为Play初学者准备的Scala基础知识

Posted 2020-09-18 joymufeng

1 前言

本文的主要目的是为了让Play Framework的初学者快速了解Scala语言，算是一篇Play Framework的入门前传吧。
使用PlayFramework可以极大的提高开发效率，但是需要注意，PlayJava入门很简单，我之前带过一个实习小姑娘，有一点编程经验，但从来没有接触过PlayJava，然而一周入门，一个月独立完成项目。但是PlayScala没那么简单，虽然后者的开发效率更高，但是由于Scala程序员匮乏，PlayScala只适合团队较小(10人以下)并且较稳定的情况下使用。其实有很多人怀疑，Scala到底能提高多少开发效率，这里有一行Scala代码，大家可以先体会一下：

Source.fromFile("D:/f.txt", "UTF-8").getLines().toList.distinct.sortBy(s => (s.charAt(0), s.length)).foreach( println _)

虽然只有一行代码，但是却做了很多事情：以UTF-8编码读取文件所有行 -> 去重 -> 按首字符排序，首字符相同按长度排序 -> 打印结果。各位脑补一下Java的实现。更多的一行代码请查看酷炫的一行代码 - Scala就是这么任性！。下面我们进入正题，先看Scala语言简介。

2 Scala简介

提到编程语言，大家的第一反应通常是面向对象编程(OOP), 然而随着硬件服务器CPU核数和个数越来越多，函数式编程(FP)语言又重新回到了人们的视线。两种编程语言都各有特点，面向对象编程符合人类对世界的认知，更容易理解；函数式编程的语法更接近人类语言，简洁高效。两种语言都让人无法取舍。而Scala将这两种编程语言完美的融合到一起，形成一门更加强大的JVM语言，同时Scala修正了Java很多不合理的设计，新增了更多高级特性，学习Scala的同时也是对Java的一次深度回顾，让你对编程语言的理解更加地深刻。与Java相比，Scala的设计更加一致：

• 一切都是对象

  1.toDouble  //可以直接调用基本类型上的方法
  "1".toInt //将字符串转换成整型

• 一切都是方法

  "a" * 3 //等价于: "a".*(3)
  2 - 1   //等价于: 2.-(1)

• 一切都是表达式

  val i = if(true){ 1 } else { 0 } // i = 1

Scala拥有一套强大的类型推导系统，所以你可以像动态类型语言那样编码，降低代码冗余度，减少无意义击键次数同时，代码也显得更加清晰易懂。
另外Java和Scala对待程序员的态度也很有意思，这里只是开个玩笑，大家别太在意。Java认为他所面对的程序员是一帮小白，容易犯错误，所以想方设法的限制你，避免你犯错；而Scala则认为他所面对的程序员是一帮天才，所以尽可能的向他敞开编程语言宝库，给他更大的自由度去想象和创作。

3 基本语法规则

3.1 变量声明

val用于定义不可变变量，var用于定义可变变量，这里的"可变"指的是引用的可变性。val定义的变量类似于Java的final变量，即变量只能赋一次值：

val msg = "hello" // 等价于：val msg: String = "hello"
var i = 1         // 等价于：var   i: Int = 1 
i = i + 1

变量后面的类型声明可以省略，每行代码末尾的分号";"也可以省略。

3.2 函数声明

def用于定义函数:

def max(x: Int, y: Int): Int = {
    if (x > y) { x } else { y }
}
val maxVal = max(1, 2) // 2

Scala是函数式语言，所以你可以像基本类型那样把函数赋给一个变量：

val max = (x: Int, y: Int) => {
    if (x > y) { x } else { y }
}
val maxVal = max(1, 2) // 2

等号"="右边是一个匿名函数，也就是我们常说的Lambda函数，匿名函数由参数和函数体两部分组成，中间用"=>"隔开，这里省略了max变量的类型，因为编译器可以自动推断出来，完整的写法如下：

val max: (Int, Int) => Int = (x: Int, y: Int) => {
    if (x > y) { x } else { y }
}

max的类型是(Int, Int) => Int，即接受两个Int参数，产生一个Int返回值的函数类型。

3.3 class

Scala的class定义和Java很相似：

class Counter {
    private var value = 0 //你必须初始化字段
    def increment() { value += 1} //方法默认public
    def current() = value 
}

Scala的源文件中可以定义多个类，并且默认都是public，所以外界都可以看见。class的使用也很简单：

val myCounter = new Counter //或new Counter()
myCounter.increment()
println(myCounter.current)  //或myCounter.current()

Scala中如果对象方法或类的构造器没有参数，则括号"()"可以省略。

3.4 object

Scala没有静态方法和静态字段，而是提供了object对象，也就是Java中的单例对象，即全局只有一个实例。

object Accounts {
    private var lastNumber = 0
    def newUniqueNumber() = { lastNumber += 1; lastNumber }
}

因为Accounts是一个单例对象，可以直接使用而无需初始化：

val uniqueNumber = Accounts.newUniqueNumber

object的另一个用法是作为类的伴生对象， 类似于Java类上的静态方法，只不过Scala将Java类上的静态功能全交给object实现了。object作为伴生对象时必须和类在同一个源文件中定义，并且可以相互访问私有属性。

3.5 apply方法

如果某个对象obj上定义了apply方法，则我们可以这样调用：

obj(arg1, ... , argn)

是的，你猜对了，伴生对象上的apply方法立马就派上用场了，例如List类有一个同名的伴生对象List，那么你可以这样初始化一个列表：

val list = List("a", "b", "c")

想想下面的Java版本，是不是感觉幸福感油然而生:

List<String> list = new ArrayList<String>();
list.add("a");
list.add("b");
list.add("c");

3.6 块表达式

在Scala中一切都是表达式，如果表达式含有多条语句，则使用大括号"{}"括起来，形成一个块表达式，块表达式的最后一条语句的值作为整个块的返回值。

val r = {
    val i = 1
    val j = 2
    i + j
} // r = 3

4 case class和模式匹配

在Scala中接触到新概念不要害怕，了解之后你会发现它帮你解决了很多实际问题，就如我们这里要聊的case class和模式匹配。定义一个case class的代码如下:

case class Currency(value: Double, unit: String)

当你定义了一个case class之后，编译器会自动帮你做如下事情：

• 自动创建伴生对象
• 为该类添加toString，hashCode和euqals方法，用于模式匹配时的结构化比较
• 为该类添加copy方法，用于快速拷贝对象

好了，下面我们来看一下模式匹配的威力：

abstract class Amount
case class Dollar(value: Double) extends Amount
case class Currency(value: Double, unit: String) extends Amount
val amount = Currency(100.0, "EUR")
val amountStr = 
    amount match {
        case Dollar(v) => "$" + v
        case Currency(v, u) => "I got " + v + u
        case _ => ""
    }

在Scala中，类、函数、方法和object可以像变量一样在任何地方定义。

Scala中默认使用的类都是不可变的，所以如果你想改变value的值需要借助copy方法：

val newAmound = amount.copy(value = 1000.0)

Scala中的模式匹配还可以实现更复杂的匹配，详见"Programming in Scala, 3nd Edition"。如果说Java中的switch是一把手枪，那么Scala中的模式匹配是一架当之无愧的战头机。

5 map和flatMap

可能有很多人就是因为这两个方法才迷恋上Scala的。map和flatMap是两个高阶函数，所谓高阶函数就是接受函数作为参数的函数。这两个方法各自接受一个一元函数(即只有一个参数的函数，类型为：(A) => B)，利用这个一元函数，你可以对数据流中的每一个元素进行一些操作或转换，最终得到一个全新的数据流。
map方法接受的一元函数类型为：(A) => B:

List(1, 2, 3).map((i: Int) => { i + 1 }) // List(2, 3, 4)

也可以简写如下两种形式：

List(1, 2, 3).map(i => i + 1 )
List(1, 2, 3).map(_ + 1 )

你可以把第2种形式中的下划线理解成每个元素的占位符，其实这只是编译器的语法糖，编译后的结果和前两种写法相同。使用这个语法糖的前提是下划线"_"在函数体内只能出现一次。

在上面的例子里，map方法接受的一元函数类型是：(Int) => Int，元素的类型没有发生改变，我们可以尝试改变元素类型：

List(1, 2, 3).map(i => i.toString * i) // List(1, 22, 333)

这次传入的一元函数类型是: (Int) => String，将原List从List[Int]类型转换成了List[String]类型，完成一次数据流类型转换。

flatMap方法接受的一元函数类型为：(A) => List[B]，我们发现该一元函数返回的类型也是一个List，flatMap方法会自动将由每个元素A转换成的小List[B]展平成一个大的List[B]，这也是flatMap中的"flat"所要表达的意思：

List(1, 2, 3).flatMap(i => List(i, i)) // List(1, 1, 2, 2, 3, 3)

这里我们只在List上演示了map和flatMap的基本用法，Scala中所有的容器类型(例如Option, Either, Future, Set, ...)都内置了这两个方法。除了map和flatMap，Scala的容器类型上还有很多类似的方法，例如filter, find, sortBy等等，详见"Programming in Scala, 3nd Edition"。

6 常用类介绍

6.1 String

在Scala中，String更加方便好用：

//原始字符串一对三引号`"""`括起来，可包含多行字符串，内容不需要转义
"""Welcome here.
   Type "HELP" for help!"""

//类型转换
"100.0".toDouble

//判断字符串相等直接用"=="，而不需要使用equals方法
val s1 = new String("a")
s1 == "a" // true

//字符串去重
"aabbcc".distinct // "abc"

//取前n个字符，如果n大于字符串长度返回原字符串
"abcd".take(10) // "abcd"

//字符串排序
"bcad".sorted // "abcd"

//过滤特定字符
"bcad".filter(_ != ‘a‘) // "bcd"

//字符串插值, 以s开头的字符串内部可以直接插入变量，方便字符串构造
val i = 100
s"i=${i}" // "i=100"

Scala中没有受检异常(checked exception)，所以你没有必要声明受检异常，如果真的发生异常，则会在运行时抛出。

6.2 Option

Scala用Option类型表示一个值是否存在，用来避免Java的NullPointerException。它有两个子类：Some和None。Some类型表示值存在，None类型则表示值不存在。
常用操作：

val opt: Option[String] = Some("hello")
//判断是否为None
opt.isEmpty // false
//如果为None，则返回默认值"default"，否则返回opt持有的值
opt.getOrElse("default") 
//如果为None则返回"DEFAULT"，否则将字符转为大写
opt.fold("DEFAULT"){ value => value.toUpperCase } // "HELLO"
//功能同上
opt match {
  case Some(v) => v.toUpperCase
  case None => "DEFAULT"
}

6.3 List

在Scala中，List要么是Nil(空列表)，要么就是由head和tail组成的递归结构。 head是首元素，tail是剩下的List。所以你可以这样构建List：

val list = 1 :: Nil // 等价于：val list = List(1)

连续的两个冒号"::"就像是胶水，将List的head和tail粘在一起。
常用操作：

val list = List(1, 3, 2)
//获取第1个元素
list.headOption.getOrElse(0) // 1
//查找
list.find(_ % 2 == 0).getOrElse(0) // 2
//过滤
list.filter(_ % 2 == 1) // List(1, 3)
//排序
list.sorted // List(1, 2, 3)
//最小值/最大值/求和
list.min // 1
list.max // 3
list.sum // 6
//转化成字符串
list.mkString(",") // "1, 3, 2"

Scala提供的List基本可以实现SQL查询的所有功能，这也是Spark为什么基于Scala开发的原因。更多功能请参考官方文档。

在Scala中默认的集合类例如List，Set，Map，Tuple等都是不可变的，所以调用其修改方法会返回一个新的实例。如果要使用可变集合，请使用scala.collection.mutable包下相应的类。不可变类型在编写并发代码时很有用。

6.4 Tuple

Tuple(元组)Tuple可以容纳不同类型的元素，最简单的形态是二元组，即由两个元素构成的Tuple, 可以使用_1, _2等方法访问其元素：

val t = ("a", 1) // 等价于：val t: Tuple2[String, Int] = ("a", 1)
t._1 // "a"
t._2 // 1

也可以使用模式匹配利用Tuple同时初始化一组变量：

val t = ("a", 1)
val (v1, v2) = t
v1 // "a"
v2 // 1

6.5 Map

Map其实是二元组的集合：

val map = Map("a" -> 1, "b" -> 2)

"->"其实是String类型上的方法，返回一个二元组：

"a" -> 1 //等价于: ("a", 1)

所以你也可以这样构建Map:

val map = Map(("a", 1), ("b", 2))

常用操作：

val map = Map("a" -> 1, "b" -> 2)
//读取
map("a") // 1
//写入或添加键值
map("a") = 0
//删除键值
map - "a" // Map(b -> 2)

7 控制结构

7.1 if

if语句同样是表达式，拥有返回值：

val i = 1
val r = if(i > 0){ 1 } else { 0 } // r = 1

7.2 for

Scala中for语句功能比Java要丰富很多，你可以使用for遍历一个List：

val list = List(1, 2, 3)
for(i <- list){
    println(i)
}

你也可以使用模式匹配遍历一个Map：

val map = Map(("a", 1), ("b", 2))
for((k, v) <- map){
  println(k + ": " + v)
}

如果循环体以yield开始，for语句会返回一个新的集合：

val newList1 = for(i <- List(1, 2, 3)) yield i * 2 // List(2, 4, 6)
val newList2 =
    for{
       i <- List(1, 2)
       j <- List(3, 4)
    } yield i + j //List(4, 5, 5, 6)

如果有多个集合需要遍历，则for语句后面的圆括号"()"要换成大括号"{}"。

8 Future和Promise

Future和Promise是Scala提供的最吸引人的特性之一，借助Future和Promise你可以轻松地编写完全异步非阻塞的代码，这在多处理器时代显得格外重要。

8.1 Future

Future用于获取异步任务的返回结果。Future有两种状态：完成(completed)和未完成(not completed)。处于完成状态的Future可能包含两种情况的信息，一种是异步任务执行成功了，Future中包含异步任务执行成功的返回结果；另一种是异步任务执行失败了，Future中包含了相应的Exception信息。Future的独特之处在于它的值只能被写入一次，之后就会变为一个不可变值，其中包含成功或失败信息。你可以在Future上注册一个回调函数，以便在任务执行完成后得到通知：

import scala.concurrent.ExecutionContext.Implicits.global
val f = Future{ 1 + 2 }
f.onComplete{ t =>
  t match{
    case Success(v) => println("success: " + v)
    case Failure(t) => println("failed: " + t.getMessage)
  }
}
//等待任务结束
Await.ready(f, 10 seconds)

onComplete方法接受一个一元函数，类型为：Try[T] => U。Try类型和Option类型很像，也有两个子类Success和Failure，前者表示任务执行成功，后者表示任务执行失败。

第1行import语句导入了一个隐式的ExecutionContext，你可以把它理解成是一个线程池，Future类在需要时会自动使用其上的线程。在Scala中你不需要直接和线程打交道。

由于Future也是一个容器类，所以可以使用for语句取回它的值：

val f = Future{ 1 + 2 }
for(v <- f) {
    println(v) // 3
}

也可以使用map方法对任务结果进行转换：

val f1 = Future{ 1 + 2 }
val f2 = f1.map(v => v % 2)
for(v <- f2) {
    println(v) // 1
}

利用for语句可以等待多个Future的返回结果：

val f1 = Future{ 1 + 2 }
val f2 = Future{ 3 + 4 }
for{
    v1 <- f1
    v2 <- f2
} {
    println(v1 + v2) // 10
}

结合yield可以返回一个新的Future：

val f1 = Future{ 1 + 2 }
val f2 = Future{ 3 + 4 }
val f3 =  
    for{
        v1 <- f1
        v2 <- f2
    } yield {
        v1 + v2
    }

8.2 Promise

有时我们需要精细地控制Future的完成时机和返回结果，也就是说我们需要一个控制Future的开关，没错，这个开关就是Promise。每个Promise实例都会有一个唯一的Future与之相关联：

val p = Promise[Int]()
val f = p.future
for(v <- f) { println(v) }

//3秒钟之后返回3
Thread.sleep(3000)
p.success(3)

//等待任务结束
Await.ready(f, 10 seconds)

9 小结

Scala在刚入门的时候确实有点难度，各种奇怪的语法、符号漫天飞，看的云里雾里。但是在你入门之后会发现，这些奇怪的地方其实是合理的，是一种有意的设计。例如允许方法名包含特殊符号，你可以写出下面的代码：

"a" * 3 // "aaa"
val map = Map("a" -> 1, "b" -> 2)

"*"和"->"其实是字符串上的两个方法，允许符号作为方法名使得代码直观易懂。由于Scala赋予程序员对代码很高的控制力，如果滥用就会导致天书般的代码，这需要团队内部进行协调，控制代码的复杂度。Scala之父Martin Odersky也曾经表示会在2016简化Scala语言，降低初学者的门槛。到时会有更多的人加入这个社区，一起分享编程的乐趣。

10 参考

• "Programming in Scala, 3nd Edition"
• "快学Scala"

11 附录

11.1 开发工具推荐

IntelliJ IDEA + Scala插件

11.2 转载声明

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