## FP之优点 你大概已经在想:上面这种怪胎函数怎么也不合理嘛。在我刚开始学习FP的时候我也这样想的。不过后来我知道我是错的。使用这种方式编程有很多好处。其中一些是主观的。比如说有人认为函数式程序更容易理解。这个我就不说了,哪怕街上随便找个小孩都知道‘容易理解’是多么主观的事情。幸运的是,客观方面的好处还有很多。 ### 单元测试 因为FP中的每个符号都是final的,于是没有什么函数会有副作用。谁也不能在运行时修改任何东西,也没有函数可以修改在它的作用域之外修改什么值给其他函数继续使用(在指令式编程中可以用类成员或是全局变量做到)。这意味着决定函数执行结果的唯一因素就是它的返回值,而影响其返回值的唯一因素就是它的参数。 这正是单元测试工程师梦寐以求的啊。现在测试程序中的函数时只需要关注它的参数就可以了。完全不需要担心函数调用的顺序,也不用费心设置外部某些状态值。唯一需要做的就是传递一些可以代表边界条件的参数给这些函数。相对于指令式编程,如果FP程序中的每一个函数都能通过单元测试,那么我们对这个软件的质量必将信心百倍。反观Java或者C++,仅仅检查函数的返回值是不够的:代码可能修改外部状态值,因此我们还需要验证这些外部的状态值的正确性。在FP语言中呢,就完全不需要。 ### 调试查错 如果一段FP程序没有按照预期设计那样运行,调试的工作几乎不费吹灰之力。这些错误是百分之一百可以重现的,因为FP程序中的错误不依赖于之前运行过的不相关的代码。而在一个指令式程序中,一个bug可能有时能重现而有些时候又不能。因为这些函数的运行依赖于某些外部状态, 而这些外部状态又需要由某些与这个bug完全不相关的代码通过某个特别的执行流程才能修改。在FP中这种情况完全不存在:如果一个函数的返回值出错了,它一直都会出错,无论你之前运行了什么代码。 一旦问题可以重现,解决它就变得非常简单,几乎就是一段愉悦的旅程。中断程序的运行,检查一下栈,就可以看到每一个函数调用时使用的每一个参数,这一点和指令式代码一样。不同的是指令式程序中这些数据还不足够,因为函数的运行还可能依赖于成员变量,全局变量,还有其他类的状态(而这些状态又依赖于类似的变量)。FP中的函数只依赖于传给它的参数,而这些参数就在眼前!还有,对指令式程序中函数返回值的检查并不能保证这个函数是正确运行的。还要逐一检查若干作用域以外的对象以确保这个函数没有对这些牵连的对象做出什么越轨的行为(译者:好吧,翻译到这里我自己已经有点激动了)。对于一个FP程序,你要做的仅仅是看一下函数的返回值。 把栈上的数据过一遍就可以得知有哪些参数传给了什么函数,这些函数又返回了什么值。当一个返回值看起来不对头的那一刻,跳进这个函数看看里面发生了什么。一直重复跟进下去就可以找到bug的源头! ### 并发执行 不需要任何改动,所有FP程序都是可以并发执行的。由于根本不需要采用锁机制,因此完全不需要担心死锁或是并发竞争的发生。在FP程序中没有哪个线程可以修改任何数据,更不用说多线程之间了。这使得我们可以轻松的添加线程,至于那些祸害并发程序的老问题,想都不用想! 既然是这样,为什么没有人在那些高度并行的那些应用程序中采用FP编程呢?事实上,这样的例子并不少见。爱立信开发了一种FP语言,名叫Erlang,并应用在他们的电信交换机上,而这些交换机不仅容错度高而且拓展性强。许多人看到了Erlang的这些优势也纷纷开始使用这一语言。在这里提到的电信交换控制系统远远要比华尔街上使用的系统具有更好的扩展性也更可靠。事实上,用Erlang搭建的系统并不具备可扩展性和可靠性,而Java可以提供这些特性。Erlang只是像岩石一样结实不容易出错而已。 FP关于并行的优势不仅于此。就算某个FP程序本身只是单线程的,编译器也可以将其优化成可以在多CPU上运行的并发程序。以下面的程序为例: ~~~ String s1 = somewhatLongOperation1(); String s2 = somewhatLongOperation2(); String s3 = concatenate(s1, s2); ~~~ 如果是函数式程序,编译器就可以对代码进行分析,然后可能分析出生成字符串s1和s2的两个函数可能会比较耗时,进而安排它们并行运行。这在指令式编程中是无法做到的,因为每一个函数都有可能修改其外部状态,然后接下来的函数又可能依赖于这些状态的值。在函数式编程中,自动分析代码并找到适合并行执行的函数十分简单,和分析C的内联函数没什么两样。从这个角度来说用FP风格编写的程序是“永不过时”的(虽然我一般不喜欢说大话空话,不过这次就算个例外吧)。硬件厂商已经没办法让CPU运行得再快了。他们只能靠增加CPU核的数量然后用并行来提高运算的速度。这些厂商故意忽略一个事实:只有可以并行的软件才能让你花大价钱买来的这些硬件物有所值。指令式的软件中只有很小一部分能做到跨核运行,而所有的函数式软件都能实现这一目标,因为FP的程序从一开始就是可以并行运行的。 ### 热部署 在Windows早期,如果要更新系统那可是要重启电脑的,而且还要重启很多次。哪怕只是安装一个新版本的播放器。到了XP的时代这种情况得到比较大的改善,尽管还是不理想(我工作的时候用的就是Windows,就在现在,我的系统托盘上就有个讨厌的图标,我不重启机子就不消失)。这一方面Unix好一些,曾经。只需要暂停一些相关的部件而不是整个操作系统,就可以安装更新了。虽然是要好一些了,对很多服务器应用来说这也还是不能接受的。电信系统要求的是100%的在线率,如果一个救急电话因为系统升级而无法拨通,成千上万的人就会因此丧命。同样的,华尔街的那些公司怎么也不能说要安装软件而在整个周末停止他们系统的服务。 最理想的情况是更新相关的代码而不用暂停系统的其他部件。对指令性程序来说是不可能的。想想看,试着在系统运行时卸载掉一个Java的类然后再载入这个类的新的实现,这样做的话系统中所有该类的实例都会立刻不能运行,因为该类的相关状态已经丢失了。这种情况下可能需绞尽脑汁设计复杂的版本控制代码,需要将所有这种类正在运行的实例[序列化](http://zh.wikipedia.org/wiki/%E5%BA%8F%E5%88%97%E5%8C%96),逐一销毁它们,然后创建新类的实例,将现有数据也序列化后装载到这些新的实例中,最后希望负责装载的程序可以正确的把这些数据移植到新实例中并正常的工作。这种事很麻烦,每次有新的改动都需要手工编写装载程序来完成更新,而且这些装载程序还要很小心,以免破坏了现有对象之间的联系。理论上是没问题,可是实际上完全行不通。 FP的程序中所有状态就是传给函数的参数,而参数都是储存在栈上的。这一特性让软件的热部署变得十分简单。只要比较一下正在运行的代码以及新的代码获得一个diff,然后用这个diff更新现有的代码,新代码的热部署就完成了。其它的事情有FP的语言工具自动完成!如果还有人认为这只存在于科幻小说中,他需要再想想:多年来Erlang工程师已经使用这种技术对它们的系统进行升级而完全不用暂停运行了。 ### 机器辅助优化及证明 FP语言有一个特性很有意思,那就是它们是可以用数学方法来分析的。FP语言本身就是形式系统的实现,只要是能在纸上写出来的数学运算就可以用这种语言表述出来。于是只要能够用数学方法证明两段代码是一致的,编译器就可以把某段代码解析成在数学上等同的但效率又更高的另外一段代码7。 关系数据库已经用这种方法进行优化很多年了。没有理由在常规的软件行业就不能应用这种技术。 另外,还可以用这种方法来证明代码的正确性,甚至可以设计出能够自动分析代码并为单元测试自动生成边缘测试用例的工具出来!对于那些对缺陷零容忍的系统来说,这一功能简直就是无价之宝。例如心脏起搏器,例如飞行管控系统,这几乎就是必须满足的需求。哪怕你正在开发的程序不是为了完成什么重要核心任务,这些工具也可以帮助你写出更健壮的程序,直接甩竞争对手n条大街。