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Orientation in Objects GmbH

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JVM Functional

Language Battle

1.0

JVM Functional Language Battle© Orientation in Objects GmbH

Ihr Sprecher

Architektur

Agile Softwareentwicklung

Codequalität

Trainer, Berater, Entwickler

Falk Sippach (@sippsack)

2

Co-Organisator

2


Java, XML und Open Source seit 1998

) Competence Center)) Object Rangers )

• Schulungen, Coaching,

Weiterbildungsberatung,

Train & Solve-Programme

• Methoden, Standards und

Tools für die Entwicklung

von offenen, unternehmens-

weiten Systemen

• Unterstützung laufender

Java Projekte

• Perfect Match

• Rent-a-team

• Coaching on the project

• Inhouse Outsourcing

• Schlüsselfertige Realisierung

von Java Software

• Individualsoftware

• Pilot- und Migrationsprojekte

• Sanierung von Software

• Software Wartung

) Software Factory )

3


Abstract

4

Funktionale Programmierung soll so viel ausdrucksstärker sein, aber

leider ist dieses Programmier-Paradigma nicht ganz kompatibel zu der

prozedural- und objektorientierten Denkweise von uns Java-Entwicklern.

Anhand eines kleinen Algorithmus werden wir uns verschiedene Lösungen

zunächst im klassischem imperativen Java (vor Java 8) und als Vergleich

dazu in alternativen JVM-Sprachen (Groovy, Frege, ggf. Scala bzw.

JavaScript) anschauen und die verschiedenen Lösungen diskutieren.

Herauskommen soll eine saubere und verständlichere Struktur, die zu

besser les- und wartbarem Code führen wird. Die gewonnenen

Erkenntnisse wollen wir dann letztendlich in Java 8 mittels Streams und

Lambda-Ausdrücken umsetzen, so dass jeder Zuhörer die Grundideen der

funktionalen Programmierung mit in seine tägliche Arbeit nehmen kann.

Es sind keine speziellen Vorkenntnisse in den angesprochenen

alternativen Sprachen notwendig, ein solides Verständnis für die

Programmiersprache Java genügt.

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Gliederung

• Warum von Imperativ zu Funktional?

• Sprachwettkampf

• Functional Java 8+

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JVM Functional Language Battle© Orientation in Objects GmbH 6

Java

Groovy

Haskell

ScalaClojure

Frege

FunktionalImperativ

4


Foto von Mohamed Nuzrath, CC0 Public Domain Lizenz,

https://pixabay.com/de/kick-martial-arts-krieger-185384/

Foto von tomwieden, CC0 Public Domain Lizenz,

https://pixabay.com/de/boule-kugeln-spielen-frankreich-141004/

Imperativ:

Wie erreiche

ich mein Ziel?

Funktional:

Was will ich

erreichen?


Problemstellung

Foto von Manfred Antranias Zimmer, CC0 Public Domain Lizenz, https://pixabay.com/de/aussichtspunkt-fernrohr-ferne-sicht-1021337/

https://pixabay.com/service/terms/



5


Foto von Media Publishing, CC0 Public Domain Lizenz, https://pixabay.com/de/kreditkarte-kredit-karte-bank-geld-1680347/


Luhn-Algorithmus

Luhn-Formel

"Modulo 10"-Algorithmus

Double-Add-Double-Methode

Prüfsummen-Berechnung

rein clientseitige

Prüfung möglich


6


Beispiel

47163471848629614 7 1 6 3 4 7 1 8 4 8 6 2 9 6 1

1 6 9 2 6 8 4 8 1 7 4 3 6 1 7 4

1 12 9 4 6 16 4 16 1 14 4 6 6 2 7 8

1 1 2 9 4 6 1 6 4 1 6 1 1 4 4 6 6 2 7 8

1 3 9 4 6 7 4 7 1 5 4 6 6 2 7 8

1 + 3 + 9 + 4 + 6 + 7 + 4 + 7 + 1 + 5 + 4 + 6 + 6 + 2 + 7 + 8

80

80 % 10 == 0

gültig

1

6

2

3

4

5

7


Der Kampf

beginnt

Foto von Marco Montoya, CC0 Public Domain Lizenz, https://pixabay.com/de/ajedrez-k%C3%B6nig-schach-spiel-640386/


7



Java klassisch – Variante 1

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Variablen

Zustands-

änderungen

Schleifen

Tiefe der

Verschachtelung

Verzweigungen

Reihenfolge der

Anweisungen

8


Java klassisch – Variante 2

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OOP?

SRP?

DRY?

SoC?

Wie vs. Was?

Lesbarkeit?

Testbarkeit?

Wartbarkeit?

Erweiterbarkeit?

Wiederverwendbarkeit?

Parallelisierbarkeit?Foto von Christopher Kuszajewski, CC0 Public Domain Lizenz, https://pixabay.com/en/source-code-code-programming-c-583537/


9


Java klassisch mit sprechenden Methodennamen

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Typische

Eigenschaften

• Folge von Statements

– mit Schleifen, Verzweigungen,

Sprüngen

• Verändern von Zuständen

(Variablen)

• Vermischung von Was und

Wie (bei Schleifen)

• Vorsicht bei Nebenläufigkeit

Foto von tomwieden, CC0 Public Domain Lizenz,

https://pixabay.com/de/boule-kugeln-spielen-frankreich-141004/


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Funktional

https://twitter.com/mariofusco/status/571999216039542784


Java klassisch – Spaghetti-Code

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Aufspalten in Ziffern

Jede 2. Ziffer verdoppeln

Aufsummieren

Validierungsprüfung

Reihenfolge drehen

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Funktional

Imperativ



Wie sieht es in anderen

Sprachen aus?



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Groovy

• objektorientiert

• dynamisch und/statisch typisiert

• ausdrucksstarke/prägnante Syntax

• sehr gute Integration mit Java (JVM, Bibliotheken, Vererbung, …)

• Metaprogrammierung, Closures, Operatorüberladung

• Funktionsliterale (Closures) sind First Class Citizens

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Beispiele in Groovy

24

13


Viele Beispiele in vielen

anderen Sprache später …



Frege

• Haskell for the JVM

• rein funktionale Programmiersprache

• statisch typisiert mit Typinferenz und Typvariablen

• frei von Nebeneffekten

• Monaden zur Kapselung von imperativen Konstrukten

• Pattern Matching

• Typklassen

26


14


Funktionskaskade

27

ntoD

igit

s

reve

rsedo

ub

le2

nd

su

mD

igit

s

div

isib

le1

0

true

false

isValid n =divisibleBy10(sumDigits(double2nd(reverse(toDigits(n)))))


Algorithmus in Frege

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isValid n =

divisibleBy10(

sumDigits(

double2nd(

reverse(

toDigits(n))

))

)

Validierungsfunktion

Teilbar durch 10?

Aufsummieren

jede 2. verdoppeln

Ziffern umdrehen

Aufsplitten in Ziffern

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• Immutability

• pure/seiteneffektfrei

• referentielle Transparenz

• Funktionen als First-Class-

Citizens

• Higher-Order Functions

• Lambdas/Closures

• Lazy Evaluation

• Rekursion

• Pattern Matching

• Currying/Partial Function

Application

• Function Composition

• …

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Typische

Eigenschaften


Validierungsfunktion

toDigits n | n < 0 = error "n must be 0 or greater"

toDigits 0 = []

toDigits n = toDigits (n `div` 10) ++ [(n `mod` 10)]

double2nd = zipWith (\x y -> x * y) (cycle [1, 2])

double2nd' = zipWith (*) (cycle [1, 2])

sumDigits xs = sum (concat (map toDigits xs))

sumDigits' = sum . concat . map toDigits

divisibleBy10 n = mod n 10 == 0

isValid = divisibleBy10 . sumDigits . double2nd .

reverse . toDigits

30


16


Umwandlung in Ziffern


toDigits 0 = []








reverse . toDigits

31

Pattern Matching Rekursion


Jeweils 2. Ziffer verdoppeln


toDigits 0 = []








reverse . toDigits

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Higher Order Function

Lazy EvaluationLambda-Ausdruck

Persistente

DatenstrukturenPartial Function

Application

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Aufsummieren der Ziffern


toDigits 0 = []








reverse . toDigits

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Function Composition:

f . g (x) == f(g(x))

Partial Function

Application


Teilbar durch 10?


toDigits 0 = []






divisibleBy10 n = n `mod` 10 == 0


reverse . toDigits

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Infix- statt Postfix-Notation

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• leicht verständlich

• seiteneffektfrei

• einfach test-/debugbar

• leicht parallelisierbar

• modularisierbar und einfach

wieder zusammenführbar

• hohe Code-Qualität

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Vorteile


OO vs. Funktional

37

https://twitter.com/mfeathers/status/29581296216



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Ist Java 8

funktional?



Luhn-Algorithmus in Java 8 – Variante 1

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20


Was ist "Funktional Programmieren" mit Java 8?

• Lambdas: Funktionsliterale als First-Class-Citizens

• Higher-Order Functions (map, forEach)

• Currying und Funktionskomposition

• Bedarfsauswertung durch Streams (bedingt)

• (Rekursion)

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Java 8: Currying und partielle Funktionsaufrufe

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Currying: Konvertierung einer Funktion mit n Argumenten

in n Funktionen mit jeweils einem Argument.

21


Java 8: Funktionskomposition

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Wiederverwendung von kleinen Funktionen: (f . g)(x) == f(g(x))


Was fehlt Java 8 zur besseren funktionalen

Unterstützung?

• Erzwingen von Immutability

• persistente/unveränderbare Datenstrukturen

• Vermeidung von Seiteneffekten (erzwingen)

• beliebige Bedarfsauswertungen (mehr als unendliche Streams)

• funktionale Bibliotheksfunktionen

43

22


Luhn-Algorithmus in Java 8 – Variante 2

44


Funktionale Erweiterungen für Java

45

Project Lombok

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FunctionalJava

• funktionale Programmierbibliothek für Java

• Lernplattform für funktionale Programmierung mit der gewohnten

Sprache

• unterstützt Java 6+ (mit Retro Lambda)

• Basis Datenstrukturen (Funktionen, partielle Funktionen, Unit, Void,

Option, Either, …

• Immutable Collections (Array, List, Stream, Set, Map, …)

• Monaden, Zipper

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Luhn-Algorithmus in Java 8 mit Functional Java

49

24


Javaslang

• "Javaslang is a functional library for Java 8+ that provides persistent

data types and functional control structures."

• Persistent Data Structures

– LinkedList, Queue, Sorted Set, Stream

• Tuple

• Functions, CheckedFunctions

50


Javaslang: Currying

52

25


Javaslang: Partielle Funktionsaufrufe und

Komposition

53


Luhn-Algorithmus in Java 8 mit Javaslang

55

26


Fazit



Foto von Hans Braxmeier, CC0 Public Domain Lizenz, https://pixabay.com/de/teller-suppenteller-essteller-1365805/



27


+


Links

• Code-Beispiele

– https://github.com/sippsack/jvm-functional-language-battle

• Learn You a Haskell for Great Good!

– http://learnyouahaskell.com/chapters

• LYAH (Learn You a Haskell) adaptions for Frege

– https://github.com/Frege/frege/wiki/LYAH-adaptions-for-Frege

• Project Lombok, Functional Java, Javaslang

– https://projectlombok.org/

– http://www.functionaljava.org/

– http://www.javaslang.io/

59

https://github.com/sippsack/jvm-functional-language-battle

http://learnyouahaskell.com/chapters

https://github.com/Frege/frege/wiki/LYAH-adaptions-for-Frege

https://projectlombok.org/

http://www.functionaljava.org/

http://www.javaslang.io/

28


Literaturhinweise

60

• Functional Programming in Java: Harnessing the Power Of Java 8 Lambda Expressions

– Venkat Subramaniam

– The Pragmatic Programmers, Erscheinungsdatum: Februar 2014

– ISBN: 978-1-93778-546-8

– Sprache: Englisch

• Mastering Lambdas– Maurice Naftalin

– Oracle Press

– Erscheinungsdatum: Oktober 2014

– ISBN: 0071829628



Literaturhinweise

61

• Learn You a Haskell for Great Good!: A Beginner's Guide– Miran Lipovaca

– No Starch Press, Erscheinungsdatum: April 2011

– ISBN: 978-1593272838


• Real World Haskell

– Bryan O'Sullivan und John Goerzen

– O'Reilly, Erscheinungsdatum: 2010

– ISBN: 978-0596514983


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