热身篇 Kotlin基础

第1章 认识Kotlin

在Java之后，JVM平台上出现了其他的编程语言，Scala和Kotlin可以算是其中的佼佼者。Scala已成为大数据领域的明星，而Kotlin在2017年Google I/O大会之后，也成为安卓平台上潜力巨大的官方支持语言。它们都因被冠以“更好的Java”而为人称道，然而它们采用的却是两种不同的设计理念。

本章我们通过对比Java、Scala、Kotlin这3种编程语言各自的发展路线，来认识Kotlin的设计哲学。

1.1 Java的发展

不得不说，Java是当今最成功的编程语言之一。自1996年问世，Java就始终占据着编程语言生态中很大的份额。它的优势主要体现在：

❑ 多平台与强大的社区支持。无论是用于Web开发还是用于移动设备，Java都是主流的编程语言之一。

❑ 尊重标准。它有着严格的语言规范及向后兼容性，因此非常适合开发团队之间的协作，即使组织变动，新人同样可以在相同的规范下快速参与项目开发。

然而，随着计算平台的快速发展，平台和业务本身对编程语言提出了更大的挑战。Java的发展也受到环境变化所带来的影响。一方面，多核时代与大数据的到来，使得古老的函数式编程又重新变得“时髦”, Scala、Clojure这种多范式的编程语言开始受到越来越多开发人员的关注和喜爱；另一方面，Java的严格规范也常常引发抱怨。

因此，Java必须开始改变。

1.1.1 Java 8的探索

如果说Java 5引入泛型是Java发展历史上重大的进步，那么Java 8的发布也同样意义深远，它是Java对其未来发展的一次崭新探索。Java 8引入了很多全新的语言特性，如：

❑ 高阶函数和Lambda。首次突破了只有类作为“头等公民”的设计，支持将函数作为参数来进行传递，同时结合Lambda语法，改变了现有的程序设计模式。

❑ Stream API。流的引入简化了日常开发中的集合操作，赋予了Java更强大的业务表达能力，并增强了代码的可读性。

❑ Optional类。它为消除null引用所带来的NullPointerException问题，在类型层面提供了一种解决思路。

这一次的发布在Java社区引起了不同寻常的反响，因为Java程序员开始感受到另外一种编程范式所带来的全新体验，也就是所谓的函数式编程。拥抱函数式也为Java的发展指出了一个很好的方向。

1.1.2 Java未来的样子

2016年11月，在欧洲最大的Java峰会上，Oracle的Java语言架构师Brian Goetz分享了关于Java这门语言未来发展的演讲。本次会议最大的收获就是探索了未来Java可能支持的语言特性，它们包含：

❑ 数据类。

❑ 值类。

❑ 泛型特化。

❑ 更强大的类型推导。

❑ 模式匹配。

以上的语言特性对于初尝函数式编程甜头的Java开发者而言，是十分值得期待的。它们可以进一步解放Java，让开发工作变得更加高效和灵活。比如，一旦Java支持了数据类，我们就可以用非常简短的语法来表示一个常见的数据对象类，如下所示：

        public class User(String firstName, String lastName, DateTime birthday)

而若用如今的JavaBean，则意味着好几倍的代码量，这一切都让人迫不及待。与此同时，或许早有Java程序员开始了JVM平台上另一种语言的研究。这门语言已支持了所有这些新的特性，并在设计之初就集成了面向对象和函数式两大特征，它就是Scala。

1.2 Scala的百宝箱

Scala是洛桑联邦理工大学的马丁（Martin Odersky）教授创造的一门语言。他也参与了Java语言的发展研究工作，在Java 5中引入的泛型就是他的杰作。事实上，在Java刚发布的时候，马丁教授就开始了Java的改良工作——他在JVM平台探索函数式编程，并发布了一个名为Pizza的语言，那时就支持了泛型、高阶函数和模式匹配。

然而，在随后的探索过程中，他渐渐发现Java是一门具有硬性约束的语言，在某些时候不能采用最优的方式来实施设计方案。因此，马丁教授和他的研究伙伴决定重新创造一门语言，既在学术上合理，同时也具备实用价值。这就是开发Scala的初衷。

1.2.1 学术和工业的平衡

Scala是一门非常强大的编程语言，正如它名字（Scalable，可拓展）本身一样，用Scala编程就像拥有了哆啦A梦的口袋，里面装满了各种编程语言特性，如面向对象、函数式、宏。

Scala不仅在面向对象方面进行了诸多的改良，而且彻底拥抱了函数式。因此Scala也吸引了函数式编程社区很多厉害的程序员，他们将函数式编程的思想注入Scala社区，如此将使用Scala进行函数式编程提高到了新的高度。

由于Scala设计者学院派的背景，以及Scala某些看似“不同寻常”的语法，使它在发展早期（甚至现在）经常被描述为“过于学院派”，以至于马丁教授在某次Scala大会的演讲时，自嘲“Scala真正的作用是将人引向了Haskell”。

然而，真实的Scala却是在不断地探索学术和实用价值两方面的平衡。不可否认的是：

❑ Scala已经成为大数据领域的热门语言，明星项目Spark就是用Scala开发的，还有很多其他知名的项目，如Akka、Kafka等。

❑ 越来越多的商业公司，如Twitter、PayPal、Salesforce都在大量使用这门语言。

另外，Scala也确实是一门有着较陡的学习曲线的语言，因为它强大且灵活，正如马丁教授所言，Scala相信程序员的聪明才智，开发人员可以用它来灵活选择语言特性。但学术和工业的平衡始终是一个难题，与Java严格标准相比，Scala的多重选择也常常因复杂而被人吐槽。

1.2.2 复合但不复杂

那么，Scala真的复杂吗？我们不知听了多少次类似这样的抱怨。在搞明白这个问题之前，我们需要先弄清楚到底什么是“复杂”。在英文中，复杂一词可以联想到两个单词：complex和complicated。实际上它们的含义截然不同，更准确地说，complex更好的翻译是“具有复合性”。

Nicolas Perony曾在Ted上发表过一次关于“复合性理论”的演讲。

马丁教授曾发表过一篇名为《简单还是复杂》的文章，表达过类似的观点。如果对搭积木这件事情进行思考，摩比世界提供了固定的方案，而乐高则提供了无穷的选择。然而，前者的零件种类和数量都比后者要多得的。类似的道理，编程语言可以依靠功能累加来构建所谓的语法，同样也可以通过简单完备的理论来发展语言特性。在马丁教授看来，Scala显然属于后者，它并不复杂，而且非常简单。

1.2.3 简单却不容易

事实上，函数式编程最明显的特征就是具备复合性。函数式开发做得最多的事情就是对需要处理的事物进行组合。如果说面向对象是归纳法，侧重于对事物特征的提取及概括，那么函数式中的组合思想则更像是演绎法，近似于数学中的推导。

“简单”的哲学也带来了相应的代价：

❑ 这是一种更加抽象的编程范式，诸如高阶类型、Typeclass等高级的函数式特性虽然提供了无比强大的抽象能力，但学习成本更高。

❑ 它建立了另一种与采用Java面向对象编程截然不同的思维模式。这种思维方式上的巨大差异显然是一个极高的门槛，同时也是造成Scala令人望而却步的原因之一。

Scala在选择彻底拥抱函数式的同时，也意味着它不是一门容易的语言，它无法成为一门像Java那样主流的编程语言。事实上，即使很多人采用Scala来进行开发，也还是采用类似Java的思维模式来编程。换句话说，Scala依旧是被当作更好的Java来使用的，但这确实是当今主流编程界最大的诉求。

在这种背景下，Kotlin作为一门JVM平台上新兴的编程语言，悄悄打开了一扇同样广阔的大门。

1.3 Kotlin——改良的Java

2010年，JetBrains产生创造Kotlin的想法。关于大名鼎鼎的JetBrains，想必在业内是人尽皆知，知名的IntelliJ IDEA就是他们的产品之一。拥有为各种语言构建开发工具经验的JetBrains，自然是对编程语言设计领域最熟悉的一群人。当时，一方面他们看到了C#在．NET平台上大放异彩；另一方面，Java相比新语言在某种程度上的滞后，让他们意识到改良Java这门主流语言的必要性。

JetBrains团队设计Kotlin所要面临的第一个问题，就是必须兼容他们所拥有的数百万行Java代码库，这也代表了Kotlin基于整个Java社区所承载的使命之一，即需要与现有的Java代码完全兼容。这个背景也决定了Kotlin的核心目标——为Java程序员提供一门更好的编程语言。

1.3.1 Kotlin的实用主义

Kotlin常常被认为是一门近似于Scala的语言。的确，它们的诞生都源于对Java语言的改良，同时都在面向对象和函数式之间建立起了多范式的桥梁。不可否认的是，Kotlin确实从Scala身上借鉴了许多，就连它的创作团队也表示过：“如果你用Scala感到很开心，那么你并不需要Kotlin。”

然而，Kotlin与Scala的设计哲学又十分不同。Kotlin并没有像Scala那样热衷于编程语言本身的研究和探索。相反，它在解放Java的同时，又在语言特性的选择上表现得相当克制。

我们说过，Scala旨在成为一门程序员梦想中的语言，它包含了所有你想拥有的语言特性。而Kotlin更加立足现实，它现阶段仍没有宏，也拒绝了很多所谓的高级函数式语言特性。但它在Java的基础上发展出很多改善生产力的语言特性，如数据类、when表达式（一定程度上的模式匹配）、扩展函数（和属性）、可空类型等，而且它似乎偏好语法糖，比如Smart Casts，因为这可以让编程人员的工程开发变得更加容易。

可以看出，Kotlin的自我定位非常清晰，它的目标就是在计算机应用领域成为一门实用且高效的编程语言。如果说Scala的设计理念是more than Java（不仅仅是Java），那么Kotlin才是一门真正意义上的better Java（更好的Java）。

1.3.2 更好的Java

如果你用Kotlin开发过业务，很快就会意识到它相较于Java的语法更加简洁、高效。比如Kotlin做了这些改良：

❑ 在很大程度上实现了类型推导，而Java在SE 10才支持了局部变量的推导。

❑ 放弃了static关键字，但又引入了object，可以直接用它来声明一个单例。而作为比较，Java则必须依靠构建所谓的“单例模式”才能等效表达。

❑ 引入了一些在Java中没有的“特殊类”，比如Data Classes（数据类）、Sealed Classe（s密封类），我们可以构建更深程度上的代数数据类型，结合when表达式来使用。

但可能你会问，以上Kotlin的特性，Scala也有，能否可以说前者只是后者的一个子集呢？这种表述其实是不恰当的。其实，Kotlin在致力于成为更好的Java的道路上，不仅仅依靠这些新增的语言特性，它在兼容Java方面做了大量的工作，比Scala走得更远。

首先，从语言命名上就可以看出Kotlin在严格遵循Java的传统，它们都采用了岛屿的名字。

其次，虽然都是兼容Java, Scala（最近的几个版本）必须要求Java 8，而Kotlin则可以与Java 6一起工作，这也是后者在Android上更加流行的原因之一。

另外，Kotlin并没有像Scala那样在语法的探索上表现得“随心所欲”, Java程序员在学习Kotlin新语法特性的同时，依旧可以保留更多原有的习惯。举个例子，在Scala中，一切皆有类型。所以在大部分时间里，我们都用等号来定义一个Scala的函数。函数体最后一个表达式的值就是这个函数的返回类型。

        def foo(x: Int) = {
            val y = x + 2
            x + y
        }

没错，Scala舍弃了return关键字。在Kotlin中，它也引入了使用单行表达式来定义函数的语法，不需要用return来返回结果值。

        fun foo(x: Int) = x ＊ 2 + 2

然而，大部分情况下，我们还是可以采用类似Java的方式来定义一个函数，如：

        fun foo(x: Int): Int {
            val y = x ＊ 2
            return y + 2
        }

由于Kotlin比Scala更加兼容Java的生态和语法，Java程序员可以更加容易地掌握它。同时，Kotlin非常注重语法的简洁表达。如果你了解Scala中的implicit，可能曾被这个Scala的语法惊吓到，因为它非常强大。然而，正如我们提到的，“简单灵活”的另一面意味着抽象和晦涩。Kotlin注重的是工程的实用性，所以它创造了扩展的语法，虽然相比implicit在功能上有损失，但显得更加具体直观，且依旧非常强大，可满足日常开发中绝大多数的需求。值得一提的是，Android则依靠这个Java所没有的特性，推出了扩展库android-ktx，我们在第7章将专门介绍这种强大的特性。

此外，Kotlin还新增了一些Java、Scala中没有的语法糖。如果你从事Android开发，那么肯定少不了在工程中写过如下的Java代码：

        if(parentView instanceof ViewGroup){
            ((ViewGroup) parentView).addView(childView);
        }

为了类型安全，我们不得不写两遍ViewGroup。然而在Kotlin中我们却可以直接这么写：

        if(parentView is ViewGroup){
            parentView.addView(childView)
        }

这依靠的是Kotlin中的Smart Casts特性。我们不评价这种语法糖是好是坏，但它可以在一定程度上改善我们在工程开发中的体验。

总体而言，Kotlin旨在成为一门提升Java生产力的更好的编程语言，它拥有简洁的表达能力、强大的工具支持，同时至今仍然保持着非常快速的编译能力。相较而言，用Scala开发则常常受到编译过慢带来的困扰。

1.3.3 强大的生态

现在，我们已经了解了Kotlin整体的设计哲学，以及它相较Java、Scala的魅力所在。当然，本章似乎并没有涉及任何语法细节，我们会在后续的内容中深入介绍Kotlin的语言特性，并且探索它具体的高级应用。

关于Kotlin，还有一个问题需要解答：我们究竟可以用它来做什么？大概率上你是因为Kotlin成为Android官方支持语言的新闻而知晓它的。事实上，Kotlin不仅支持Android，它还是一门通用语言，如果用一句话来总结，那就是“Targeting JVM / JavaScript and Native”。现阶段，我们至少可以用Kotlin做以下的事情。

（1）Android开发

我们不仅可以用Kotlin调用现成的Java库，而且还有Google提供的Kotlin扩展库。Kotlin的语法非常适合Android工程开发，例如我们提到过的Smart Casts。用它还可以改善findViewById的语法调用。

（2）服务端开发

这是JVM语言最大的一个应用领域，自然也是Kotlin发挥的舞台。在Android支持Kotlin之后，Spring Framework 5也对它敞开了怀抱。基于Kotlin更自然的函数式特性，用Spring进行Web开发会在某些方面拥有比Java更好的开发体验。

（3）前端开发

Kotlin还有两个强大的特性：dynamic类型及类型安全的构建器。前者实现其与JavaScript互通，后者可以帮助开发者构建可靠的HTML页面。你可以尝试使用Kotlin来构建UI。

（4）原生环境开发

因为Kotlin Native这个项目，Kotlin终于告别了Java，离开了JVM，直接编译成机器码供系统环境运行。虽然Kotlin Native尚处于早期阶段，但后续的发展非常值得期待。如果你家里有一个树莓派，不妨可以用它来试一试。

如你所见，Kotlin还是一门非常开放、具有强大生态的编程语言。如果说与Java兼容能让它运行在所有支持Java的地方，那么它的革命创新使得它超越了Java，进入了更加广阔的世界。

1.4 本章小结

本书中每章都会有个小结，但第1章比较特别，我们打算用一个比喻来结尾。这个生动形象的说法来自于Lutz Hühnken的博客，他把Java、Scala、Kotlin比作滑雪运动中的不同种类。

如果说JVM平台是一个滑雪世界，那么最早的Java语言就是大家熟知的滑雪方式——双脚各踏一个滑雪板来进行滑雪。Scala则更像将两只脚都站在一块板上来滑行的滑雪方式。那些用滑雪单板的高水平运动员非常令人羡慕，因为他们可以用更优雅的姿势获得更快的速度，而且最重要的是他们可以做“深粉雪”滑行，这也就是所谓的函数式编程。

然而，对于用双板滑雪的运动员而言，尝试用单板来滑雪，就像是学习一种新的运动，会经常摔跤。其实，大部分人还是更乐意用双板来进行滑雪。这时，刻滑板出现了，使用它，运动员完全可以保留原有双板的滑雪习惯，但同时依旧可以做某个程度上的深粉雪滑行。你猜得没错，它就是Kotlin。

对于滑雪这项运动而言，别忘了，还有一个世界性的赛事——Android开发，它暂时并没有对单板开放，但对刻滑板则已经敞开了怀抱。

所以，如果你想要寻找一种更好的Java语言的话，欢迎来到Kotlin的“滑雪”世界！