Обзор языков программирования: Clojure – реализация Lisp для JVM

14.09.2018     

RedMonk опубликовал рейтинг языков программирования за 2018 год. Clojure, современный диалект языка программирования Lisp, оказался на 21 месте. Разбираемся, заслуженно ли для него определили эту позицию, и есть ли у Clojure перспективы к развитию. 

Название этого языка созвучно слову «closure» – «замыкание». Изначально понятие замыкания происходит из абстрактной математики, где оно обозначает множества, замкнутые на самих себя. В функциональных языках «замыкание» обозначает свойство функций ссылаться на контекст функции, ее породившей, даже если родительская функция уже давно отработала. По силе значения это понятие можно сравнить с понятием «инкапсуляция» в объектно-ориентированных языках (ОО). 

История создания

В 2007 году разработчик Рич Хики представил первую публичную версию языка друзьям из сообщества Common Lisp. Дальнейшую популярность язык приобретал через открытые сообщества в интернете, а также с помощью статей выступлений самого Хики.

Создатель языка хотел найти такой язык, который был бы динамическим, преимущественно функциональным, с возможностью безопасного расширения, поддерживающим эффективные параллельные вычисления и базирующимся на платформах, ставших промышленным стандартом JVM и CLR, но не нашел и решил создать собственный.

«Имя должно было быть уникальным. Я хотел включить в имя C (C#), L (Lisp) и J (Java). Как только я придумал Clojure, с учетом того, что это каламбур на «closure», что есть доступный домен и огромное пустое google-пространство, то это и было простое решение», – пояснил выбор названия для языка программирования разработчик.

Функциональность Clojure

Требования к увеличению производительности диктуют необходимость использовать параллельные вычисления, чтобы они взаимодействовали друг с другом и работали одновременно. Существующие ОО языки плохо приспособлены к распараллеливанию задач. В них существует большой объем зависимостей объектов и их состояний, которые порождают системы с плохо прогнозируемым поведением при параллельных взаимодействиях. Решения, основанные на блокировках и светофорах, не сильно упрощают реализацию задачи – фундаментальная проблема зависимости состояния системы от последовательностей взаимодействия объектов остается.

Напротив, в функциональном подходе вместе с неизменяемостью входных параметров мы получаем чистые функции без побочных эффектов. При таком подходе изменение порядка вызова функций приведет к тому же результату, а неизменность используемых данных гарантирует полную изоляцию при параллельном исполнении.

Язык Clojure не полностью чистый, в нем есть поддержка функций с побочным эффектом. Это функции ввода/вывода, побочный эффект в них – их предназначение. Однако такие функции не имеют своего состояния и служат для взаимодействия с внешним миром. 

Почему Lisp

Прежде всего Lisp – функциональный язык. В нем максимально простой изначальный синтаксис, для которого требуется маленькое ядро языка. Реализация макросов – инструкций, которые сообщают программе, какие действия следует выполнить, чтобы достичь определенной цели – и абстрактный синтаксис делают этот язык невероятно мощным.

Для Lisp разработано два основных диалекта: Scheme и Common Lisp. Первый разрабатывался с целью получения компактного языка вычислений, а второй – стандартизации максимального количества возможностей, реализованных в различных диалектах Lisp, используемых для исследований. Ни тот, ни другой не получили широкого распространения как языки промышленного использования, но их для этого и не создавали.

В отличии от других диалектов Lisp в языке Clojure синтаксис изменен незначительно. Небольшая оптимизация синтаксиса позволила сократить использование группирующих скобок (наличие большого количества скобок своего рода фирменный признак языка Lisp), в некоторых случаях стало возможным заменять пробелы запятыми и обозначать ассоциативные массивы фигурными скобками, векторы – квадратными.

В Clojure исключили возможность изменения макросов чтения, переменные изначально поддерживаются неизменяемыми, расширили возможности работы с последовательностями, включая поддержку «ленивых» и бесконечных последовательностей, реализовали технология Software Transaction Memory (STM) работы c разделяемыми данными в параллельном исполнении.

Почему Java

Язык Java изначально создавался для промышленных приложений широкого применения. Традиционно для языка создается отдельная платформа, но Clojure реализовали  для уже существующей платформы JVM, что гарантировало меньшие вложения сил и средств в развитие библиотек кода. К моменту создания Clojure JVM существовала более 10 лет, и к ней было написано большое количество широко используемых фреймворков, зарекомендовавших себя в многочисленных промышленных решениях.

Clojure компилируется в код на Java, поэтому может использовать типы и стандартные библиотеки работы с коллекциями, написанными на Java. Конечный байт-код для JVM получается нативно из кода Java, поэтому написанная на Clojure команда будет исполняться с той же производительностью. Разработчик ничем не рискует, выбрав Clojure для определенного класса задач, где его использование наиболее отвечает требованиям – программист останется на платформе JVM с доступом к использованию библиотек Java из Clojure. Со стороны Java также будет доступен код, написанный на Clojure. Следующие примеры демонстрируют код в сравнении на Java и Clojure:

 

Операция

Java

Clojure

Создание экземпляра класса

new ClassName(arg1, arg2, …)

 

(ClassName.arg1 arg2 …)

 

Вызов метода экземпляра объекта

object.methodName(arg1, arg2 …)

(.methodName object arg1 arg2 …)

Запись значения 5 в поле экземпляра объекта

object.fieldName = 5

(set! (.fieldName object) 5)

 

Следующий пример демонстрирует тесную связь типов Clojure и Java:

user=> (class true)
java.lang.Boolean
user=> (class (= 1 1))
java.lang.Boolean

Отличия от других языков

Из всех языков на платформе JVM именно Clojure особенно отличается по синтаксису и может сойти за чужеродный механизм в среде Java. Однако общая система типов, бесшовная возможность вызова кода на Java и наоборот, говорит об общей универсальности платформы. В то же время на той же платформе реализованы концепции языка, которых нет в Java: последовательности («ленивые», бесконечные), оптимизация рекурсии, транзакционная память и гомоиконность. Последние две особо выделяют Clojure от всех остальных языков.

Транзакционная память

Развитие многоядерных процессоров открывает широкие возможности использования параллельного исполнения программ. Однако совместный доступ к данным сильно усложняет разработку таких систем. В императивных языках обычно проблему совместного доступа решают использованием механизма блокировок – это так называемый, пессимистичный подход к управлению данными. Проблема блокировок в том, что их использование требует одинаковой последовательности наложения из параллельных потоков исполнения. Несоблюдение этого условия приводит к взаимоблокировкам. 

Альтернативным решением работы с данными может быть использование транзакционной памяти. В этом подходе блокировки не используются, однако существует механизм отслеживания коллизий. В случае возникновения попытки изменить данные из разных потоков, транзакция отменяется и перезапускается снова. У такого решения есть ограничение: исполнение программ в транзакции должно быть полностью обратимым, у функций исполнения не должно быть побочных эффектов. Чистые функции, позволяют перезапустить процесс без последствий столько раз, сколько потребуется, пока до конца транзакции не произойдет ни одного параллельного изменения. Это так называемый оптимистичный подход, используемый в функциональных языках. 

Концепция параллельного исполнения с использованием технологии транзакционной памяти совместно с неизменяемостью данных позволяют эффективно решать задачи параллельного исполнения в функциональных языках точно также, как сборщик мусора на Java позволяет не думать о распределении памяти и решать более высокоуровневые задачи.

Гомоиконность или код как данные

Другой отличительной особенностью языка является его свойство гомоиконности, когда код языка соответствует результату дерева синтаксического разбора. Это свойство вместе с возможностями использования макросов позволяет эффективно использовать описания синтаксических конструкций, отличных от изначально поддерживаемых. Фактически язык органично поддерживает расширение своего синтаксиса или позволяет строить внутренний DSL (Domain-Specific Language).

Определение собственного DSL можно рассмотреть на примере вычисления выражения:

(x + y) * (a / b)

В соответствии с нотацией Lisp это выражение необходимо преобразовать как

(* (+ x y)
  (/ a b))

И теперь предположим, что такого рода выражения очень неудобны для нашей решаемой задачи. Тогда можно задать макрос, задача которого принять исходное выражение, преобразовать его к синтаксису языка и вернуть результат компилятору. Для вычисления результата будем использовать конструкцию вида

(expr (x + y) * (a / b))

, тогда макрос будет такой:

(expr (x + y) * (a / b))

В данном макросе просто меняется порядок термов из инфиксного в префиксный (польская запись).

Введя выражение с использованием макроса exprв REPL, мы получим:

(expr 2 + 2)
>>> 4
(expr 2 / 2)
>>> 1

Перспективы развития языка

Если посмотреть статистику за последние несколько лет, то популярность Clojure не меняется. Однако язык не стоит на месте, например, в 2011 году Рич Хик представил новую реализацию языка ClojureScript. Она отличается от предшественника, что  обусловлено значительными различиями между средами выполнения JVM и JavaScript, а также тем, что в последнем случае компилятор не создает байт-код для виртуальной машины, а генерирует непосредственно код на JavaScript. Последнее позволяет писать на языке код, способный выполняться всеми современными веб-браузерами, а также другими средами выполнения, поддерживающие JavaScript.         

На сегодня у Clojure есть уже несколько реализаций: Clojure, ClojureScript, ClojureCLR, Clojureна LLVM, Clojure на Android,Clojure на iOS.      

Языки массового применения условно можно разделить на группы. Языки первой группы – те, на которых с большим отрывом создается наибольшее количество программ. Это так называемые мейнстримные языки: Java, JavaScript, Python, Ruby, PHP, C#, C++ и Objective-C. Несмотря на то, что некоторые из них уже теряют былую популярность, знание одного из них может гарантировать специалисту быстрый поиск работы.                 

Ко второй группе можно отнести такие языки как Scala, Go, Swift, Haskel и Clojure. Эти языки не пробились в мейнстрим, но доказали свою состоятельность. Вокруг них созданы сильные сообщества, однако в мире консервативных ИТ-компаний они не получили сильной популярности. Некоторые из них имеют очень хорошие шансы выйти в мейнстрим в ближайшие несколько лет, и это можно наблюдать по изменению их популярности в сторону увеличения.


Автор:
Андрей Калякин Обозреватель


Комментарии
В избранное Подписаться на ответы Сортировка: Древо развёрнутое
Свернуть все
1. s22 19 14.09.18 15:30 Сейчас в теме
2. Gureev 14.09.18 16:31 Сейчас в теме
3. dimisa 119 17.09.18 10:25 Сейчас в теме
Оставьте свое сообщение

См. также

Microsoft заблокировала возможность деинсталляции Edge из Windows 10

Новость Windows Интернет ИТ-новость Новости компаний

Microsoft официально подтвердила, что пользователи не смогут деинсталлировать новый браузер Edge после обновления Windows 10.

вчера в 11:26    235    SKravchenko    0       

Создан новый язык программирования Armada для работы с параллельными вычислениями

Новость ИТ-новость Языки программирования

Группа исследователей опубликовала новый язык программирования Armada. Язык предназначен для формальной проверки высокопроизводительных параллельных программ.

12.08.2020    902    SKravchenko    4       

Энтузиаст запустил в Minecraft компьютер на Windows 95

Новость ОС Windows Видеоигры ИТ-новость

Разработчик delta2force представил мод VM Computers для популярной игры-песочницы Minecraft. Он позволяет добавить в игру виртуальный компьютер и запустить на нем Windows 95.

12.08.2020    385    user1015646    2       

Выпущен ПК весом 83 грамма с поддержкой нескольких десктопных ОС

Новость Гаджеты ИТ-новость Микроэлектроника

Компания XCY выпустила миниатюрный компьютер Mini PC Stick, по размеру напоминающий флешку, помещающуюся в ладони. В качестве ОС на него можно установить Windows 10 или Linux.

11.08.2020    741    user-programmist    10       

Сбербанк создаст криптовалюту, привязанную к рублю

Новость Банки Блокчейн ИТ-новость Новости компаний

Сбербанк выпустит собственную криптовалюту Sbercoin – стейблкоин, курс которого будет привязан к рублю. Он упростит внутренние транзакции и не противоречит закону о цифровых финансовых активах (ЦФА).

11.08.2020    488    user1015646    7       

Windows 10 сможет запускать приложения с Android-смартфонов

Новость Windows Android Infostart Software Partners Маркет Новости компаний

5 августа 2020 года Microsoft объявила о новшествах, которые появятся в Insider Preview Build 20185. Одной из самых интересных функций стало дальнейшее развитие службы «Ваш телефон».

07.08.2020    840    capitan    4       

Программист из Slack превратил MacOS 8 в кроссплатформенное приложение

Новость ОС Mac OS ИТ-новость

Разработчик создал приложение, позволяющее запустить MacOS 8 на современных компьютерах как обычное приложение. Для этого не понадобится даже предварительно устанавливать эмулятор.

06.08.2020    718    VKuser24342747    0       

МТС получил первую в России лицензию на развитие сети 5G

Новость ИТ-новость Новости компаний Телекоммуникации

Роскомнадзор предоставил МТС лицензию на строительство сети 5G по всей территории России — в 83 из 85 субъектов. Срок действия лицензии - до лета 2025 года. Для развития сети были выданы частоты от 24,25 до 24,65 ГГц.

05.08.2020    711    user-programmist    1       

Работа с большими данными во всем мире должна регулироваться профстандартом

Новость Искусственный интеллект ИТ-новость

Британское компьютерное общество (BCS) вместе с Королевским статистическим обществом (RSS) и Королевской инженерной академией (RAEng) начали работу по созданию профстандартов в отрасли больших данных (BigData).

05.08.2020    588    SKravchenko    3       

GitHub представил дорожную карту развития сервиса

Новость GitHub ИТ-новость

GitHub будет лучше знакомить разработчиков с грядущими обновлениями сервиса при помощи публичных дорожных карт. Пользователи смогут влиять на выполнение запланированных улучшений и помогать им продвигаться вперед по карте.

05.08.2020    601    VKuser24342747    0       

IEEE опубликовал свежий рейтинг языков программирования

Новость ИТ-новость Языки программирования

Институт инженеров электротехники и электроники IEEE Spectrum недавно опубликовал свой рейтинг языков программирования за 2020 год. Как и в последние несколько лет Python снова лидирует, но есть и несколько сюрпризов.

04.08.2020    820    SKravchenko    1       

Facebook запускает конкурента Zoom

Новость ИТ-новость Мессенджеры Новости компаний

23 июля Facebook объявил, что расширяет возможности Messenger Rooms и Facebook Live, – теперь пользователи могут организовывать онлайн-совещания с участием до 50 человек.

03.08.2020    635    SKravchenko    0       

Виртуальные фанаты заполнят пустые стадионы

Новость Искусственный интеллект ИТ-новость Телекоммуникации

Из-за пандемии COVID-19 сто двадцатый сезон в истории главной лиги бейсбола США пройдет с пустыми стадионами. Но Fox Sports для своих трансляций будет заполнять трибуны виртуальными фанатами с цифровой визуализацией.

31.07.2020    689    SKravchenko    2       

Начался выпуск российских материнских плат для ARM-процессоров «Байкал»

Новость Импортозамещение ИТ-новость Микроэлектроника

Первую российскую материнскую плату для нового ARM-процессора Baikal-M представили компании «Байкал электроникс», «Эдельвейс» и «Базальт СПО». Ориентировочная стоимость платы – 50 тыс. рублей.

30.07.2020    806    user1015646    3       

Банки оценили переход на отечественное ПО в сотни миллиардов рублей

Новость Банки ИТ-новость Цифровая экономика

Российские банки пересчитали планируемые расходы на внедрение отечественных программ. Затраты финансовых учреждений могут составить до 150 млрд рублей.

30.07.2020    588    VKuser24342747    0       

Молодые сотрудники используют больше разных приложений для работы

Новость Автоматизация Аналитика ИТ-новость

Исследование, проведенное консалтинговой фирмой Creative Strategies по изучению сотрудничества, показало значительные различия в стиле и подходе к работе у разных возрастных групп.

29.07.2020    872    SKravchenko    0       

Microsoft представила утилиту для мониторинга процессов в Linux

Новость Linux ИТ-новость Новости компаний

Компания Microsoft выпустила утилиту ProcMon (Process Monitor) для Linux. Программное обеспечение распространяется под открытой лицензией MIT. Ранее ProcMon была доступна только для Windows.

29.07.2020    760    user1015646    2       

Google сделает Android Go обязательной на устройствах с ОЗУ меньше 2 ГБ

Новость Google ИТ-новость Мобильные приложения

С октября 2020 года на все новые Android-устройства, имеющие объем ОЗУ 2 ГБ и менее, Google заставит устанавливать Android Go – модифицированную версию Android для устройств начального уровня.

28.07.2020    1662    SKravchenko    0       

Google Cloud представил новые средства безопасности

Новость Google Безопасность ИТ-новость

Облачная платформа Google Cloud разработала новые инструменты для обеспечения безопасности. Они ориентированы на крупные коммерческие компании, банки и государственные учреждения.

28.07.2020    736    user1015646    0       

ПК на Windows могут перейти на ARM-процессоры

Новость Windows Mac OS ИТ-новость Микроэлектроника

22 июня Apple объявила о переходе Mac на процессоры собственного производства на базе архитектуры ARM. Первые системы появятся к концу года, начав двухлетний переходный период.

24.07.2020    1924    SKravchenko    1       

Разработчики GitHub представили GCM Core – инструмент универсальной аутентификации для Git-серверов

Новость GitHub ИТ-новость

Git Credential Manager Core – это кроссплатформенный инструмент, который может стать альтернативой традиционной HTTPS- или SSH-аутентификации для Git-серверов. Планируется, что в будущем он заменит существующие утилиты аутентификации для Windows, macOS и Linux.

24.07.2020    1174    user1015646    1       

Google выпустила большое обновление Chrome

Новость Google Безопасность Интернет Интерфейсы ИТ-новость

14 июля Google выпустила стабильную версию браузера Chrome 84 Desktop для Windows, Mac и Linux. Новый Chrome получил поддержку Web OTP API, ярлыки PWA и умеет блокировать навязчивые уведомления.

23.07.2020    1795    SKravchenko    0       

GitHub разместил пленочный архив открытого кода в арктическом хранилище

Новость GitHub ИТ-новость

GitHub завершил масштабный перенос архива открытого исходного кода в хранилище Arctic World Archive. Данные будут храниться в виде фотоснимков на пленочных накопителях.

22.07.2020    1154    VKuser24342747    2       

Денег нет: «Сколково» прекратило выдавать некоторые гранты до 2021 года

Новость ИТ-новость Минфин Стартапы Цифровая экономика

Фонд «Сколково» приостановил выдачу грантов за деньги Минфина. Высокотехнологичные компании смогут претендовать на финансирование только в следующем году.

21.07.2020    1275    VKuser24342747    1       

Docker и Amazon Web Services провели взаимную интеграцию инструментов разработчика

Новость Интеграция ИТ-новость Новости компаний

Docker и Amazon вышли на новый этап партнерства. Компании завершили двустороннюю интеграцию инструментов разработчика: Elastic Container Service (ECS) и ECS on AWS Fargate A293; со стороны Amazon; Compose и Desktop developer – со стороны Docker.

20.07.2020    1051    user1015646    0