ScalaScala技术栈

Posted 2020-06-23 junneyang 的博客

快速了解Scala技术栈

我无可救药地成为了Scala的超级粉丝。在我使用Scala开发项目以及编写框架后，它就仿佛凝聚成为一个巨大的黑洞，吸引力使我不得不飞向它，以至于开始背离Java。固然Java 8为Java阵营增添了一丝亮色，却是望眼欲穿，千呼万唤始出来。而Scala程序员，却早就在享受lambda、高阶函数、trait、隐式转换等带来的福利了。

Java像是一头史前巨兽，它在OO的方向上几乎走到了极致，硬将它拉入FP阵营，确乎有些强人所难了。而Scala则不，因为它的诞生就是OO与FP的混血儿——完美的基因融合。

“Object-Oriented Meets Functional”，这是Scala语言官方网站上飘扬的旗帜。这也是Scala的野心，当然，也是Martin Odersky的雄心。

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Scala社区的发展

然而，一门语言并不能孤立地存在，必须提供依附的平台，以及围绕它建立的生态圈。不如此，语言则不足以壮大。Ruby很优秀，但如果没有Ruby On Rails的推动，也很难发展到今天这个地步。Scala同样如此。反过来，当我们在使用一门语言时，也要选择符合这门语言的技术栈，在整个生态圈中找到适合具体场景的框架或工具。

当然，我们在使用Scala进行软件开发时，亦可以寻求庞大的Java社区支持；可是，如果选择调用Java开发的库，就会牺牲掉Scala给我们带来的福利。幸运的是，在如今，多数情况你已不必如此。伴随着Scala语言逐渐形成的Scala社区，已经开始慢慢形成相对完整的Scala技术栈。无论是企业开发、自动化测试或者大数据领域，这些框架或工具已经非常完整地呈现了Scala开发的生态系统。

快速了解Scala技术栈

若要了解Scala技术栈，并快速学习这些框架，一个好的方法是下载typesafe推出的Activator。它提供了相对富足的基于Scala以及Scala主流框架的开发模板，这其中实则还隐含了typesafe为Scala开发提供的最佳实践与指导。下图是Activator模板的截图：

那么，是否有渠道可以整体地获知Scala技术栈到底包括哪些框架或工具，以及它们的特性与使用场景呢？感谢Lauris Dzilums以及其他在Github的Contributors。在Lauris Dzilums的Github上，他建立了名为awesome-scala的Repository，搜罗了当下主要的基于Scala开发的框架与工具，涉及到的领域包括：

• Database
• Web Frameworks
• i18n
• Authentication
• Testing
• JSON Manipulation
• Serialization
• Science and Data Analysis
• Big Data
• Functional Reactive Programming
• Modularization and Dependency Injection
• Distributed Systems
• Extensions
• android
• HTTP
• Semantic Web
• Metrics and Monitoring
• Sbt plugins

是否有“乱花渐欲迷人眼”的感觉？不是太少，而是太多！那就让我删繁就简，就我的经验介绍一些框架或工具，从持久化、分布式系统、HTTP、Web框架、大数据、测试这六方面入手，作一次蜻蜓点水般的俯瞰。

持久化

归根结底，对数据的持久化主要还是通过JDBC访问数据库。但是，我们需要更好的API接口，能更好地与Scala契合，又或者更自然的ORM。如果希望执行SQL语句来操作数据库，那么运用相对广泛的是框架ScalikeJDBC，它提供了非常简单的API接口，甚至提供了SQL的DSL语法。例如：

  val alice: Option[Member] = withSQL {
    select.from(Member as m).where.eq(m.name, name)
  }.map(rs => Member(rs)).single.apply()

如果希望使用ORM框架，Squeryl应该是很好的选择。我的同事杨云在项目中使用过该框架，体验不错。该框架目前的版本为0.9.5，已经比较成熟了。Squeryl支持按惯例映射对象与关系表，相当于定义一个POSO（Plain Old Scala Object），从而减少框架的侵入。若映射违背了惯例，则可以利用框架定义的annotation如@Column定义映射。框架提供了org.squeryl.Table[T]来完成这种映射关系。

因为可以运用Scala的高阶函数、偏函数等特性，使得Squeryl的语法非常自然，例如根据条件对表进行更新：

update(songs)(s =>
  where(s.title === "Watermelon Man")
  set(s.title := "The Watermelon Man",
      s.year  := s.year.~ + 1)
)

分布式系统

我放弃介绍诸如模块化管理以及依赖注入，是因为它们在Scala社区的价值不如Java社区大。例如，我们可以灵活地运用trait结合cake pattern就可以实现依赖注入的特性。因此，我直接跳过这些内容，来介绍影响更大的支持分布式系统的框架。

Finagle的血统高贵，来自过去的寒门，现在的高门大族Twitter。Twitter是较早使用Scala作为服务端开发的互联网公司，因而积累了非常多的Scala经验，并基于这些经验推出了一些颇有影响力的框架。由于Twitter对可伸缩性、性能、并发的高要求，这些框架也极为关注这些质量属性。Finagle就是其中之一。它是一个扩展的RPC系统，以支持高并发服务器的搭建。我并没有真正在项目中使用过Finagle，大家可以到它的官方网站获得更多消息。

对于分布式的支持，绝对绕不开的框架还是AKKA。它产生的影响力如此之大，甚至使得Scala语言从2.10开始，就放弃了自己的Actor模型，转而将AKKA Actor收编为2.10版本的语言特性。许多框架在分布式处理方面也选择了使用AKKA，例如Spark、Spray。AKKA的Actor模型参考了Erlang语言，为每个Actor提供了一个专有的Mailbox，并将消息处理的实现细节做了良好的封装，使得并发编程变得更加容易。AKKA很好地统一了本地Actor与远程Actor，提供了几乎一致的API接口。AKKA也能够很好地支持消息的容错，除了提供一套完整的Monitoring机制外，还提供了对Dead Letter的处理。

AKKA天生支持EDA（Event-Driven Architecture）。当我们针对领域建模时，可以考虑针对事件进行建模。在AKKA中，这些事件模型可以被定义为Scala的case class，并作为消息传递给Actor。借用Vaughn Vernon在《实现领域驱动设计》中的例子，针对如下的事件流：

我们可以利用Akka简单地实现：

case class AllPhoneNumberListed(phoneNumbers: List[Int])
case class PhoneNumberMatched(phoneNumbers: List[Int])
case class AllPhoneNumberRead(fileName: String)

class PhoneNumbersPublisher(actor: ActorRef) extends ActorRef {
	def receive = {
		case ReadPhoneNumbers =>
		//list phone numbers

		actor ! AllPhoneNumberListed(List(1110, ))
	}
}

class PhoneNumberFinder(actor: ActorRef) extends ActorRef {
	def receive = {
		case AllPhoneNumberListed(numbers) => 
			//match

			actor ! PhoneNumberMatched()
	}
}

val finder = system.actorOf(Prop(new PhoneNumberFinder(...)))
val publisher = system.actorOf(Prop(new PhoneNumbersPublisher(finder)))

publisher ! ReadPhoneNumbers("callinfo.txt")

若需要处理的电话号码数据量大，我们可以很容易地将诸如PhoneNumbersPublisher、PhoneNumberFinder等Actors部署为Remote Actor。此时，仅仅需要更改客户端获得Actor的方式即可。

Twitter实现的Finagle是针对RPC通信，Akka则提供了内部的消息队列（MailBox），而由LinkedIn主持开发的Kafka则提供了支持高吞吐量的分布式消息队列中间件。这个顶着文学家帽子的消息队列，能够支持高效的Publisher-Subscriber模式进行消息处理，并以快速、稳定、可伸缩的特性很快引起了开发者的关注，并在一些框架中被列入候选的消息队列而提供支持，例如，Spark Streaming就支持Kafka作为流数据的Input Source。

HTTP

严格意义上讲，Spray并非单纯的HTTP框架，它还支持REST、JSON、Caching、Routing、IO等功能。Spray的模块及其之间的关系如下图所示：

我在项目中主要将Spray作为REST框架来使用，并结合AKKA来处理领域逻辑。Spray处理HTTP请求的架构如下图所示：

Spray提供了一套DSL风格的path语法，能够非常容易地编写支持各种HTTP动词的请求，例如：

trait HttpServiceBase extends Directives with Json4sSupport {
     implicit val system: ActorSystem
     implicit def json4sFormats: Formats = DefaultFormats
     def route: Route
}

trait CustomerService extends HttpServiceBase {
     val route = 
          path("customer" / "groups") {
               get {
                    parameters(‘groupids.?) {
                         (groupids) =>
                              complete {
                                   groupids match {
                                        case Some(groupIds) => 
                    ViewUserGroup.queryUserGroup(groupIds.split(",").toList)
                                        case None => ViewUserGroup.queryUserGroup()
                                   }
                              }
                    }
               }
          } ~
          path("customers" / "vip" / "failureinfo") {
               post {
                    entity(as[FailureVipCustomerRequest]) {
                         request => 
                              complete {
                                   VipCustomer.failureInfo(request) 
                              }
                    }
               }
          }
}

我个人认为，在进行Web开发时，完全可以放弃Web框架，直接选择AngularJS结合Spray和AKKA，同样能够很好地满足Web开发需要。

Spray支持REST，且Spray自身提供了服务容器spray-can，因而允许Standalone的部署（当然也支持部署到Jetty和tomcat等应用服务器）。Spray对HTTP请求的内部处理机制实则是基于Akka-IO，通过IO这个Actor发出对HTTP的bind消息。例如：

 IO(Http) ! Http.Bind(service, interface = "0.0.0.0", port = 8889)

我们可以编写不同的Boot对象去绑定不同的主机Host以及端口。这些特性都使得Spray能够很好地支持当下较为流行的Micro Service架构风格。

Web框架

正如前面所说，当我们选择Spray作为REST框架时，完全可以选择诸如AngularJS或者Backbone之类的javascript框架开发Web客户端。客户端能够处理自己的逻辑，然后再以JSON格式发送请求给REST服务端。这时，我们将模型视为资源（Resource），视图完全在客户端。JS的控制器负责控制客户端的界面逻辑，服务端的控制器则负责处理业务逻辑，于是传统的MVC就变化为VC+R+C模式。这里的R指的是Resource，而服务端与客户端则通过JSON格式的Resource进行通信。

若硬要使用专有的Web框架，在Scala技术栈下，最为流行的就是Play Framework，这是一个标准的MVC框架。另外一个相对小众的Web框架是Lift。它与大多数Web框架如RoR、Struts、Django以及Spring MVC、Play不同，采用的并非MVC模式，而是使用了所谓的View First。它驱动开发者对内容生成与内容展现（Markup）形成“关注点分离”。

Lift将关注点重点放在View上，这是因为在一些Web应用中，可能存在多个页面对同一种Model的Action。倘若采用MVC中的Controller，会使得控制变得非常复杂。Lift提出了一种所谓view-snippet-model（简称为VSM）的模式。

View主要为响应页面请求的html内容，分为template views和generated views。Snippet的职责则用于生成动态内容，并在模型发生更改时，对Model和View进行协调。

大数据

大数据框架最耀眼的新星非Spark莫属。与许多专有的大数据处理平台不同，Spark建立在统一抽象的RDD之上，使得它可以以基本一致的方式应对不同的大数据处理场景，包括MapReduce，Streaming，SQL，Machine Learning以及Graph等。这即Matei Zaharia所谓的“设计一个通用的编程抽象（Unified Programming Abstraction）。

由于Spark具有先进的DAG执行引擎，支持cyclic data flow和内存计算。因此相比较Hadoop而言，性能更优。在内存中它的运行速度是Hadoop MapReduce的100倍，在磁盘中是10倍。

由于使用了Scala语言，通过高效利用Scala的语言特性，使得Spark的总代码量出奇地少，性能却在多数方面都具备一定的优势（只有在Streaming方面，逊色于Storm）。下图是针对Spark 0.9版本的BenchMark：

由于使用了Scala，使得语言的函数式特性得到了最棒的利用。事实上，函数式语言的诸多特性包括不变性、无副作用、组合子等，天生与数据处理匹配。于是，针对WordCount，我们可以如此简易地实现：

file = spark.textFile("hdfs://...")

file.flatMap(line => line.split(" "))
    .map(word => (word, 1))
    .reduceByKey(_ + _)

要是使用Hadoop，就没有这么方便了。幸运的是，Twitter的一个开源框架scalding提供了对Hadoop MapReduce的抽象与包装。它使得我们可以按照Scala的方式执行MapReduce的Job：

class WordCountJob(args : Args) extends Job(args) {
  TextLine( args("input") )
    .flatMap(‘line -> ‘word) { line : String => tokenize(line) }
    .groupBy(‘word) { _.size }
    .write( Tsv( args("output") ) )

  // Split a piece of text into individual words.
  def tokenize(text : String) : Array[String] = {
    // Lowercase each word and remove punctuation.
    text.toLowerCase.replaceAll("[^a-zA-Z0-9\\s]", "").split("\\s+")
  }
}

测试

虽然我们可以使用诸如JUnit、TestNG为Scala项目开发编写单元测试，使用Cocumber之类的BDD框架编写验收测试。但在多数情况下，我们更倾向于选择使用ScalaTest或者Specs2。在一些Java开发项目中，我们也开始尝试使用ScalaTest来编写验收测试，乃至于单元测试。

若要我选择ScalaTest或Specs2，我更倾向于ScalaTest，这是因为ScalaTest支持的风格更具备多样性，可以满足各种不同的需求，例如传统的JUnit风格、函数式风格以及Spec方式。我的一篇博客《ScalaTest的测试风格》详细介绍了各自的语法。

一个被广泛使用的测试工具是Gatling，它是基于Scala、AKKA以及Netty开发的性能测试与压力测试工具。我的同事刘冉在InfoQ发表的文章《新一代服务器性能测试工具Gatling》对Gatling进行了详细深入的介绍。

ScalaMeter也是一款很不错的性能测试工具。我们可以像编写ScalaTest测试那样的风格来编写ScalaMeter性能测试用例，并能够快捷地生成性能测试数据。这些功能都非常有助于我们针对代码或软件产品进行BenchMark测试。我们曾经用ScalaMeter来编写针对Scala集合的性能测试，例如比较Vector、ArrayBuffer、ListBuffer以及List等集合的相关操作，以便于我们更好地使用Scala集合。以下代码展示了如何使用ScalaMeter编写性能测试：

import org.scalameter.api._

object RangeBenchmark
extends PerformanceTest.Microbenchmark {
  val ranges = for {
    size <- Gen.range("size")(300000, 1500000, 300000)
  } yield 0 until size

  measure method "map" in {
    using(ranges) curve("Range") in {
      _.map(_ + 1)
    }
  }
}

根据场景选择框架或工具

比起Java庞大的社区，以及它提供的浩如烟海般的技术栈，Scala技术栈差不多可以说是沧海一粟。然而，麻雀虽小却五脏俱全，何况Scala以及Scala技术栈仍然走在迈向成熟的道路上。对于Scala程序员而言，因为项目的不同，未必能涉猎所有技术栈，而且针对不同的方面，也有多个选择。在选择这些框架或工具时，应根据实际的场景做出判断。为稳妥起见，最好能运用技术矩阵地方式对多个方案进行设计权衡与决策。

我们也不能固步自封，视Java社区而不顾。毕竟那些Java框架已经经历了千锤百炼，并有许多成功的案例作为佐证。关注Scala技术栈，却又不局限自己的视野，量力而为，选择合适的技术方案，才是设计与开发的正道。

 

参考资料：

快速了解Scala技术栈：http://www.infoq.com/cn/articles/scala-technology/

twitter改用scala后用什么框架：http://zhidao.baidu.com/link?url=9Ld-XxLLV9rXrE6i_E_IRS7mxuPQuGDpLNQYX85XiyC9sn80BmKgRnvToQNRZjy6u1Ha8qwKK_X7yr3qVFxjh9X498bJ2Pz_C2vgXnWKfIu

四种Scala的Web框架：http://www.jdon.com/idea/scala/scala-web-frameworks-web-developers.html

Spark教程下载：https://www.douban.com/group/topic/65879846/