五年 Clojure 使用者浅谈 Clojure 语言的设计

最近不知道为什么，大家好像对函数式编程的兴趣又起来了，前阵子同事在知乎有一个比较精彩的回答，转到这里。说硬不硬，了解一下也好，和 Clojure 爱好者分享一下也好。

基于 JVM 的决定

Clojure 能够吸引人的很重要一点是它是 JVM 之上的语言，这个决定非常关键。

• 首先，因为根植于 JVM 之上，并且做到了跟 Java 语言的相互调用，它能吸引很多成熟的 Java 开发者。

• 其次，它可以使用 Java 社区丰富的开源软件，不需要从头去构建一个社区，你可以看到很多 Clojure 开源代码都是简单地包装 Java 的开源包，但是通过 Clojure 高度抽象简单的语法提供更便利的使用的方式；


• 第三，由于 JVM 平台本身的高度成熟和优化，clojure 的编译器生成的 byte code 跟 Java 编译器生成的 byte code 并无二致（不完全是），它的性能和稳定性也能马上得到保证，这比从头构建一个新平台成本低得多。

构建于 JVM 之上，Clojure 就是一门严肃的语言，而非很多人眼中的 LISP家族中的 玩具语言，你学习后可以马上使用并且实践。但是 Clojure 又是 LISP 方言，LISP 的神奇能力它还都保留，这样兼具美学和实用的语言如何让人不爱？我相信很多熟悉 Scheme 之类方言的童鞋，并且有 Java 背景的，都会对 Clojure 有相见恨晚的感觉。

设计原则

Clojure 的设计原则可以概括成 5 个词汇：简单、专注、实用、一致和清晰。这不是我概括的，而是《The joy of clojure》概括的。

• 简单： 鼓励纯函数，极简的语法（少数 special form），个人也认为 clojure 不能算是多范式的语言（有部分 OO 特性），为了支持多范式引入的复杂度，我们在 C++ 和 Scala 身上都看到了。


• 专注：前缀运算符不需要去考虑优先级，也没有什么菱形继承的问题，动态类型系统（有利有弊），REPL 提供的探索式编程方法（告别修改 / 编译 / 运行的死循环，所见即所得）。

• 实用：前面提到，构建在 JVM 之上，跟 Java 语言的互操作非常容易。直接调用 Java 方法，不去发明一套新的调用语法，努力规避 Java 语言中繁琐的地方 (doto, 箭头宏等等）。

• 清晰：纯函数（前面提到），immutable var，immutable 数据结构，STM 避免锁问题。不可变减少了心智的负担，降低了多线程编程的难度，纯函数也更利于测试和调试。

• 一致：语法的一致性：例如 doseq 和 for 宏类似，都支持 destructring, 支持相同的 guard 语句（when,while）。数据结构的一致性：sequence 抽象之上的各种高阶函数。

• 具体到 STM，我个人认为这个特性在日常编程中，其实你用到的机会不多。在 web 编程里，你的并发模型 Web Container 已经帮你处理（tomcat,jetty），事务也是数据库帮你处理，几乎找不到场合去使用 STM。这个特性在做一些中间件或者底层 framework 的时候才可能用到。这个特性的设计上面已经提到，跟 clojure 的设计目标是紧密相关的，跟 immutable 数据结构也是密不可分，同时它也不是没有代价，事务历史记录和慢事务频繁回滚的代价，有时候你还是需要退回去使用 Java 那套锁机制，庆幸的是 Clojure 不阻止你去使用，并且提供了类似 locking 这样的宏来方便你使用。

缺陷

Clojure 的设计缺陷不能说是缺陷，这是由于它设计的目标决定的，有得必有失。

• 首先还是 JVM，基于 JVM 有种种好处，但是 JVM 的启动速度实在悲剧，因此用 Clojure 写一些小的 script 处理日常事务，显得还是不够得心应手，这样的工作我还是用 Ruby，Python 的脚本语言来搞定更便捷。不过目前 Clojure 有一些其他语言之上的实现，比如 clojure-py、joxa、clojureclr 这些实现应该会比 JVM 的启动快很多（抱歉，我没测试过）。

• 不仅如此，因为 Clojure 跟 JVM 平台的绑定如此之深，并且为了真正发挥 Clojure 的威力，你还需要去熟悉 Java 平台的东西，熟悉 Java 语言、类库、内存模型、GC 优化、多线程和网络编程、开源类库等等。可以这样认为：想成为一个好的 Clojure 程序员，首先需要是一名好的 Java 程序员。这也一定程度上阻碍了 Clojure 的推广，提高了学习成本。

• 其次，Clojure 的 API 设计上，有时候不符合你的直觉，而是符合 Clojure 的哲学，比如 contains?函数对 vector 等数组型集合的调用上。关于这一点，Rich 的回答是Elegance and familiarity are orthogonal.，也就是优雅和熟悉是正交关系的。保持 API 内在的一致性，比直觉的熟悉更重要，这是更深入思考、理性的直觉。

• 第三，弱类型的好处足够多，灵活，减少声明代码，适合探索式编程；同样，坏处也不是没有，没有类型保障，错误可能要等到运行时才能发现，静态代码检查工具也没有办法帮你发现，这就需要你一定程度的测试代码来保证运行时行为。

• 第四，性能上，虽然 clojure 生成的字节码已经很高效，也有 type hint 这样的技术来帮助提升性能，但是会有不少的转型 (checkcast)、装箱和拆箱（boxing and unboxing）以及类型判断分支跳转的多余指令，这在一些性能敏感的应用里可能会暴露出来。尽管我认为大多数网站型的应用瓶颈都会落在 IO 上。

总之， Clojure 是一门精心设计的、完全融入作者对编程的思考的、富有生产力的现代编程语言，值得每个对生产效率、函数式编程、并发编程有兴趣的朋友深入了解下。

作者：Dennis Zhuang LeanCloud Tech Leader

备注：LeanCloud 采用了多种语言混合来构建整个后端系统，包括 Clojure、Java、Node.js、Scala 等。其中 Clojure 构建了整个网站门户、存储开放 API、推送、聊天等核心服务，Node.js构建了云端代码服务（类似应用代码托管），我们还使用 Scala 编写的 Spark 任务来处理离线数据分析，此外，还有大量的统计类 MapReduce 任务使用 Java 编写并运行在 Hadoop 集群上。不同服务之间使用 RESTful 协议、RPC 框架或者队列进行通信。