JavaWorld Day 2009 Scala

“ネクストJava”の大本命！？マルチパラダイム言語「Scala」 2009年8月6日浅海智晴匠Lab、edge2.cc、日本Javaユーザグループ

自己紹介 SimpleModeler Scala DSLを用いたモデル・コンパイラ Scala DSLで記述したモデルからクラス図、ステートマシーン図やGoogle App Engineのアプリケーションを生成 http://code.google.com/p/simplemodeler/ Scalaプログラミング歴1年強 edge2.cc クラウド・コンピューティングの実証研究プロジェクト http://www.edge2.cc 匠Lab 匠の技でビジネスとITを繋げる http://www.takumi-lab.co.jp/ 要求開発×モデル駆動開発×クラウド・コンピューティング

内容 Scalaとは Scala文法ハイライト Scalaの応用分野

Scalaとは

Scalaとは Scalable Language 「純粋」オブジェクト指向＆「本格」関数型のハイブリッド言語現時点のプログラミング言語の便利機能を貪欲に吸収体感的には… 使いやすいJava 関数型までついてる

Scalaは巨大? 言語仕様はJavaの方が大きいかも『Programming in Scala』 776ページ『Java Programming Language第4版』 928ページ『Java Programming Language第1版』 333ページクラスライブラリ Scala固有のクラスライブラリ言語と緊密な関係を持つもの Scalaならではの応用その他はJavaと共通実行環境 Java VM → Javaと共通

プログラミング言語の歴史手続き型/C→OO/Java→関数型/Scala? 1985 1995 2009 ハードウェア性能の向上 C Java Scala ? オブジェクト指向関数型クラス /オブジェクト高階関数継承遅延評価

手続き型・オブジェクト指向・関数型フレームワークフレームワーク呼び出しクラス/オブジェクト呼び出しプログラム本体継承プログラム本体プログラム本体高階関数アルゴリズム遅延評価呼び出し呼び出し呼び出しサブルーチンサブルーチンサブルーチン手続き型言語オブジェクト指向言語関数型(+オブジェクト指向言語)

関数型言語の2つの側面関数型言語関数が基本的な構成要素となる言語数学のバックボーン(ラムダ計算)を持つプログラミング言語数学を基盤にすることで、プログラムの処理内容の証明が可能研究継続中？並列処理では重要な意味を持つかもしれない高階関数、遅延評価の機構によってプログラム断片の再利用率が飛躍的に高まる実用言語としては、これが重要

Scalaの特徴 Smalltalk C C++ Java 統一 Ruby オブジェクトオブジェクト指向モデル ML Algol C# SML 普遍ネスティング Simula Ocaml Beta F# 関数型 gbeta Haskel 統一アクセス Ruby Effiel Smalltalk オブジェクト指向＆ Python 関数型 Scala アクター基盤 Erlang 並行ライブラリ Pizza Smalltalk Nice Iswim Multi-Java スケーラビリティ abstract type Lisp OCaml trait C++ F# PLT-Scheme extractor

Scalaの言語機能 Scala スクリプト言語コンパイラインタープリタ Java インタープリタ動的型付 C文法静的型付統一オブジェクト・モデルテキスト指向コンパイラ型推論使いやすいコレクションクロージャ静的型付オブジェクト指向メタ・オブジェクト Java VM オブジェクト指向クラス・ライブラリ Java VM 業界標準API クラス・ライブラリ関数型言語業界標準API 統一オブジェクト・モデルテキスト指向高階関数使いやすいコレクション遅延評価クロージャ型推論高階関数遅延評価不変オブジェクトパターン・マッチング不変オブジェクトモナドパターン・マッチングアクターモナドアクター抽象型トレイツエクストラクタケース・クラス暗黙変換 XMLリテラルパーサー・コンビネータ

Scalaの特徴的な機能(私見best 5) trait(トレイツ) 抽象クラスーα 多重継承の問題を回避しつつ、多重継承的な機能を実現 mix-inに使用 for文モナドの文法糖衣チェック付き例外なしプログラミングが楽に！特に問題は感じられなかった match文パターン・マッチングがデータ構造操作でも非常に重要 Javaプログラミングではイディオムとして繰り返し手入力が必要な処理がmatch 文で簡明に記述 caseクラスデータを記述するためのクラスの記述が楽になる match文との連携

Scalaクラスライブラリ Parser Combinator パーサージェネレータ BNFを記述するScala DSL Actor アクター・モデルによる並行処理副作用がない関数型を活かす並行処理モデル Scala DSLによる専用文法 Scala Swing Swing用Scala DSL BDD (Behavior Driven Development) scalatest http://www.artima.com/scalatest/ BDD用Scala DSL

応用 Lift Webフレームワーク Twitterメッセージ・エンジン RubyからScalaに変更 Apache CamelのDSL XML DSL (SpringのXMLコンフィグに埋め込んで使用)、 Java DSLに続いて、Scala DSLを開発中 SimpleModeler 浅海が開発中 Scala DSLで記述したモデルからクラス図、ステートマシーン図やGoogle App Engine/Javaのアプリケーションを生成 http://code.google.com/p/simplemodeler/

なぜScalaなのかハードウェアの進化スクリプト言語と関数型の機能を実用言語の言語機能として利用することが可能になった。 Webの台頭 Web指向、テキスト指向のプログラミング言語が必要になった。マルチコア、クラウド・コンピューティング、DSLなどの新しい応用これらの応用に対応できるプログラミング言語が必要になった。

Scala文法ハイライト

Scala文法ハイライト for文 for (i <- 0 until 3) { println(i) } 0 1 2 val list = List(1, 2, 3) for (elem <- list) { println(elem) } 0 1 2

Scala文法ハイライト for yield文 val list = List(1, 2, 3) val result0 = list.map(_ + 1) println("pre = " + result0) val result1 = list.map(elem => (elem + 1).toString) println("use map = " + result1) val result2 = for (elem <- list) yield (elem + 1).toString println("use for = " + result2) pre = List(2, 3, 4) use map = List(2, 3, 4) use for = List(2, 3, 4)

Scala文法ハイライト Extractor＆正規表現 val extractor = """(¥d¥d¥d¥d)-(¥d¥d)-(¥d¥d)""".r val extractor(yearString, monthString, dayString) = "2009-08-06" val year = yearString.toInt val month = monthString.toInt val day = dayString.toInt val result = "%04d-%02d-%02d".format(year, month, day) println(result) 2009-08-06

Scala文法ハイライト match文 abstract class Base class Concrete1 extends Base { def one = println("concrete one") } class Concrete2 extends Base { def two = println("concrete two") } class Concrete3 extends Base { def three = println("concrete three") } def get_base = if (true) new Concrete2 else new Concrete3 val b = get_base b match { case c: Concrete1 => c.one case c: Concrete2 => c.two case c: Concrete3 => c.three } concrete two

Scala文法ハイライト Extractorとmatch文 val extractor = """(¥d¥d¥d¥d)-(¥d¥d)-(¥d¥d)""".r val ymd = "2009-08-06" ymd match { case extractor("2008", _, _) => println("2008") case extractor("2009", _, _) => println("2009") case extractor("2010", _, _) => println("2010") case _ => println("Unkonwn") } 2009

Scala文法ハイライトケースクラスとmatch文 case class YearMonthDay(year: Int, month: Int, day: Int) val ymd = YearMonthDay(2009, 8, 6) ymd match { case YearMonthDay(2008, _, _) => println("2008") case YearMonthDay(2009, _, _) => println("2009") case YearMonthDay(2010, _, _) => println("2010") case _ => println("Unkonwn") } 2009

Scala文法ハイライトクロージャ val closures = for (index <- 0 until 3) yield { (number: Int) => number + index } println(closures) for (closure <- closures) { val result = closure(100) println(result) } RangeM(<function>, <function>, <function>) 100 101 102

Scala文法ハイライト XML val cities = <cities><city>Tokyo</city><city>Osaka</city></cities> val names = for (city <- cities ¥¥ "city") yield city.text println(names) val cities2 = <cities>{ for (city <- names) yield <city>{ city }</city> }</cities> println(cities2) ArrayBufferRO(Tokyo, Osaka) <cities><city>Tokyo</city><city>Osaka</city></cities>

Scalaの応用分野

マルチコア単一のCPU筐体の中に複数のCPUコアが同梱されているプロセッサ。アプリケーション・プログラムの観点からはマルチ・プロセッサとしてみえる。性能向上はクロック数の向上ではなく、使用するコア数の増加によって達成する。並列処理を行うアプリケーションでないと、性能が向上しない。

マルチコア関数による副作用を伴わない計算手続き手続き関数関数メソッドメソッド変換・複写不変データ不変データ可変データ不変データ変換・複写複数の関数がメモリを変更がない部分は共有する。不変データ共有するので競合が関数は不変データを変換しながら不変データなので発生する複写したデータを他の関数に受けデータが破壊されることはない渡す手続き関数メソッド手続き型純粋関数型オブジェクト指向

マルチコア共有メモリ方式とメッセージパッシング方式メモリはスレッドが占有するので、競メモリ合が発生しないスレッドスレッドスレッドスレッドメッセージボックスメッセージボックスメモリメッセージボックスを経由したメッセージ交換によって非同期処理をスレッド複数のスレッドが実現するメモリを共有するので競合が発生するスレッドメモリ Javaモニタ共有メモリ方式 java.util.concurrent メッセージパッシング方式 scala.actors scala.concurrent

クラウド・コンピューティング Webプラットフォームテキスト指向、XML指向スケーラビリティパブリックなインターネット空間上に事実上無尽蔵に用意されたCPUやストレージなどのリソースを活用非同期、並列、分散分散アプリケーション非同期、並列、分散

アプリケーション・アーキテクチャプレゼンテーション層クラウド・アプリケーションクライアント側サーバ側アプリケーションの論理的な構成は従来のものと変わらないプレゼンテーション層 GUI サービスビジネス層 RIA Web ドメイン層統合層アクセス方式1:ローカル・データベースアプリケーションが占有するデータはローカルデータベースに格納する。アクセス方式5:REST Webページを手繰って情報を取得する統合層データベースアクセス方式2：手続き呼出し性能特性、障害特性がローカル REST の手続き呼び出しよりも脆弱。メッセージ・キューサービス分散ストレージサービスサービスサービスアクセス方式3：メッセージング分散環境での連携に適応する特性をもつ。アクセス方式4：分散ストレージ通常のデータベースのような更新処理は難しい。

クラウド・アプリケーションの構成例マスターデータなど更新頻度が低いデータは分散ストレージで配布して結果を直接知りたい場合には、手直接参照する。続き呼び出しで同期型の連携を分散行う。ストレージこの形式の連携を行うとスケーラプレゼンテーションの段階でできビリティが低くなる。ることをやっておくと、スケールアウトの効果によってスケーラビリティが高まる。外部サービスからRESTを用いてクラウド・アプリケーションサービス利用の主力はメッセージ情報を取得するのが典型的な利である。この形式の連携を行うと用方法。プレゼンテーションサービスサービススケールアウトによってスケーラビリティを確保できる。サービスバックエンドのサービス群もメッセメッセージ・キュー REST ージによって連携。サービスメッセージ・キュー同期通信サービスメッセージ送信メッセージ配信データベースデータベースをアクセスするスコープはサービスに閉じておくのがよい。

クラウド・コンピューティングとScala テキスト指向、XML指向 Scalaの得意とするところ生文字リテラル、正規表現、パターン・マッチング、 Extractor XMLリテラル、パス検索、パターン・マッチング非同期・並列・分散 Javaの並列処理機能スレッド、モニタ、並列ライブラリ関数型言語不変オブジェクトモナドアクター・ライブラリ

DSL(Domain Specific Language) 応用分野、技術分野の領域(ドメイン)ごとに専用の言語を用意する簡潔で過不足のない適切なモデルを記述できるテキストDSL UMLのようなグラフィカル言語は、モデルを記述する作業が煩雑プログラミング言語のようにテキストでモデルを記述すると効率がよい内部DSL ホスト言語となるプログラミング言語上にDSLを構築 Scalaはホスト言語に最適の文法を備えているスケーラブル外部DSL parser combinator Scalaが提供するパーサー・ジェネレータ専用DSLでBNF相当の文法を定義

モデル駆動開発＆コンポーネント分析設計実装 DSL 自動生成コンポーネント OO分析 OO設計 OO実装コンポーネント DSL 自動生成コンポーネント DSL 自動生成コンポーネント OO分析 OO設計 OO実装コンポーネント

DSL DSLの例 case class App20090505() extends 施設利用申請書 { 会員番号 = 123456 名前 = "Scala太郎" 理由(<div>Scalaの勉強会を行うため。</div>) 理由("Liftも少し取り上げるかもしれません。") 申請 { 施設(20090601, 1300, 1400, 講堂) 理由は <div>初日は講堂で講演したいから</div> 同時利用(20090602, 1000, 1200) { 施設(第1会議室) 施設(第2会議室) 理由は "第1会議室だけだと足りないから" 設備(ホワイトボード) 個数は 2 理由は "会議室ごとに利用" } 理由は """両方同時に利用希望します。片方だけだと入りきらないので。""" } }

DSLから生成したHTML

DSL 変換処理オブジェクトオブジェクト変換処理 XML XML テキストテキスト

アプリケーション・フレームワーク APIからDSLへ旧来のAPI:手続き呼び出し、抽象クラスの継承 DSLを用いることで、簡潔、適切にフレームワークの提供する機能を利用することができる Springに対するGrails Groovyを用いたSpring DSLと考えることで、アーキテクチャ上の位置付けが理解できる Apache Camel インテグレーションフレームワーク XML DSL、Java DSLに続いてScala DSLを開発中 ScalaとJavaの協業アプリケーション・フレームワークはScala コンポーネントはScalaまたはJava アプリケーションはJavaまたはGroovy(JRuby, Jython)

アプリケーション・フレームワーク Scalaの使いどころアプリケーション Java API : Application Programming Interface Groovy DSL : Domain Specific Language SPI : Service Provider Interface API Java DSL Scala 構成管理フレームワーク定義 Scala Scala SPI Java コンポーネント Scala Java

アプリケーション・フレームワーク開発の流れ設計製造組立て運用管理ビジネス・モデリング分析設計実装テスト設計実装テスト組立テスト配備管理分析設計実装テスト設計実装テスト設計実装テスト設計実装テストフレームワークフレームワークコンポーネントコンポーネント

まとめ JavaプログラマにとってのScala まず最初は便利なJavaとして使っても十分に有益浅海の体感では3倍の生産性最初はScala特有の難しい(そして便利な)機能は使わなくてもよいこれから興隆する新しい技術はScalaで攻めるのが得策新技術分野のための機能が満載マルチコア、クラウド・コンピューティング、DSL

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JavaWorld Day 2009 Scala

by Tomoharu ASAMI

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