。当需要写简单的代码,像Python一样当脚本语言使用时,Scala提供大量的原生方法和数据结 构,可以很轻松的写出比较复杂的操作。但当需要速度的时候,又可以通过重构来获取数十倍或者上百倍的速度提升。通过Miniboxing一类的编译器增强 器,Scala在某些操作的速度是必定超过Java的。

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