Современные языки программирования, которые заставят вас страдать: Часть 2, функциональные языки

Прим. ред. Это перевод статьи Ильи Суздальницкого. Мнение редакции может не совпадать с мнением автора оригинала.

Это вторая и финальная часть перевода статьи про современные язки программирования. В первой части рассматривались объектноориентированные языки. В этой части автор подробно разбирает функциональные языки программирования которые принадлежат семейству ML ( и некоторые С-подобные).

Функциональные языки программирования

Haskell

Сложность изучения: чтобы продуктивно использовать Haskell нужно изучить теорию категорий. Даже для того, чтобы написать hello world, нужно понимать монады.

Сообщество: больше заинтересовано в академических дискуссиях, чем в решении реальных проблем.

Функциональная чистота: чистые функции — прекрасны. Побочные эффекты (взаимодействие с внешним миром, изменение состояния) причина большого количества ошибок в программах. Будучи чисто функциональным языком, Haskell полностью избавлен от них.

Конечно в языке есть обходные пути, для взаимодействия с внешним миром. Для этого используется набор инструкций (монад ввода-вывода). Это могут быть такие инструкции: получить строку с клавиатуры, использовать её в некой функции, напечатать результат в консоль. Среда выполнения делает это за нас. Мы никогда не выполняем код взаимодействующий с внешним миром напрямую.

На практике, такая сосредоточенность на функциональной чистоте значительно увеличивает число абстракций, усложняет код и уменьшает продуктивность разработчиков.

Поддержка NULL: как и в Rust, Haskell не поддерживает нулевые ссылки. Вместо этого в нём есть Optional, на случай, если значения может не быть.

Обработка ошибок: некоторые функции могут выбрасывать ошибки, но более свойственный для языка подход похож на Result в Rust.

Иммутабельность: язык имеет первоклассную поддержку иммутабельных структур данных.

Сопоставление с образцом: поддерживается.

Экосистема: стандартная библиотека неорганизованна. По умолчанию, в Haskell используются функции выбрасывающие исключение, вместо возврата Option (золотой стандарт для функционального программирования). В довершение всего, у Haskell есть два менеджера пакетов — Cabal и Stack.

Вердикт: мне бы очень хотелось полюбить Haskell, однако он навсегда застрял в академических кругах. Является ли он худшим из функциональных языков? Решать вам, но я думаю, что это так.

OCaml

Типизация: не поддерживает классы типов, но есть функторы (модули высшего порядка). Язык статически типизирован и выводит типы почти также хорошо, как Haskell.

Экосистема: имеет небольшое сообщество и страдает от недостатка библиотек. Языку не хватает достойного веб-фреймворка. Документация хуже чем других языков.

Инструментарий: инструменты языка неорганизованны. Имеет три менеджера пакетов: Opam, Dune, и Esy. Язык известен некачественными сообщениями об ошибках компилятора. Это не критично, но снижает производительность программистов.

Обучающие ресурсы: главная книга для изучения OCaml — «Real World OCaml», не обновлялась с 2013 года. Примеры из книги устарели. Туториалов по языку недостаточно, а большая часть из них это конспекты лекций.

Параллелизм: разработчики годами ждут поддержки многоядерности, но её пока что не предвидится.

Поддержка NULL: нет нулевых ссылок, использует Option для неуказанных значений.

Обработка ошибок: нативный подход — использование типа Result.

Иммутабельность: язык имеет первоклассную поддержку иммутабельных структур данных.

Сопоставление с образцом: поддерживается.

Вердикт: Ocaml — хороший функциональный язык. Его основные недостатки: отсутствие поддержки многоядерности и небольшое сообщество (причина недостатка обучающих материалов и библиотек). Поэтому, я бы не рекомендовал язык к использованию в работе.

Scala

Экосистема: Scala — это язык из семейства Си, который выполняется на виртуальной машине Java. Это значит, что у вас есть доступ к огромной экосистеме библиотек Java.

Типизация: язык плохо справляется с приведением типов. Однако Scala поддерживает Higher-Kinded типы и типы классов.

Немногословность/читаемость: хотя программы на Scala и отличаются лаконичностью (особенно по сравнению с Java), читаемость страдает. Scala — один из немногих функциональных языков, принадлежащих к семейству Си. Си-подобные языки были предназначены для императивного программирования, а ML для функционального. Поэтому функциональный код на Scala может иногда выглядеть странно.

Синтаксис для алгебраических типов данных оставляет желать лучшего:

			sealed abstract class Shape extends Product with Serializable

object Shape {
  final case class Square(size: Int) extends Shape
  final case class Rectangle(width: Int, height: Int) extends Shape
  final case class Circle(radius: Int) extends Shape
}
		

Этот же код на языке ReasonML:

			type shape = 
   | Square(int)
   | Rectangle(int, int)
   | Circle(int);
		

Скорость: hello world на языке Scala может компилироваться до 10 секунд, на слабом железе. Компиляция производится только на одном ядре процессора, что отрицательно влияет на скорость.

Из-за того, что Scala работает на виртуальной машине Java, программы запускаются дольше.

Сложность изучения: один из самых сложных функциональных языков. Scala, как и C++ обладает множеством функций, которые, однако, усложняют его изучение.

Иммутабельность: Scala обладает первоклассной поддержкой неизменяемых структур данных (с использованием классов образцов).

Поддержка NULL: с одной стороны, Scala поддерживает нулевые ссылки. С другой стороны, характерный для языка способ обработки отсутствующих значений — паттерн Option.

Обработка ошибок: нативный подход — использование типа Result.

Параллелизм: можно использовать отличный инструмент — Akka.

Сопоставление с образцом: поддерживается.

Вердикт: Scala пытается делать слишком многое. Его разработчикам пришлось пойти на множество компромиссов, чтобы поддерживать как ООП, так и функциональное программирование.

Elm

Обработка ошибок: в языке нет ошибок выполнения и исключений. Как и другие функциональные языки, использует тип Result для обработки ошибок.

Функциональная чистота: как и Haskell, Elm — чисто функциональный язык. И в данном случае это скорее минус, потому что любой рефакторинг превращается в кошмар.

Слишком строгий:

Скриншот с reddit.com

Elm настолько строгий, что использование табуляций считается синтаксической ошибкой.

Сосредоточенность на отсутствии ошибок убивает язык. В версии 0.19, взаимодействие с JS библиотеками сделали практически невозможным. Конечно для того, чтобы стимулировать людей писать свои библиотеки на Elm. Но компаний, у которых есть для этого достаточно ресурсов, крайне мало.

Поддержка React: Elm создаёт свою собственную виртуальную модель DOM и не использует React. Это лишает разработчиков доступа к обширной экосистеме библиотек и компонентов, созданных для React.

Состояние языка: с каждым новым релизом в языке происходят сильные изменения, которые могут лишить вас возможности использовать его.

К сожалению, прошло уже больше года с тех пор, как была выпущена новая версия Elm (0.19.1). О состоянии разработки ничего не известно. Возможно, что она вообще больше не ведётся.

Сопоставление с образцом: поддерживается.

Иммутабельность: обладает первоклассной поддержкой неизменяемых структур данных.

Поддержка NULL: нет нулевых ссылок, использует Option для неуказанных значений.

Вердикт: Elm — отличный язык, но к сожалению у него нет будущего.

F#

Не полностью функциональный: в отличие от Haskell/Elm, F# очень прагматичен и не обеспечивает функциональную чистоту.

Обучающие ресурсы: есть действительно хорошие учебные ресурсы.

Сложность изучения: F# — один из самых простых функциональных языков.

Экосистема: имеет довольно небольшое сообщество и в отличие от таких языков как Elixir, оно не имеет таких же замечательных библиотек.

Взаимодействие с C#: F# имеет доступ ко всей экосистеме .NET/C#. Действительно хорошо взаимодействует с существующим C# кодом.

Параллелизм: работает поверх CLR, который не имеет такой же превосходной поддержки параллелизма, как Elixir на виртуальной машине Erlang.

Поддержка NULL: NULL-значения обычно не используются. Неуказанные значения обрабатываются с помощью паттерна Option.

Обработка ошибок: ошибки обрабатываются с помощью паттерна Result.

Иммутабельность: обладает первоклассной поддержкой неизменяемых структур данных.

Сопоставление с образцом: поддерживается.

Вердикт: F# — очень надежный язык программирования с действительно хорошей системой типов. Он почти так же хорош, как Elixir для разработки Web API (подробнее об этом далее). Однако проблема F# заключается не в том, что у него есть, а в том, чего у него нет. Если сравнить его с Elixir, его функционал параллелизма, богатая экосистема и удивительное сообщество перевешивают любые преимущества статической типизации, которые предоставляет F#.

Однако F# — лучший язык для финтеха. Также язык отлично подойдёт для энтерпрайз разработки. Его мощная система типов позволяет моделировать сложную бизнес логику. Очень рекомендую прочитать эту книгу — «Domain Modeling Made Functional».

ReasonML

Не является надмножеством JavaScript: синтаксис ReasonML похож на JavaScript, что делает его более доступным для всех, кто имеет опыт работы с JavaScript. Однако, в отличие от TypeScript, ReasonML даже не пытается быть надмножеством JavaScript. ReasonML не должен был унаследовать плохие дизайнерские решения, десятилетиями принимаемые в JavaScript.

Сложность изучения: ReasonML является одним из самых простых функциональных языков.

Не полностью функциональный: ReasonML очень прагматичен, ориентирован на производительность разработчиков и быстрое достижение результатов.

Типизация: его система типов почти так же хороша, как у Haskell. Самым большим недостатком является отсутствие классов типов, но он поддерживает функторы (модули высшего порядка).

ReasonML статически типизирован и выводит типы почти так же хорошо, как и Haskell.

Экосистема: как и TypeScript, ReasonML имеет доступ ко всей экосистеме JavaScript.

Взаимодействие с JavaScript/TypeScript: компилируется в обычный JavaScript. Поэтому, в одном проекте можно использовать как ReasonML, так и JavaScript/TypeScript.

ReasonML and React — отличное сочетание: поскольку ReasonML статически типизирован, нет необходимости беспокоиться о PropTypes. В отличие от JavaScript, при использовании ReasonML ничто не перерисовывается без необходимости — вы получаете отличную производительность React из коробки!

Инструменты: язык далеко не такой зрелый, как его альтернативы, так что могут возникнуть некоторые проблемы с инструментами. Например, официально рекомендуемое расширение VSCode — reason-language-server в настоящее время не работает.

ReasonML использует компилятор OCaml под капотом, а OCaml известен посредственными сообщениями об ошибках компилятора. Это не критично, но может повлиять на производительность разработчиков.

Поддержка NULL: нет нулевых ссылок, использует Option для неуказанных значений.

Иммутабельность: обладает первоклассной поддержкой неизменяемых структур данных.

Сопоставление с образцом: поддерживается.

Вердикт: это отличный язык для веб-разработки. ReasonML, вероятно, является тем, чем всегда стремился быть TypeScript, но потерпел неудачу. ReasonML добавляет статическую типизацию в JavaScript, убирая при этом все плохие фичи (и добавляя современные фичи, которые действительно нужны).

Elixir

Имеет хорошую документацию, даже к стандартной библиотеке.

Фреймворк Phoenix: поддерживает из коробки: вебсокеты, routing, HTML templating language, internationalization, JSON encoders/decoders, seamless ORM integration(Ecto), sessions, SPA toolkit и многое другое. Также фреймворк известен своей производительностью — способен обрабатывать миллионы одновременных подключений на одной машине.

Фуллстек Elixir: Phoenix недавно представил LiveView, который позволяет создавать насыщенные веб-интерфейсы реального времени прямо в Elixir. LiveView даже заботится о синхронизации состояния клиента и сервера, а это значит, что нам не нужно беспокоиться о разработке и обслуживании REST/GraphQL API.

Обработка данных: Elixir может быть надежной альтернативой Python для многих задач связанных с обработкой данных. Скрепер есть как у Python, так и у Elixir, и последний предлагает гораздо лучшее решение и экосистему для этой задачи.

Такие инструменты, как Broadway, позволяют строить конвейеры приема/обработки данных в Elixir.

Типизация: на мой взгляд, отсутствие корректной статической типизации — самый большой недостаток Elixir.

Скорость: компилятор Elixir является многопоточным и обеспечивает невероятно высокую скорость компиляции. В отличие от JVM, виртуальная машина Erlang запускается быстро. Производительность во время выполнения очень хороша.

Надёжность: код на Elixir выполняется поверх Erlang, который использовался более 30 лет для создания самого надежного программного обеспечения в мире. Некоторые программы, работающие на виртуальной машине Erlang, смогли достичь надежности 99,9999999%. Ни одна другая платформа в мире не может похвастаться таким же уровнем надежности.

Параллелизм: язык использует альтернативный подход к параллелизму — модель акторов. При таком подходе, у акторов (процессов) нет ничего общего. Единственный способ общения между различными процессами — отправка сообщений.

Elixir, в отличие от Go, убивает только тот процесс в котором произошла ошибка, а не всю программу. Более того, этот процесс будет автоматически перезапущен его супервизором.

Elixir строится на основе Erlang, который известен своими большими возможностями распараллеливания, и использует совершенно другой подход к параллелизму, называемый моделью актора. В рамках этой модели, между процессами (акторами) нет ничего общего. Каждый процесс поддерживает свое собственное внутреннее состояние, и единственный способ общения между различными процессами — отправка сообщений.

Процессы в Elixir очень легковесны, их можно запускать тысячами на одной машине.

Масштабирование: параллельные вычисления в Go быстрее чем в Elixir, если это происходит на одной машине. Но при масштабировании происходит обратное. Elixir легко справляется с такими вещами как: кластеризация, RPC и сетевые взаимодействия. В некотором смысле, виртуальная машина Erlang работала с микросервисами за десятилетия до того, как они вошли в обиход. Каждый процесс можно рассматривать как микросервис — как и микросервисы, процессы независимы друг от друга. Микросервисы без сложностей Kubernetes? Именно для этого и был создан Elixir.

Обработка ошибок: язык использует уникальный подход к обработке ошибок. В то время как чисто функциональные языки (Haskell/Elm) предназначены для минимизации вероятности появления ошибок, Elixir предполагает, что ошибки неизбежно произойдут.

Выбрасывать исключения в Elixir — правильно, в то время как обрабатывать исключения обычно не рекомендуется. Вместо этого супервизор процесса автоматически перезапустит неудачный процесс, чтобы программа продолжила работать.

Сложность изучения: язык можно освоить за пару месяцев. Однако освоение OTP может занять некоторое время. OTP — киллер фича языка. OTP – это набор инструментов и библиотек от Erlang, на которых строится Elixir. Это секретный ингредиент, который значительно упрощает построение параллельных и распределенных программ.

Обучающие ресурсы: их существует огромное количество. И почти все из них подойдут для новичков.

Сопоставление с образцом: поддерживается.

Вычисления: язык не справляется с задачами в которых требуется большое количество вычислений.

Вердикт: Elixir, вероятно, является самым зрелым из всех функциональных языков. Он работает на виртуальной машине, созданной для функционального программирования. Язык был разработан с нуля для параллельных вычислений, и идеально подходит для современной эры многоядерных процессоров. Это лучший язык для Web API. OTP и модель акторов делают язык лучшим решением для параллельных и распределённых программ.

Подходящий инструмент

Точно также, как не стоит пытаться забить гвоздь отвёрткой, не нужно использовать один язык программирования повсюду. Каждый из них имеет свою область применения.

Go — лучший язык для системного программирования. Для фронтенда несомненно стоит выбрать ReasonML. Абсолютный лидер для разработки Web API — Elixir. Как и для любых задач связанных с параллельными и распределёнными программами. Python, это к сожалению единственный адекватный вариант для data science.

Это довольно неоднозначная статья. Очевидно, что автор предпочитает функциональные языки программирования объектноориентированным. Если вы не согласны с рейтингом и можете аргументировать свою точку зрения, добро пожаловать в комментарии.