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前言

《Scala程序设计》向读者介绍了一门既令人振奋又功能强大的语言,该门语言集合了现代对象模型、函数式编程以及先进类型系统的所有优点,同时又能应用获得产业界大量投资的Java虚拟机(JVM)。这本书通过大量的代码示例,向读者全面阐述了如何使用Scala迅速编写代码,解释了为什么Scala是编写可扩展、分布式、基于组件且支持并发和分布的应用程序的最完美语言。Scala运行在先进的JVM平台之上,通过阅读本书,读者还能了解到Scala是如何发挥JVM平台优势的。

如果你想了解更多内容,请访问http://programming-scala.org或查阅本书目录(http://shop.oreilly.com/product/0636920033073.do)。

欢迎阅读《Scala程序设计(第2版)》

本书第1版出版于 2009 年秋,是当时市面上第三本讲述Scala的图书,仅仅因为耽误了几个月,未能成为第二本。Scala当时的官方版本号为 2.7.5,而 2.8.0 版则接近完工。

从那时起,Scala世界发生了巨大的变化。编写本书时,Scala的版本号为 2.11.2。为了进一步提升Scala语言以及相关工具,Scala的创建者Martin Odersky与基于actor模型的并发框架Akka的作者Jonas Bonér一同创立了Typesafe(http://typesafe.com)公司。

现在已经出版了很多Scala的图书,我们真的有必要再推出第2版吗?市场上现存不少适合初学者的Scala指南,也出现了一些供高级学习者使用的图书,由Artima出版Odersky等人撰写的《Scala编程(第2版)》仍被视为Scala语言的百科全书。

然而,本书第2版非常完整地描述了Scala语言及其生态系统,既为初学者成为Scala高级用户提供了所需要的指导,又关注了开发人员所面对的实用性问题,这是本书独一无二的地方,也是第1版广受欢迎的原因所在。

与 2009 年相比,现在有更多的机构选用了Scala,大多数Java开发者也都听说过这门语言。同时,也出现了一些针对Scala语言的持续质疑。Scala是不是太复杂了?既然Java 8已经引入了一些Scala特性,那还有必要使用Scala吗?

对于真实世界中的种种质疑,我将一一解答。我常常说,Scala的一切,包括它的不足之处,都让我为之着迷。我希望读者阅读完本书也会有同感。

如何阅读本书

本书论述全面,初级读者无须阅读所有内容便可以使用Scala进行编程。本书的前 3章“零到六十:Scala简介”“更简洁,更强大”和“要点详解”,简要概括了Scala的核心语言特性。第4章“模式匹配”和第5章“隐式详解”描述了使用Scala编程时每天都会用到的两类基本工具,通过对这两类工具的描述将读者引领到更深的领域里。

函数式编程(FP)是一种重要的软件开发方案,假如你之前从未接触过FP,那么阅读第6章能通过Scala学习函数式编程。紧接着第7章,将说明Scala对for循环的扩展,以及如何使用该扩展提供的简洁语法实现复杂而又符合规范的函数式代码。

之后,第8章将介绍Scala是如何支持面向对象编程(OOP)的。为了强调FP对于解决软件开发问题的重要性,我将FP相关章节放到OOP章节之前。如果将Scala当作“更好的面向对象的Java”,那会较容易上手,但这样会丢掉这门语言最有力的工具。第8章的大多数内容在概念上很容易理解,读者将学到在Scala中如何定义类、构造函数等与Java相似的概念。

第9章将继续探索Scala的功能——使用trait对行为进行封装。Java 8 受到了Scala trait机制的影响,通过对接口进行扩展,新增了部分trait功能。对于这部分内容而言,即便是有经验的Java程序员也需要花时间理解。

接下来的 4章,从第10章到第13章,“Scala对象系统(I)”“Scala对象系统(II)”“Scala集合库”以及“可见性规则”,详细地讲解了Scala的对象模型和库类型。由于第10章包含了一些必须要尽早掌握的基本知识,因此阅读时要务必仔细。第11章讲述了如何正确地实现普通类型层次,你可以在第一遍阅读本书时略过这一章。第12章讨论了集合设计问题并提供了合理使用集合的相关信息。再重申一遍,假如你初次接触Scala,那么请先略过此章,当你试图掌握集合类API的详细内容时,再回来学习。最后,第13章详细解释了Scala是如何对Java的public、protected以及private可见性概念进行细粒度扩展的。可以快速阅览此章。

从第14章开始,我们将进入更高级的主题:Scala复杂类型。这部分内容划分为两章:第14章包含了Scala新手相对容易理解的概念,而第15章则讲述了更高级的内容,你可以选择以后再进行阅读。

类似地,第16章“高级函数式编程”讲述的内容中包括了更多高级的理论概念,例如,Monad和仿函式(Functor)这些起源于范畴论的概念。一般水平的Scala开发者在最初并不需要掌握这些内容。

第17章“并发工具”有助于开发大型服务的程序员实现并发性的可伸缩性和可扩展性。这一章既论述了Akka这一基于actor的富并发模型,又讲述了像Future这类有助于编写异步代码的库类型。

第18章“Scala与大数据”,通常而言,在大数据以及其他以数据为中心的计算领域里,应用Scala和函数式编程能够构造杀手级应用。

第19章“Scala动态调用”和第20章“Scala的领域特定语言”是较为高级的专题,探讨了可用于构建富领域特定语言的一些工具。

第21章“Scala工具和库”讨论了一些IDE和第三方库。假如你是Scala新手,那么请阅读IDE和编辑器支持的相关小节,同时阅读关于Scala公认的项目构建工具:SBT的相关小节。本章最后列出了可以引用的库列表。第22章“与Java的互操作”对于那些需要互用Java和Scala代码的团队而言很有帮助。

第23章“应用程序设计”是为架构师和软件组长而写的。我在这一章分享了自己在应用设计方面的一些观点。传统模式使用了相对较大的JAR文件,而这些JAR文件又包含了复杂的对象图谱。因此我认为这种模式是一种不良模式,需要进行变更。

最后,第24章“元编程:宏与反射”介绍了本书最高级的主题。当然,如果你是初学者,也可以略过这一章。

本书在附录A中总结了一些资料,供读者进一步阅读。

本书未涉及的内容

模块化库是Scala最新的 2.11 版的一大焦点,它将库文件分解成更小的JAR文件,这样一来,在将系统部署到空间受限的环境时(如手机设备),便能很容易移除不需要的代码。除此之外,新版移除了库中一些原本被标示为“过时”(deprecated)的包和类型,还将其他的一些包和类型标示为deprecated,这通常是因为Scala不再维护这些包和类型,而且有更好的第三方的替代品。

因此,我们不会在本书中讨论那些在 2.11 版本中被标示为deprecated的包,具体如下。

● scala.actors(http://www.scala-lang.org/api/current/scala-actors/#scala.actors.package)

一套actor库。请使用Akka actor库。(我们将在 17.3 节对该库进行描述。)

● scala.collection.script(http://www.scala-lang.org/api/current/#scala.collection.script.package)

该库用于编写监控集合以及更新集合相关“脚本”。

● scala.text(http://www.scala-lang.org/api/current/#scala.text.package)

一套用于“格式化打印”(pretty-printing)的库。

下面列举了在Scala 2.10 中标示为deprecated并已从 2.11 版移除的包。

● scala.util.automata(http://www.scala-lang.org/api/2.10.4/#scala.util.automata.package)

使用正则表达式构建确定有限自动机(DFA)。

● scala.util.grammar(http://www.scala-lang.org/api/2.10.4/#scala.util.grammar.package)

属于parsing库。

● scala.util.logging(http://www.scala-lang.org/api/2.10.4/#scala.util.logging.package)

推荐使用某一JVM平台上活跃的第三方日志库。

● scala.util.regexp(http://www.scala-lang.org/api/2.10.4/#scala.util.regexp.package)

对正则表达式进行句式分析。scala.util.matching包同样支持正则表达式,请使用功能更为强大的scala.util.matching包。

● .NET 编译器后台

Scala团队曾在.NET运行的环境之上搭建编译器后台及库。不过由于大家对这次迁移的兴趣不断衰减,因此这项工作已经暂停。

我们不会对Scala库中每个包和类型都进行讨论。由于篇幅和其他原因,下面这些包并不会在本书中提及。

● scala.swing(http://www.scala-lang.org/api/current/scala-swing/#scala.swing.package)

对Java Swing库进行封装。尽管仍然有人维护该库,但已很少有人使用它。

● scala.util.continuations(http://www.scala-lang.org/files/archive/api/current/scala continuations-library/#scala.util.continuations.package)

编译器插件,用于生成连续传递格式(continuation-passing style,CPS)的代码。这是一个特殊的工具,目前很少有人使用它。

● App(http://www.scala-lang.org/api/current/#scala.App )和 DelayedInit(http://www.scala lang.org/api/current/#scala.DelayedInit )特征

使用这两个类型能很方便地实现main类型(入口类型),它们也是Java类中static main方法的同义词。不过由于它们有时候会导致奇怪的行为,因此我并不推荐使用它们。我会使用通用的、符合规范的Scala方法编写main方法。

● scala.ref(http://www.scala-lang.org/api/current/#scala.ref.package)

对某些Java类型进行了封装,如WeakReference,这是java.lang.ref.WeakReference的封装类。

● scala.runtime(http://www.scala-lang.org/api/current/#scala.runtime.package)

用于实现类库的类型。

● scala.util.hashing(http://www.scala-lang.org/api/current/#scala.util.hashing.package)

提供了多种散列算法。

欢迎阅读《Scala程序设计(第1版)》

一门编程语言能够流行起来是有一定原因的。有时候,某一平台的程序员会青睐于某一特定语言或平台提供商所建议的语言。大多数Mac OS开发者习惯使用Objective-C,大多数Windows平台开发者使用C++和.NET语言,而嵌入式系统开发者则使用C和C++。

有时,语言能流行起来归功于其技术上的优势,这一优势能够使其变得时尚、让人着迷。C++、Java和Ruby便曾引起程序员的狂热崇拜。

有时,语言会因为适应时代的需要而流行起来。Java最初被视为一门能够用于编写基于浏览器的富客户端应用的完美语言。当面向对象编程变得主流时,Smalltalk抓住了这一机遇。

现在,并发、异构型、永不停止的服务以及不断缩短的开发计划,使得业内对函数式编程越来越感兴趣。似乎面向对象编程的统治地位即将结束,而混合式编程范式将流行起来,甚至会变得不可或缺。

如今我们构建的应用大多是可靠、高性能、高并发的互联网或企业级应用程序,我们也希望会有一门通用编程语言适应这一要求,Scala能将我们从其他语言的阵营中吸引过来,便是因为它具备了许多最理想的特性。

Scala是一门多范式语言,同时支持面向对象和函数式编程。Scala具有可扩展性,从小脚本到基于组件的大规模应用程序,Scala均可胜任。Scala是深奥的,它从全世界的计算机科学系中吸收了先进的思想。Scala又是实用的,它的创建者Martin Odesky参与了多年的Java开发,能理解专业开发人员的需求。

Scala简洁、优雅而又富有表现力的语法,以及提供的众多工具让我们为之着迷。本书力图阐明为什么这些特性会使Scala引人注目、不可或缺。

假如你是一位有经验的开发者,希望能快速全面地了解Scala,那么这本书很适合你。你也许正在思考是否改用Scala或将其作为另一门补充语言;抑或你已经决定使用Scala,需要学习并很好地掌握Scala的特性。无论是哪种情况,我们都希望能以一种平易近人的方式阐明这门强大的语言。

我们假设你已经很好地掌握了面向对象的编程,但并没有接触过函数式编程。我们认为你熟悉一门或多门其他的语言。我们对比了Java、C#、Ruby等语言的特性,如果你熟悉任何一种语言,会了解Scala中的相似特性,以及一些全新特性。

无论你是否具有面向对象或函数式编程的背景,都会了解到Scala如何优雅地融合这两种编范式,展示了它们的互补性。基于众多示例,你还能明白针对不同的设计问题如何以及何时应用OOP和FP技术。

最后,我们希望你也会为Scala着迷。即便Scala未能成为你日常使用的语言,无论你使用什么语言,我们也希望你能从Scala中洞察到些许知识。

排版约定

本书使用以下排版约定。

楷体

表示新术语。

等宽字体 constant width)

表示程序片段,以及正文中出现的变量、函数名、数据库、数据类型、环境变量、语句和关键字等。

加粗等宽字体( constant width bold)

表示应该由用户输入的命令或其他文本。

倾斜的等宽字体( constant width italic

表示应该由用户输入的值或根据上下文决定的值替换的文本。

该图标表示提示或建议。

该图标表示一般注记。

该图标表示警告或警示。

使用代码示例

本书就是要帮读者解决实际问题的。也许你需要在自己的程序或文档中用到本书中的代码。除非大段大段地使用,否则不必与我们联系取得授权。因此,使用本书中的几段代码写成一个程序不用向我们申请许可。但是,销售或者分发O’Reilly图书随附的代码光盘则必须事先获得授权。引用书中的代码来回答问题也无需我们授权。将大段的示例代码整合到你自己的产品文档中则必须经过许可。

使用我们的代码时,希望你能标明它的出处。出处一般要包含书名、作者、出版商和书号,例如:“ Programming Scala, Second Edition by Dean Wampler and Alex Payne. Copyright 2015 Dean Wampler and Alex Payne, 978-1-491-94985-6.”

如果还有其他使用代码的情形需要与我们沟通,可以随时通过permissions@oreilly.com与我们联系。

获得示例代码

读者可以从GitHub(https://github.com/deanwampler/prog-scala-2nd-ed-code-examples)下载代码示例,并把下载后的文件解压到指定位置。请阅读随示例发布的README文件,了解如何构建和使用这些示例。(第1章会对相关指令进行归纳说明。)

一些示例文件可以作为脚本,使用scala命令运行,而另外一些则必须编译成class文件,还有一些文件本身就包含了故意植入的错误,无法通过编译。为了表明文件类型,我采用了某种特定的文件命名方式。实际上,在学习Scala的过程中,你也能从文件内容中发现文件类型。在大多数情况下,本书示例文件遵循下列命名规范。

● *.scala

这是Scala文件的标准文件扩展名,不过你无法从该扩展名中分辨该文件是必须使用scalac进行编译的源文件,还是可以直接使用scala运行的脚本文件,或者是本书特意植入了错误的无效代码文件。因此,本书示例代码中使用了.scala扩展名的文件必须单独经过编译才能使用,编译过程与编译Java代码相似。

● *.sc

以.sc后缀结尾的文件可以作为脚本文件,使用scala命令运行。例如:scala foo.sc命令会执行foo.sc脚本。你还可以在解释模式下启动scala,并通过:load命令加载任意脚本文件。请注意,使用.sc对脚本进行命名并不是Scala社区的命名标准,不过由于SBT构建项目时会忽略.sc文件,因此我们在此处用其对脚本进行命名。与此同时,IDE提供的worksheet新功能将worksheet文件命名为.sc文件,我们会在第1章中讨论这一功能。所以使用.sc对脚本命名是一个可以接受的、便利的命名方法。再次申明,通常情况下我们使用.scala扩展名为脚本文件和代码命名。

● *.scalaX及*.scX

某些示例文件中特意植入了某些导致编译异常的错误。为了避免导致编译出错,这些文件使用了.scalaX或.scX扩展名。.scalaX表示代码文件,而.scX则表示脚本文件。再次重申,.scalaX和.scX扩展名并不是业内使用的扩展名。这些文件中也嵌入了一些注释,用于说明这些文件无法执行的原因。

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第2版致谢

我,Dean Wampler,在编写这一版书的过程中得到了Typesafe公司许多同事的指导和反馈。除此之外,一些审核了早期版本的人也给我提供了有价值的反馈,非常感谢他们。我要特别感谢Ramnivas Laddad、Kevin Kilroy、Lutz Huehnken和Thomas Lockney,他们帮我审阅了本书的底稿。感谢我的老同事、老朋友Jonas Bonér,感谢他为本书作序。

特别感谢Ann,允许我将大量的个人时间花在本书的编写工作中,感谢你长期以来对我的包容,我爱你!

第1版致谢

我们在编写这本书的时候,一些朋友阅读了早期版本,并对本书的内容提出了大量好的意见,我们在此对这些朋友表示感谢。特别要感谢Steve Jensen、Ramnivas Laddad、Marcel Molina、Bill Venners和Jonas Bonér,他们给本书提供了大量的反馈。

我们在Safari发布初稿以及在http://programmingscala.com网站上提供在线版本时,收到了大量的反馈。在此列举了提供反馈的读者(排名不分先后),对他们表示感谢。他们是Iulian Dragos、Nikolaj Lindberg、Matt Hellige、David Vydra、Ricky Clarkson、Alex Cruise、Josh Cronemeyer、Tyler Jennings、Alan Supynuk、Tony Hillerson、RogerVaughn、Arbi Sookazian、Bruce Leidl、Daniel Sobral、Eder Andres Avila、Marek Kubica、Henrik Huttunen、Bhaskar Maddala、Ged Byrne、 Derek Mahar、Geoffrey Wiseman、Peter Rawsthorne、Geoffrey Wiseman、Joe Bowbeer、Alexander Battisti、Rob Dickens、Tim MacEachern、Jason Harris、Steven Grady、Bob Follek、Ariel Ortiz、Parth Malwankar、Reid Hochstedler、Jason Zaugg、Jon Hanson、Mario Gleichmann、David Gates、Zef Hemel、Michael Yee、Marius Kreis、Martin Süsskraut、Javier Vegas、Tobias Hauth、Francesco Bochicchio、Stephen Duncan Jr.、Patrik Dudits、Jan Niehusmann、Bill Burdick、David Holbrook、Shalom Deitch、Jesper Nordenberg、Esa Laine、Gleb Frank、Simon Andersson、Patrik Dudits、Chris Lewis、Julian Howarth、Dirk Kuzemczak、Henri Gerrits、John Heintz、Stuart Roebuck以及Jungho Kim。还有很多读者也为本书提供了反馈,不过我们只知道他们的用户名,在此我们要向Zack、JoshG、ewilligers、abcoates、brad、teto、pjcj、mkleint、dandoyon、Arek、rue、acangiano、vkelman、bryanl、Jeff、mbaxter、pjb3、kxen、hipertracker、ctran、Ram R.、cody、Nolan、Joshua、Ajay、Joe表示感谢。除此之外,我们还要向不知道名字的贡献者表示感谢。如果名单中漏掉了谁,我们在此表示歉意!

Mike Loukides是我们的编辑,他深知应该如何以温和的方式催促进度。他在我们写书的过程中为我提供了巨大的帮助。O’Reilly出版社的其他员工也总能回答我们的问题,并帮助我们继续工作。

感谢Jonas Bonér为本书作序。Jonas是我在“面向切面编程”(AOP,Aspect-Oriented Programming)委员会的老朋友、老同事。这些年来,他为Java社区做了很多前沿性的工作。现在他将精力投入到了改进Scala和发展Scala社区的工作中。

Bill Venners很友善地评论了本书,我们将其置于封底处。他与Martin Odersky、Lex Spoon 一起编写了第一本Scala图书《Scala编程》。对于Scala开发人员而言,他是不可或缺的人物。Bill同时还创造了令人惊叹的ScalaTest库。

除了Jonas和Bill之外,我们还从世界各地的开发人员处学到了很多,他们是DebasishGhosh、James Iry、Daniel Spiewak、David Pollack、Paul Snively、Ola Bini、Daniel Sobral、Josh Suereth、Robey Pointer、Nathan Hamblen、Jorge Ortiz,以及一些通过发表博文、参与论坛讨论以及私人会话给我提供帮助的朋友。

Dean要向Object Mentor公司的同事表示感谢,他同时也要感谢许多客户端开发人员。他们激发了许多编程语言、软件设计以及业内实际问题的讨论。芝加哥地区Scala狂热者团体(Chicago Area Scala Enthusiasts,CASE )也为本书提供了很有价值的反馈及激励。

Alex要向他在Twitter的同事表示感谢,他们对Alex的工作给予了鼓励,并在实际工作中很好地演示了Scala语言的能力。Alex同时要对湾区Scala爱好者(Bay Area Scala Enthusiasts,BASE)表示感谢,他们的激情以及这个社团本身为他提供了帮助。

我们要特别感谢Martin Odersky和他的团队,感谢他们创造了Scala。 v+8IlvfOBeiZo2MsXyWYvrOkCooUIcUtx0Kvwi3nebKg0rWJeAAoMmkPqHzOyiO7

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