附錄C Java編程簡(jiǎn)史

從GOTO到OOP

在20世紀(jì)60年代，軟件曾出現(xiàn)過嚴(yán)重危機(jī)，由軟件錯(cuò)誤而引起的信息丟失、系統(tǒng)報(bào)廢事件屢有發(fā)生。為此，1968年，荷蘭E.W.Dijkstra提出了程序設(shè)計(jì)中常用的GOTO語(yǔ)句的三大危害：

破壞了程序的靜動(dòng)一致性；
程序不易測(cè)試；
限制了代碼優(yōu)化。

此舉引起了軟件界長(zhǎng)達(dá)數(shù)年的論戰(zhàn)，并由此產(chǎn)生了結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)方法，同時(shí)誕生了基于這一設(shè)計(jì)方法的程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言Pascal。

由瑞士Niklaus Wirth開發(fā)的Pascal，具備優(yōu)秀的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和控制結(jié)構(gòu)，為程序員提供了極大的方便性與靈活性，大受歡迎。筆者中學(xué)時(shí)候，第一門啟蒙語(yǔ)言就是Pascal。至今還清晰記得那臺(tái)式屏幕上藍(lán)色的Turbo Pascal界面，閃爍著白色的代碼的場(chǎng)景。

結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)思想采用了模塊分解與功能抽象和自頂向下、分而治之的方法，從而有效地將一個(gè)較復(fù)雜的程序系統(tǒng)設(shè)計(jì)任務(wù)分解成許多易于控制和處理的子程序，便于開發(fā)和維護(hù)。因此，結(jié)構(gòu)化方法迅速走紅，并在整個(gè)20世紀(jì)70年代的軟件開發(fā)中占絕對(duì)統(tǒng)治地位。

但是，到了70年代末期，隨著計(jì)算機(jī)科學(xué)的發(fā)展和應(yīng)用領(lǐng)域的不斷擴(kuò)大，對(duì)計(jì)算機(jī)技術(shù)的要求越來(lái)越高。結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言和結(jié)構(gòu)化分析與設(shè)計(jì)已無(wú)法滿足用戶需求的變化，于是面向?qū)ο缶幊蹋∣OP）技術(shù)隨之而來(lái)。 面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)在未來(lái)的軟件開發(fā)領(lǐng)域引起了大的變革，極大地提高了軟件開發(fā)的效率。

Java簡(jiǎn)史

Java語(yǔ)言由當(dāng)時(shí)在Sun Microsystems上班的詹姆斯·高斯林（James Gosling）等人于1990年代初開發(fā)。

Java伴隨著互聯(lián)網(wǎng)的迅猛發(fā)展而發(fā)展，逐漸成為最重要的網(wǎng)絡(luò)編程語(yǔ)言之一。下圖是來(lái)自TIOBE編程語(yǔ)言社區(qū)的語(yǔ)言排行(TOP20, 2017.3)和占比趨勢(shì)(2002- )[1]：

下面是一張反應(yīng)Java發(fā)展簡(jiǎn)史的表格：

JVM上的語(yǔ)言家族

大部分人大談特談JAVA語(yǔ)言，這對(duì)于我來(lái)說(shuō)也許聽起來(lái)很奇怪，但是我無(wú)法不去在意。JVM才是Java生態(tài)系統(tǒng)的核心啊。

“我真正關(guān)心的是Java虛擬機(jī)的概念，因?yàn)槭撬阉械臇|西都聯(lián)系在了一起；是它造就了Java語(yǔ)言；是它使得事物能在所有的異構(gòu)平臺(tái)上得到運(yùn)行；也還是它使得所有類型的語(yǔ)言能夠共存。”

(James Gosling, Java編程語(yǔ)言的創(chuàng)造者 (2011, TheServerSide))

JVM最初是為了支持java編程語(yǔ)言。然而，隨著時(shí)間的流逝，越來(lái)越多的語(yǔ)言被改編或設(shè)計(jì)運(yùn)行在JVM上。除了java語(yǔ)言，比較知名的JVM上的編程語(yǔ)言還有：

Groovy

“Groovy有超過Java將能夠提供的甜點(diǎn),例如它具有輕易地在宿主程序中嵌入并編譯，以提供定制業(yè)務(wù)規(guī)則的能力，還有它如何為領(lǐng)域特定語(yǔ)言（Domain-Specific Language）提供優(yōu)雅，簡(jiǎn)潔并且可讀性好的語(yǔ)法的能力.” ( Guillaume Laforge, Groovy的項(xiàng)目帶頭人)

動(dòng)態(tài)類型和腳本語(yǔ)言（盡管一開始是一種動(dòng)態(tài)語(yǔ)言，但在其 2012年的2.0發(fā)行版中也開始加入編譯時(shí)的靜態(tài)類型檢查了），Groovy的閉包(Closure)是很好的。Groovy使得運(yùn)行時(shí)的元編程、編譯時(shí)的元編程、動(dòng)態(tài)類型以及靜態(tài)類型容易處理。

關(guān)鍵詞： DSL，Grails，Gradle

Scala

“意在使其端正,而不塞入太多的語(yǔ)言特性到其里面,我在Scala上專注于使它變得更加的簡(jiǎn)單.那是人們常常有的一種誤解,他們認(rèn)為Scala是一種帶有許許多多特性的宏大語(yǔ)言.盡管這通常不是真的.它實(shí)際上是一個(gè)相當(dāng)小的語(yǔ)言——當(dāng)Java8面世之時(shí)它將比Java更加的小巧。” (Martin Odersky, Scala 創(chuàng)始人)

使用類型推斷混合了面向?qū)ο缶幊蹋∣OP）和函數(shù)式編程（FP）的一種靜態(tài)類型編程語(yǔ)言。這意味著Scala程序能夠被編寫成許多完全不同的風(fēng)格——純函數(shù)式風(fēng)格的，不純函數(shù)式的，或混合式風(fēng)格。

關(guān)鍵詞：FP，類型系統(tǒng)

Kotlin

“我們認(rèn)為Kotlin的定位是一種現(xiàn)代化工業(yè)語(yǔ)言：它專注于代碼重用和可讀性的彈性抽象，以及面向早期錯(cuò)誤偵測(cè)，和明確捕獲維護(hù)與清理的意圖，這些問題的靜態(tài)類型安全性。Kotlin最重要的使用場(chǎng)景之一是對(duì)于一個(gè)龐大的Java代碼庫(kù)，其開發(fā)者需要一個(gè)更棒的語(yǔ)言：你能夠?qū)ava和Kotlin自由混合，遷移可以是漸進(jìn)式的，不需要一下子對(duì)整個(gè)代碼庫(kù)進(jìn)行改變。” (Andrey Breslav, Kotlin創(chuàng)始人)

靜態(tài)類型的語(yǔ)言, 由IntelliJ IDEA團(tuán)隊(duì)JetBrains開發(fā)。

使用Kotin可以寫出一些非常優(yōu)雅的代碼。舉個(gè)復(fù)合函數(shù)的例子[6]:

/**
 * The composition function return a composition of two functions passed to it:
 * compose(f, g) = f(g(*)).
 * Now, you can apply it to callable references.
 */

fun main(args: Array<String>) {
    val oddLength = compose(::isOdd, ::length)
    val strings = listOf("a", "ab", "abc")
    println(strings.filter(oddLength))
}

fun isOdd(x: Int) = x % 2 != 0
fun length(s: String) = s.length

fun <A, B, C> compose(f: (B) -> C, g: (A) -> B): (A) -> C {
    return { x -> f(g(x)) }
}

關(guān)鍵詞：IDEA，優(yōu)雅

Clojure

“我著手創(chuàng)建一種語(yǔ)言,意在應(yīng)對(duì)我在使用Java和C#編寫的一些類型的應(yīng)用程序——像廣播自動(dòng)化、調(diào)度以及選舉系統(tǒng)之類那些東西——它們?cè)S多都需要解決的并發(fā)問題.我發(fā)現(xiàn)只用面向?qū)ο缶幊毯陀媚切┱Z(yǔ)言的并發(fā)方法,對(duì)于處理這些類型的問題并不怎么夠好——它們太難了。我是List的擁護(hù)者,還有其它的函數(shù)式語(yǔ)言,而我想要做的就是解決那些問題,創(chuàng)造一種立足于實(shí)際的語(yǔ)言,再也不用拿Java來(lái)編程了.” (Rich Hickey, Clojure創(chuàng)始人在2009年InfoQ訪談)

動(dòng)態(tài)類型語(yǔ)言，Lisp方言。Clojure是一種非常類似于Lisp和Scheme的函數(shù)式編程語(yǔ)言.函數(shù)式范式同那些習(xí)慣于Java的面向?qū)ο蠓绞讲⑶伊?xí)慣于其副作用的方式非常不同。

關(guān)鍵詞： Lisp，F(xiàn)P

JVM語(yǔ)言時(shí)間軸概覽[5]：

用哪種 JVM 語(yǔ)言？

使用哪種語(yǔ)言，完全依賴程序員的性情了。但是在項(xiàng)目，工作中“應(yīng)該使用”哪種語(yǔ)言，往往會(huì)有諸多限制。

RebelLabs《Java工具和技術(shù)概覽2014》[4]的報(bào)告上“要去學(xué)習(xí)的下一個(gè)JVM語(yǔ)言”：

RebelLabs《Java工具和技術(shù)概覽2016》[4]的報(bào)告上的“你最常使用的JVM上的語(yǔ)言”：

豐富多彩的JVM生態(tài)

一個(gè)完整的語(yǔ)言有：

前端、優(yōu)化、后端、runtime、庫(kù)

JVM生態(tài)體系，把后面四個(gè)都給包辦了。

jvm（Java虛擬機(jī)），是用C寫的，跟操作系統(tǒng)打交道C/C++目前看來(lái)，是好的選擇。虛擬機(jī)就是java與操作系統(tǒng)的中間層。

庫(kù)/API就基本是java自身封裝實(shí)現(xiàn)。

從最初的Jython和JRuby，到Scala，Clojure都是在JVM上實(shí)現(xiàn)的語(yǔ)言。為什么它們選擇JVM？

跨平臺(tái)

你的語(yǔ)言編譯器后端只需要輸出 JVM 字節(jié)碼就可以。跨平臺(tái)需要極大的工作量(這個(gè)輪子，造起來(lái)有點(diǎn)耗時(shí)耗力)

JIT （Just-In-Time 即時(shí)編譯）性能

JIT 可以在運(yùn)行中記錄程序運(yùn)行的特征，并在其基礎(chǔ)上做大量的優(yōu)化（Java 企業(yè)級(jí)應(yīng)用的優(yōu)秀性能很大程度上是由此而來(lái)）。 JIT 自從 HotSpot JVM 隨 Java 1.2 發(fā)布以來(lái)，JVM JIT 的性能不斷提高，是無(wú)可爭(zhēng)議的成功產(chǎn)品。把 JVM 作為目標(biāo)平臺(tái)意味著大量的性能優(yōu)化工作可以「外包」給 JVM 來(lái)做，大大縮減了 Guest 語(yǔ)言的開發(fā)預(yù)算。

JVM 作為一個(gè)成熟的高層運(yùn)行環(huán)境，為 Guest 語(yǔ)言提供了很多運(yùn)行時(shí)所需要的服務(wù)，比如內(nèi)存管理（有業(yè)界領(lǐng)先的垃圾回收等），很大程度上避免了額外的獨(dú)立開發(fā)。

社區(qū)龐大且成熟

JVM 有多個(gè)獨(dú)立實(shí)現(xiàn)，也有若干廠商會(huì)持續(xù)推進(jìn)，資料完備，社區(qū)巨大。
Java 社區(qū)有大量成熟的庫(kù)，一般來(lái)說(shuō)，運(yùn)行在 JVM 上的其它語(yǔ)言都會(huì)設(shè)計(jì)一個(gè)專用的「橋」來(lái)幫助直接使用 Java 的庫(kù)。
Java 有成熟的開發(fā)工具和環(huán)境。

題外話

另外一個(gè)趨勢(shì)是把 Javascript 成為新的目標(biāo)平臺(tái)。很多主流語(yǔ)言都已經(jīng)出現(xiàn)了編譯器可以翻譯成 Javascript，這也是得益于近年來(lái) Javascript 虛擬機(jī)性能的顯著提升。

List-of-languages-that-compile-to-JS：
https://github.com/jashkenas/coffeescript/wiki/List-of-languages-that-compile-to-JS

下一代普遍可接受語(yǔ)言（next mass-appeal language）

下一代普遍可接受語(yǔ)言（next mass-appeal language）中，人的因素應(yīng)該起到重要作用。

1. 新的程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言中的代碼片段應(yīng)該具備一個(gè)典型程序員所希望的適度復(fù)雜性。程序員會(huì)去期望在每天的工作中使用的語(yǔ)言。
2. 中級(jí)程序員認(rèn)可。所謂中級(jí)程序員是指那些普遍對(duì)博客、微博或者新語(yǔ)言不感興趣的人。
3. 程序員可以不用別人的幫助或者接受培訓(xùn)，就能對(duì)新的程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言中的代碼片段的功能進(jìn)行合理的準(zhǔn)確的推測(cè)。

NBJL可以走多遠(yuǎn)就目前來(lái)看是難以下定論的，但是我相信這是一個(gè)比較實(shí)際的問題。我們所需要的新的程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言能夠不需要大規(guī)模的培訓(xùn)，程序員們可以快速上手。

在其功能方面，注諸如如下條目：

• 類C的語(yǔ)法（很好用也很熟悉）
• 靜態(tài)類型（動(dòng)態(tài)類型過于松散并且性能有限）
• 遵循面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)（Object Oriented Programming，OOP）思想，并且包括函數(shù)式語(yǔ)言的元素（純函數(shù)式言非主流編程語(yǔ)言）
• 易于反射獲得（從而避免靜態(tài)類型限制）
• 屬性（getter和setter實(shí)在是太讓人討厭了）
• 閉包
• Null判斷（提供一個(gè)判斷變量能否為null的方式）
• 并發(fā)（好過原始線程和共享可變狀態(tài)（shared mutable state））
• 模塊化（需要考慮更大的單元）
• 工具（希望新語(yǔ)言能夠?qū)τ诠ぞ唛_發(fā)有所幫助）
• 可擴(kuò)展性（語(yǔ)言的設(shè)計(jì)具備很好的可擴(kuò)展性，以支持其上的二次開發(fā)，而不需要去修改語(yǔ)言本身的設(shè)計(jì)）
  ...

當(dāng)然還有其他一些可以討論的主題-語(yǔ)言設(shè)計(jì)其實(shí)堪比藝術(shù)品設(shè)計(jì)，有太多角度可以觀察了。

參考資料

1.https://www.tiobe.com/tiobe-index/
2.https://blogs.oracle.com/thejavatutorials/entry/jdk_8_is_released
3.https://en.wikipedia.org/wiki/List_of_JVM_languages
4.https://zeroturnaround.com/rebellabs/java-tools-and-technologies-landscape-2016/
5.http://www.oschina.net/translate/the-adventurous-developers-guide-to-jvm-languages
6.http://try.kotlinlang.org/#/Examples/Callable%20references/Composition%20of%20functions/Composition%20of%20functions.kt
7.http://www.lxweimin.com/p/ece917620dfd