JVM Functional Language Battle

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1 JVM Functional Language Battle JUG Hamburg, Orientation in Objects GmbH Weinheimer Str Mannheim Version: Ihr Sprecher Falk Sippach Trainer, Berater, Entwickler Co-Organisator Architektur Agile Softwareentwicklung Codequalität Feedback gern 2 1

2 Java, XML und Open Source seit 1998 ) Software Factory ) Schlüsselfertige Realisierung von Java Software Individualsoftware Pilot- und Migrationsprojekte Sanierung von Software Software Wartung ) Object Rangers ) Unterstützung laufender Java Projekte Perfect Match Rent-a-team Coaching on the project Inhouse Outsourcing ) Competence Center) Schulungen, Coaching, Weiterbildungsberatung, Train & Solve-Programme Methoden, Standards und Tools für die Entwicklung von offenen, unternehmensweiten Systemen 3 Abstract Funktionale Programmierung soll so viel ausdrucksstärker sein, aber leider ist dieses Programmier-Paradigma nicht ganz kompatibel zu der prozedural- und objektorientierten Denkweise von uns Java-Entwicklern. Anhand eines kleinen Algorithmus werden wir uns verschiedene Lösungen zunächst im klassischem imperativen Java (vor Java 8) und als Vergleich dazu in alternativen JVM-Sprachen (Groovy, Frege, ggf. Scala bzw. JavaScript) anschauen und die verschiedenen Lösungen diskutieren. Herauskommen soll eine saubere und verständlichere Struktur, die zu besser les- und wartbarem Code führen wird. Die gewonnenen Erkenntnisse wollen wir dann letztendlich in Java 8 mittels Streams und Lambda-Ausdrücken umsetzen, so dass jeder Zuhörer die Grundideen der funktionalen Programmierung mit in seine tägliche Arbeit nehmen kann. Es sind keine speziellen Vorkenntnisse in den angesprochenen alternativen Sprachen notwendig, ein solides Verständnis für die Programmiersprache Java genügt. 4 2

3 Gliederung Warum von Imperativ zu Funktional? Sprachwettkampf Functional Java 8+ 5 Java Groovy Scala JavaScript Haskell Frege Imperativ Funktional 6 3

4 Imperativ: Wie erreiche ich mein Ziel? Funktional: Was will ich erreichen? Foto von tomwieden, CC0 Public Domain Lizenz, Foto von Mohamed Nuzrath, CC0 Public Domain Lizenz, 7 Problemstellung Foto von Manfred Antranias Zimmer, CC0 Public Domain Lizenz, 8 4

5 Foto von Media Publishing, CC0 Public Domain Lizenz, 9 Prüfsummen-Berechnung Luhn-Algorithmus Luhn-Formel "Modulo 10"-Algorithmus rein clientseitige Prüfung möglich Double-Add-Double-Methode 10 5

6 Beispiel % 10 == 0 gültig 11 Der Kampf beginnt Foto von Marco Montoya, CC0 Public Domain Lizenz,

7 13 Java klassisch Variante

8 Java klassisch Variante 2 Variablen Schleifen Verzweigungen Tiefe der Verschachtelung Reihenfolge nicht beliebig Zustandsänderungen Exception- Handling? 15 OOP? SRP? DRY? SoC? Lesbarkeit? Testbarkeit? Wartbarkeit? Erweiterbarkeit? Wiederverwendbarkeit? Parallelisierbarkeit? Foto von Christopher Kuszajewski, CC0 Public Domain Lizenz,

9 Java klassisch mit sprechenden Methodennamen 17 Folge von Statements mit Schleifen, Verzweigungen, Sprüngen Typische Eigenschaften Verändern von Zuständen (Variablen) Vermischung von Was und Wie (bei Schleifen) Exceptions als Go-To- Statements Vorsicht bei Nebenläufigkeit Foto von tomwieden, CC0 Public Domain Lizenz,

10 Funktional 19 Java klassisch Spaghetti-Code Aufspalten in Ziffern Reihenfolge drehen Jede 2. Ziffer verdoppeln Aufsummieren Validierungsprüfung 20 10

11 Imperativ Funktional 21 Wie sieht es in anderen Sprachen aus? Foto von Marco Montoya, CC0 Public Domain Lizenz,

12 Groovy objektorientiert dynamisch typisiert (statisch auch möglich) ausdrucksstarke/prägnante Syntax sehr gute Integration mit Java (JVM, Bibliotheken, Vererbung, ) Metaprogrammierung, Closures, Operatorüberladung Funktionsliterale (Closures) sind First Class Citizens 23 Beispiele in Groovy 24 12

13 25 JavaScript objektorientierte Skriptsprache aber klassenlos (Prototyp-basiert) dynamisch typisiert Funktionen sind First Class Citizens geeignet für Client (Browser) und Server (Node.js, Nashorn) 26 13

14 Beispiel JavaScript 27 Kotlin statisch typisiert objektorientiert Übersetzung in Java Bytecode oder JavaScript Quellcode interoperabel mit Java entwickelt bei Jetbrains (IntelliJ IDEA) 28 14

15 Beispiel Kotlin 29 Viele Beispiele in vielen imperativen Sprachen später Foto von Marco Montoya, CC0 Public Domain Lizenz,

16 todigits reverse double2nd sumdigits divisible10 Frege Haskell for the JVM rein funktionale Programmiersprache statisch typisiert mit Typinferenz und Typvariablen frei von Nebeneffekten Monaden zur Kapselung von imperativen Konstrukten Pattern Matching Typklassen 31 Funktionskaskade true false isvalid n = divisibleby10(sumdigits(double2nd(reverse(todigits(n))))) n 32 16

17 Algorithmus in Frege isvalid n = divisibleby10( sumdigits( double2nd( reverse( Validierungsfunktion Teilbar durch 10? Aufsummieren jede 2. verdoppeln Ziffern umdrehen ) ) ) ) todigits(n) Aufsplitten in Ziffern 33 Typische Eigenschaften Foto von Mohamed Nuzrath, CC0 Public Domain Lizenz, Immutability pure/seiteneffektfrei referentielle Transparenz Funktionen als First-Class- Citizens Higher-Order Functions Lambdas/Closures Lazy Evaluation Rekursion Pattern Matching Currying/Partial Function Application Function Composition 34 17

18 Validierungsfunktion todigits n n < 0 = error "n must be 0 or greater" todigits 0 = [] todigits n = todigits (n `div` 10) ++ [(n `mod` 10)] double2nd = zipwith (\x y -> x * y) (cycle [1, 2]) double2nd' = zipwith (*) (cycle [1, 2]) sumdigits xs = sum (concat (map todigits xs)) sumdigits' = sum. concat. map todigits divisibleby10 n = mod n 10 == 0 isvalid = divisibleby10. sumdigits. double2nd. reverse. todigits 35 Umwandlung in Ziffern todigits n n < 0 = error "n must be 0 or greater" todigits 0 = [] todigits n = todigits (n `div` 10) ++ [(n `mod` 10)] Pattern double2nd Matching = zipwith Rekursion (\x y -> x * y) (cycle [1, 2]) double2nd' = zipwith (*) (cycle [1, 2]) sumdigits xs = sum (concat (map todigits xs)) sumdigits' = sum. concat. map todigits divisibleby10 n = mod n 10 == 0 isvalid = divisibleby10. sumdigits. double2nd. reverse. todigits 36 18

19 Jeweils 2. Ziffer verdoppeln todigits n n < 0 = error "n must be 0 or greater" todigits 0 = [] todigits n = todigits Lambda-Ausdruck (n `div` 10) ++ Lazy [(n Evaluation `mod` 10)] double2nd = zipwith (\x y -> x * y) (cycle [1, 2]) double2nd' = zipwith (*) (cycle [1, 2]) Persistente sumdigits Partial xs Function = sum (concat Higher Order (map Function todigits xs)) Datenstrukturen Application sumdigits' = sum. concat. map todigits divisibleby10 n = mod n 10 == 0 isvalid = divisibleby10. sumdigits. double2nd. reverse. todigits 37 Aufsummieren der Ziffern todigits n n < 0 = error "n must be 0 or greater" todigits 0 = [] todigits n = todigits (n `div` 10) ++ [(n `mod` 10)] double2nd = zipwith (\x y -> x * y) (cycle [1, 2]) double2nd' = zipwith (*) (cycle [1, 2]) sumdigits xs = sum (concat (map todigits xs)) sumdigits' = sum. concat. map todigits divisibleby10 Functionn Composition: = mod n 10 == Partial 0 Function f. g (x) == f(g(x)) Application isvalid = divisibleby10. sumdigits. double2nd. reverse. todigits 38 19

20 Teilbar durch 10? todigits n n < 0 = error "n must be 0 or greater" todigits 0 = [] todigits n = todigits (n `div` 10) ++ [(n `mod` 10)] double2nd = zipwith (\x y -> x * y) (cycle [1, 2]) double2nd' = zipwith (*) (cycle [1, 2]) sumdigits xs = sum (concat (map todigits xs)) sumdigits' = sum. concat Infix- statt. map Postfix-Notation todigits divisibleby10 n = n `mod` 10 == 0 isvalid = divisibleby10. sumdigits. double2nd. reverse. todigits 39 leicht verständlich, einfach zu schlussfolgern Vorteile seiteneffektfrei einfach test-/debugbar leicht parallelisierbar modularisierbar und einfach wieder zusammenführbar hohe Code-Qualität Foto von Mohamed Nuzrath, CC0 Public Domain Lizenz,

21 OO vs. Funktional Scala funktional und objektorientiert statisch typisiert (Typinferenz) Funktionen als First-Class-Citizens Pattern Matching Java-Integration möglich 43 21

22 Beispiel Scala 44 Ist Java 8 funktional? Foto von Marco Montoya, CC0 Public Domain Lizenz,

23 Luhn-Algorithmus in Java 8 Variante 1 46 Was heißt "Funktional Programmieren" in Java 8? Lambdas: Funktionsliterale als First-Class-Citizens Higher-Order Functions (map, foreach) Currying und Funktionskomposition Bedarfsauswertung durch Streams (bedingt) (Rekursion) 47 23

24 Java 8: Funktionskomposition Wiederverwendung von kleinen Funktionen: (f. g)(x) == f(g(x)) 48 Java 8: Currying und partielle Funktionsaufrufe Currying: Konvertierung einer Funktion mit n Argumenten in n Funktionen mit jeweils einem Argument

25 Was fehlt Java 8 zur besseren funktionalen Unterstützung? Erzwingen von Immutability persistente/unveränderbare Datenstrukturen Vermeidung von Seiteneffekten (erzwingen) beliebige Bedarfsauswertungen (mehr als unendliche Streams) funktionale Bibliotheksfunktionen 50 Luhn-Algorithmus in Java 8 Variante

26 Funktionale Erweiterungen für Java Project Lombok 52 Javaslang "Javaslang is a functional library for Java 8+ that provides persistent data types and functional control structures." Persistent Data Structures LinkedList, Queue, Sorted Set, Stream Tuple, Values (Option, Try, Lazy, Either, ) Pattern Matching Functions, CheckedFunctions, Lifting (Exceptions fangen) Currying, Partial Application, Composition Monaden, Zipping, 57 26

27 58 Javaslang: Currying 60 27

28 Javaslang: Partielle Funktionsaufrufe und Komposition 61 Luhn-Algorithmus in Java 8 mit Javaslang 63 28

29 Fazit Foto von Marco Montoya, CC0 Public Domain Lizenz, 64 Foto von Hans Braxmeier, CC0 Public Domain Lizenz,

30 + 66 Links Code-Beispiele Learn You a Haskell for Great Good! LYAH (Learn You a Haskell) adaptions for Frege Onlinekurs TU Delft (FP 101):

31 Links Javaslang Project Lombok Functional Java 68 Literaturhinweise Functional Programming in Java: Harnessing the Power Of Java 8 Lambda Expressions Venkat Subramaniam The Pragmatic Programmers, Erscheinungsdatum: Februar 2014 ISBN: Sprache: Englisch Mastering Lambdas Maurice Naftalin Oracle Press Erscheinungsdatum: Oktober 2014 ISBN: Sprache: Englisch 69 31

32 Literaturhinweise Learn You a Haskell for Great Good!: A Beginner's Guide Miran Lipovaca No Starch Press, Erscheinungsdatum: April 2011 ISBN: Sprache: Englisch Real World Haskell Bryan O'Sullivan und John Goerzen O'Reilly, Erscheinungsdatum: 2010 ISBN: Sprache: Englisch 70?? Fragen??? Orientation Objects GmbH Weinheimer Str Mannheim info@oio.de?? 71 32

33 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit! Orientation in Objects GmbH Weinheimer Str Mannheim 33