从 Java 到 Scala，再到 Kotlin

在 Java 以后，JVM 平台上出现了一些其余的编程语言，Scala 和 Kotlin 能够算是其中的佼佼者。Scala 已成为大数据领域的明星，Kotlin 在 2017 年 Google IO 大会以后，俨然也成为了安卓平台潜力巨大的官方支持语言。他们都被冠以“更好的Java”而称道，然而它们采用的是两种不一样的设计理念。

本文咱们会经过对比 Java、Scala、Kotlin 这三门语言各自的发展路线，来认识 Kotlin 的设计哲学。

Java的发展

不得不说，Java是当今最成功的编程语言之一。自1996年Java问世，它始终霸占着编程语言生态中很大的一块。它的优点主要体如今：

• 多平台与强大的社区支持。不管是在Web开发仍是移动设备，Java都是最主流的编程语言之一；
• 尊重标准，有着严格的语言规范以及向后兼容性。所以Java很是适合开发团队之间的协做，即便组织变更，新人一样能够在相同的规范下快速推动项目。

然而，随着计算平台的快速发展，平台和业务自己对编程语言提出了更大的挑战。Java的发展也受到环境变化所带来的影响。如多核时代与大数据的到来，使得古老的函数式编程又从新变得“时髦”，Scala、Clojure这种多范式的编程语言开始受到愈来愈多开发人员的关注和喜好。另外一方面，Java的严格规范也经常被吐槽乏味。

所以，Java必须开始改变。

Java 8的探索

若是说Java 5引入泛型是Java发展历史上重大的进步，那么Java 8的发布也一样意义深远，它是Java对其将来发展一次崭新的探索。Java 8引入了不少全新的语言特性，如：

• 高阶函数和Lambda。首次突破了只有类做为头等公民的设计，支持将函数做为参数来进行传递，同时结合Lambda语法，改变了现有的程序设计模式；
• Stream API。流的引入简化了平常开发中的集合操做，并赋予了更强大的业务表达能力，并加强了代码的可读性；
• Optional类。为消除null引用所带来的NullPointerException问题在类型层面提供了一种解决思路。 这一次的发布在Java社区引来了不一样寻常的反响，由于Java程序员开始感觉到另一种编程范式所带来的全新体验—也就是所谓的函数式编程。拥抱函数式也为Java的发展指引了一个很好的方向。

Java将来会是什么样子

2016年11月在欧洲最大的Java峰会上，Oracle的Java语言架构师—Brian Goetz分享了关于Java这门语言将来发展的演讲。本次会议最大的收获，就是探索了将来Java可能支持的语言特性，它们包含了：

• 数据类
• 值类
• 泛型特化
• 更强大的类型推导
• 模式匹配

以上的语言特性，对于初尝函数式编程甜头的Java开发者而言，是十分值得期待的。它们能够进一步解放Java，让开发工做变得更加高效和灵活。好比，一旦Java支持了数据类，咱们就能够用很是简短的语法来表示一个常见的数据对象类，就像这样子：

public class User(String firstName, String lastName, DateTime birthday) 复制代码

而用现在的JavaBean，则意味着好几倍的代码量，这一切都让人火烧眉毛。与此同时，或许早有Java程序员开始了JVM平台上另外一种语言的研究。这门语言已支持了全部这些新的特性，并在设计的一开始，就集成了面向对象和函数式两大特征，它就是Scala。

Scala的百宝箱

Scala是洛桑联邦理工大学的马丁（Martin Odersky）教授创造的一门语言。他也参与了Java语言发展的研究工做，Java 5引入泛型就是他的杰做。事实上，在Java刚发布的时候，马丁教授就开始了Java的改良工做—他在JVM平台探索函数式编程，发布了一个名为Pizza的语言，那时就支持了泛型、高阶函数和模式匹配。

然而，在随后的探索过程当中，他渐渐发现Java是一门具备硬性约束的语言，在某些时候不能采用最优的方式来实施设计方案。所以，他和他的研究伙伴决定从新创造一门语言，既在学术上合理，同时也具有实用价值，这就是Scala的由来。

学术和工业的平衡

Scala是一门很是强大的编程语言，正如它名字（Scalable—可拓展）自己，用Scala编程就像拥有了哆啦A梦的口袋，里面装满了各类编程语言特性，如面向对象、函数式、宏。

Scala不只在面向对象方面进行了诸多的改良，并且完全拥抱了函数式。所以Scala也吸引了函数式编程社区不少厉害的程序员，他们将函数式编程的思想注入到了Scala社区，如此将使用Scala进行函数式编程提升到了新的高度。

因为Scala设计者学院派的背景，以及它某些看似“不一样寻常”的语法，它在发展早期（甚至如今）常常被描述为“过于学院派”，以致于马丁教授在某次Scala大会的演讲时，自嘲“Scala真正的做用是将人引向了Haskell”。

然而，真实的Scala倒是在不断地探索学术和实用价值两方面的平衡。不能否认的是：

• Scala已经成为大数据领域的热门语言，明星项目Spark就是用Scala开发，还有不少其余知名的项目如Akka、Kafka；
• 愈来愈多的商业公司如Twitter、PayPal、Salesforce都在大量使用这门语言。

另外一方面，Scala也确实是一门有着较陡的学习曲线的语言，由于它强大且灵活，正如马丁教授本身所言，Scala相信程序员的聪明才智，开发人员能够用它来灵活选择语言特性。但学术和工业的平衡始终是一个难题，与Java严格标准相比，Scala的多重选择也经常让人吐槽它复杂。

复合但不复杂

那么，Scala真的复杂吗？咱们不知听了多少次相似这样的抱怨。在搞明白这个问题以前，咱们须要先弄清楚到底什么是“复杂”。在英文中，复杂一词能够联想到两个单词—complex和complicated。实际上它们的含义大相径庭，更准确地说，complex更好的翻译是“具备复合性”。 Nicolas Perony曾在Ted上发表过一次关于“复合性理论”的演讲。

什么是复合性？复合并非复杂。一件复杂的事物是由不少小部分所组成的，每一部分都各不相同，并且每一部分都在这个体系中有其自身的确切做用。与之相反，一个复合的系统，由不少相似的部分所组成，并且（就是由于）它们之间的相互影响，才造成了一种宏观上一致的行为。复合系统含有不少相互动的元素，它们根据简单的、个体的规则行动，如此致使新特征的出现。

马丁教授一样发表过一篇名为《简单仍是复杂》的文章，表达过相似的观点。若是对搭积木这件事情进行思考，摩比世界提供固定的方案，而乐高提供了无穷的选择。然而，前者的零件种类数量比后者要多得的。相似的道理，编程语言能够依靠功能累加来构建所谓的语法，一样也能够经过简单完备的理论来发展语言特性，在马丁教授看来，Scala显然属于后者，它并不复杂，并且很是简单。

简单却不容易

事实上，函数式编程最明显的特征就是具有复合性。函数式开发作的最多的事情，就是对所须要处理的事物进行组合。若是说面向对象是概括法，侧重于对事物特征的提取及归纳；函数式中的组合思想则更像是演绎法，近似数学中的推导。

然而，“简单”的哲学也带来了相应的代价：

• 这是一种更加抽象的编程范式，诸如高阶类型、Typeclass等高级的函数式特性虽然提供了无比强大的抽象能力，但学习成本更高;
• 创建了另外一种与采用Java面向对象编程大相径庭的思惟模式。这种思惟方式上的巨大差别，显然是一个极高的门槛，同时也是形成Scala使人望而却步的缘由之一。

Scala在选择完全拥抱函数式的同时，也意味着它不是一门容易的语言，它没法成为一门像Java那样主流的编程语言。事实上，即便不少人采用Scala来进行开发，也仍是采用相似Java的思惟模式来编程，换句话说，Scala依旧是被当作是更好的Java来使用，但这确实是当今主流编程界最大的诉求。

在这种背景下，Kotlin做为一门JVM平台上新兴的编程语言，悄悄打开了一扇一样广阔的大门。

Kotlin—改良的Java

2010年JetBrains开始了创造Kotlin的想法。关于大名鼎鼎的JetBrains，想必是家喻户晓，知名的IntelliJ IDEA就是他们的产品之一。拥有为各类语言构建开发工具经验的JetBrains，天然是对编程语言设计领域最熟悉的一群人。当时，一方面他们看到了C#在.NET平台上大放异彩，另外一方面，Java相比新语言在某种程度上的滞后，让他们意识到了改良Java这门主流语言的必要性。

JetBrain团队设计Kotlin所要面临的第一个问题，就是必须兼容他们所拥有的数百万行Java代码库，这也彷佛正好表明了Kotlin基于整个Java社区所承载的使命之一，即须要与现有的Java代码彻底兼容。这个背景也决定了Kotlin的核心目标，就是为Java程序员提供一门更好的编程语言。

Kotlin的实用主义

Kotlin经常被认为是一门很是近似Scala的语言。的确，它们的诞生都源于Java语言的改良，同时都在面向对象和函数式之间创建起了多范式的桥梁。不能否认的是，Kotlin确实从Scala身上借鉴了许多，就连它的创做团队也表示过：“若是你Scala用的很开心，那么你并不须要Kotlin。”

然而，Kotlin与Scala的设计哲学又十分不一样。Kotlin并无像Scala那样热衷于编程语言自己的研究和探索。相反，它在解放Java的同时，又在语言特性的选择上表现得至关克制。

咱们说过，Scala旨在成为一门程序员梦想中的语言，它包含了全部你想拥有的语言特性。而Kotlin更加立足现实，它现阶段仍没有宏，也拒绝了不少所谓的高级函数式语言特性。但它在Java 的基础上发展了不少改善生产力的语言特性，如数据类、when表达式（必定程度上的模式匹配）、扩展函数（和属性）、可空类型等等，并且它彷佛偏好语法糖，好比Smart Casts，由于这可让编程人员在工程中的开发变得更加容易。

能够看出，Kotlin的自我定位很是清晰—它的目标就是在应用领域成为一门实用且高效的编程语言。若是说Scala的设计理念是more than Java（不只仅是Java），那么Kotlin才是一门真正意义上的better Java（更好的Java）。

更好的Java

若是你用Kotlin开发过业务，很快就会意识到它相较于Java的语法，显得更加简洁、高效，好比Kotlin作了这些改良：

• 极大程度上实现了类型推导，而Java在SE 10才支持了局部变量的推导；
• 放弃了static关键字，但又引入了object，咱们能够直接用它来声明一个单例，做为比较Java则必须依靠构建所谓的“单例模式”才能等效地表达；
• 引入了一些在Java中没有的“特殊类”，好比Data Classes（数据类）、Sealed Classes（密封类），咱们能够构建更深程度上的代数数据类型，结合when表达式来使用。

但可能你会问，以上Kotlin的特性，Scala也有，可否能够说前者只是后者的一个子集。这种表述实际上是不恰当的。其实，Kotlin在致力于成为更好的Java的道路上，不只仅是依靠这些新增的语言特性，它在兼容Java方面的设计，作了大量的工做，比Scala走的更远。

首先，从语言命名上就能够看出Kotlin在严格遵循Java的先例，它们都采用了岛屿的名字。

Java的名字来源于印度尼西亚瓜哇岛的英文名称，而Kotlin是俄罗斯圣彼得堡附近的一个岛屿。

其次，虽然都是兼容Java，Scala（最近的几个版本）必需要求Java 8，而Kotlin则能够跟Java 6一块儿工做，这也是后者在Android上更加流行的缘由之一。

另外，Kotlin并无像Scala那样在语法的探索上表现得“为所欲为”，Java程序员在学习Kotlin新语法特性的同时，依旧能够保留更多原有的习惯。举个例子，在Scala中，一切皆有类型。因此大部分时间，咱们都用等号来定义一个Scala的函数。函数体最后一个表达式的值就是这个函数的返回类型。

def foo(x: Int) = {
    val y = x + 2
    x + y
}
复制代码

没错，Scala舍弃了return关键字。在Kotlin中，它也引入了使用单行表达式来定义函数的语法，不须要用return来返回结果值。

fun foo(x: Int) = x * 2 + 2
复制代码

然而，大部分状况下，咱们仍是能够采用相似Java的方式来定义一个函数，如：

fun foo(x: Int): Int {
    val y = x * 2
    return y + 2
}
复制代码

因为Kotlin比Scala更加兼容Java的生态和语法，Java程序员能够更加容易地掌握它。另外一方面，Kotlin很是注重语法的简洁表达。若是你了解Scala中的implicit，可能曾被这个Scala的语法惊吓到，由于它很是强大。然而，正如咱们提到的“简单灵活”的另外一面，则意味着抽象和晦涩。Kotlin注重的是工程的实用性，因此它创造了扩展的语法，虽然相比implicit在功能上有损，但显得更加的具体直观，且依旧很是强大，知足了平常开发中绝大多数的需求。值得一提的是，Android则依靠这个Java所没有的特性，推出了扩展库android-ktx。

此外，Kotlin还新增了一些Java、Scala中没有的语法糖。若是你从事Android开发，那么确定少不了在工程中写过这样子的Java代码：

if(parentView instanceof ViewGroup){
    ((ViewGroup) parentView).addView(childView);
}
复制代码

为了类型安全咱们不得不写两遍ViewGroup，然而在Kotlin中咱们却能够直接这么写：

if(parentView is ViewGroup){
    parentView.addView(childView)
}
复制代码

这依靠的是Kotlin中的Smart Casts特性，咱们不评价这种语法糖是否好坏，但它能够在必定程度上改善咱们在工程中的开发体验。

整体而言，Kotlin旨在成为一门提高Java生产力的更好的编程语言，它拥有简洁的表达能力、强大的工具支持，同时至今仍然保持着很是快速的编译能力。相较而言，用Scala开发则经常受到编译过慢而带来的困扰。

强大的生态

如今，咱们已经了解了Kotlin总体的设计哲学，以及它相较Java、Scala的魅力所在。固然，本文彷佛并无任何关于语法细节的介绍，不着急，咱们会在后续的内容中深刻介绍Kotlin的语言特性，而且探索它具体的高级应用。

关于Kotlin，还有一个问题须要解答—咱们究竟能够用它来作什么。大几率上你是由于Kotlin成为Android官方支持语言的新闻而知晓它的。事实上，Kotlin不只支持Android，它仍是一门通用语言，若是用一句话来总结，那就是“Targeting JVM / JavaScript and Native”。现阶段的Kotlin咱们至少能够用它作如下的事情：

• Android开发

咱们不只能够用Kotlin调用现成的Java库，并且还有Google提供的Kotlin扩展库。Kotlin的语法很是适合Android工程开发，例如咱们提到过的Smart Casts，用它还能够改善findViewById的语法调用；

• 服务端开发

这是JVM语言最大的一个应用领域，天然也是Kotlin发挥的舞台。在Android支持Kotlin以后，Spring Framework 5也对它敞开了怀抱。基于Kotlin更天然的函数式特性，用Spring进行Web开发会在某些方面拥有比Java更好的体验；

• 前端开发

Kotlin还有两个强大的特性—dynamic类型以及类型安全的构建器，前者实现其与JavaScript互通，后者能够帮助开发者构建可靠的HTML页面。你能够尝试使用Kotlin来构建UI。

• 原生环境开发

由于Kotlin Native这个项目，Kotlin终于告别了Java，离开了JVM，直接编译成机器码供系统环境运行。虽然Kotlin Native尚处于早期阶段，但后续的发展很是值得期待。若是你家里有一个树莓派，不妨能够用它来试一试。

如你所见，Kotlin仍是一门很是开放、具备强大生态的编程语言。若是说与Java兼容能让它运行在全部支持Java的地方，那么它的革命创新使得它超越了Java，进入了更加广阔的世界。

小结

咱们打算用一个比喻来结尾。这个生动形象的说法来自于Lutz Hühnken的博客，他把Java、Scala、Kotlin比做滑雪运动中的不一样种类。

若是说JVM平台是一个滑雪世界，那么最先的Java语言就是你们最熟知的滑雪方式—双脚各踏一个滑雪板来进行滑雪。Scala则更像将两只脚都站在一块单板上来滑行的滑雪方式。那些用滑雪单板的高级运动员很是使人羡慕，由于他们能够用更优雅的姿式得到更快的速度，并且最重要的是他们能够作“深粉雪”滑行，这也就是所谓的函数式编程。

然而，对于用惯双板滑雪的运动员而言，尝试用单板来滑雪，就像是学习一种新的运动，会常常摔跤。其实，大部分人仍是更乐意用双板来进行滑雪。这时候，刻滑板出现了，使用它，运动员彻底能够保留原有双板的习惯，但同时依旧能够作某个程度上的深粉雪滑行。你猜的没错，它就是Kotlin。

对于滑雪这项运动而言，别忘了，还有一个世界性的赛事—Android开发，它暂时并无对单板开放，但对刻滑板则已经敞开了怀抱。

因此，若是你是想要寻找一种更好的Java语言的话，欢迎来到Kotlin的滑雪世界！

以上内容摘自《Kotlin核心编程》