Журнал «Компьютерра» N8 от 27 фераля 2007 года

Золотая рыбка в мутной воде: Экзотика становится повседневностью

Автор: Виктор Шепелев

После двух полновесных тарелок как бы истории («как бы» - потому что большинство описанных языков используются и в наше время) перейдем-таки к десерту - изменению мира, современным трендам и прочим взглядам в будущее. Только прикинем для начала, откуда это будущее (активное перемешивание старых структурных идей и нестандартных идей модернизма) берется.

За многие годы развития и усложнения традиционные языки отдалились от компьютера; да и сами компьютеры и их производительность стали несколько абстрактным понятием. Автоматическая сборка мусора, которая во времена Lisp была недостатком (по сравнению с ручным управлением памятью), во времена Java и C# стала достоинством, повышающим степень абстракции и надежность программ и обеспечивающим истинную компонентность [Я говорю не о неких мистических «объективных фактах», а о восприятии «средним индустриальным программистом»]. Множество возражений из серии «концептуально хороший язык, но производительность его навсегда ниже допустимого» постепенно отступило.

Вспомним, откуда в принципе растут ноги у структурной, императивной парадигмы: из «естественного» воплощения архитектуры компьютера. Но уже в рамках одного компьютера и одного пользователя сегодняшняя архитектура подразумевает множество «частностей», вроде распараллеливания, многопроцессорных систем, многоуровневых кэшей или, в случае карманных ПК, отсутствия деления на оперативную и постоянную память. То есть языки с моделью «последовательные инструкции, изменяющие ячейки памяти» уже не вполне «соответствуют». Что уж тут говорить о веб- и вообще сетевых приложениях, для которых «один процессор, один поток ввода/вывода, одна память» - вообще малозначимая абстракция.

То есть императивная модель уже нужна больше программисту, нежели компьютеру. Но ведь и программисты изменяются. Повышение темпа прогресса и вообще темпа жизни приводит к тому, что даже самый средненький программист или средненькая программная контора успевает перепробовать столько языков и технологий, что принять новые идеи становится куда проще [Сюда можно приплести еще культуру блоггеров-пропагандистов, способных заинтересовать своих читателей чем угодно. Например, описываемый ниже Ruby своим «подъемом» за пределами Японии очень обязан нескольким уважаемым в программистской публицистике личностям].

Вот и посмотрим, что из этого получается. Начнем все же с веба.

Цитата

Если бы я был умнее чем есть, Ruby мог бы быть намного проще, не потеряв выразительности.

Юкихиро Мацумото

Культура использования «скриптовых языков» («языков сценариев») характерна для мира Unix и смежных миров, где пользователь операционной системы по определению немножко программист. Эта культура подразумевает написание повседневных программ для автоматизации простых действий; немалая часть пишется прямо в командной строке и нигде не сохраняется; другие пишутся единожды, тестируются и впоследствии выполняются многократно, входя в состав «багажа» пользователя. Для скриптовой культуры характерно беззаботное отношение к структуре программы, ее скорости и даже логичности, при крайне заботливом отношении к лаконичности и выразительности.

Культура скриптов-сценариев получила мощной толчок с появлением веба и первых веб-приложений. Тогдашняя формулировка веб-приложения - «нечто, получающее несколько параметров и формирующее по ним (текстовую) веб-страничку» - идеальное описание именно скрипта; неудивительно, что самый популярный к тому времени скриптовый язык для обработки строк - Perl - стал и самым популярным языком веб-программирования. Некоторое время «быть веб-программистом» означало «знать HTML, JavaScript и - Perl» (вскоре к этому набору добавился PHP). Веб-программирование как деятельность доступная и популярная, с одной стороны, способствовало широкому распространению «скриптового» подхода, а с другой - изменило концепцию самих скриптов: усложнение веб-приложений, возрастание их объема и используемых ресурсов (сеть, БД, графика и пр.) привело к повышению внимания к логичности и понятности скрипта, к его стандартной библиотеке и т. п.

Так Perl проторил дорогу Python’у - языку, который смешал скриптовый и структурный подходы к написанию программ [При желании в истории «скриптов для веба» можно найти аналогии с начальной историей языков программирования: Perl/Fortran, доказавшие, что это возможно и нужно, PHP/Cobol как «временное помутнение сознания, когда еще никто не знал, как правильно», и Python/Algol, внесшие стройность и логичность. Есть, конечно, и множество отличий]. Лаконичные и логичные, легко читаемые программы на Питоне способствовали его широчайшему распространению, поскольку это легкий язык интеграции всего (Google и NASA), встраиваемый в крупные пакеты (от программы 3D-моделирования Blender до игры Civilization IV), язык для преподавания (см. в предыдущей статье о MIT) и, естественно, язык для веба. Успех Питона открыл дорогу другим «стройным скриптам»: легкой Lua - во встраиваемые скрипты, и Ruby - во все остальные области. В каковых «всех областях» вскоре вспыхнула supernova фреймворка для веб-разработки Ruby on Rails. «Руби на Рельсах» со всеми своими последователями, критиками, отрицателями и фанатами - уже сам совершенно отдельный крупный тренд.

Важно здесь, что культура скриптов («скриптовая парадигма») подразумевает допустимость и даже обязательность разных «ухищрений» для удобства программиста. И это именно та «дырка», через которую в широкие массы пошли необычные идеи. То есть в большой степени это вопрос «подачи»: если функция-как-значение - это не «новая парадигма с серьезной теоретической базой, своей терминологией и новым синтаксисом», а «фишечка такая, чтобы удобней» - то элементы функционального подхода в Питоне оказываются вполне естественными и понятными. А поглощение и использование этой «фишечки», естественно, порождает какие-то вопросы (все-таки идея «новая»), на которые (сюрприз, сюрприз!) могут дать ответы те самые «оторванные от жизни теоретики», занимающиеся функциональным программированием (ах, вот как это называется!) уже лет сорок. И вот пожалуйста: замыкания, продолжения, ленивые вычисления - более или менее прижившиеся элементы «обычных скриптов».

То же самое - с концепциями «программа - это данные, изменяемые в любой момент» (здравствуй, Lisp) и «все в программе суть объекты, обменивающиеся сообщениями» (здравствуй, Smalltalk). Время программиста и его fun - главная ценность; ради этих «высоких идеалов» можно и идейные столпы пошатать.

Забавно, что в этом стремительном выходе скриптов на передний план главное назначение «языка сценариев» - написание одноразовых программ сомнительного качества - как-то потерялось. Что породило забавные казусы «самоопределения» - тем паче, что и другие типично скриптовые свойства (вроде интерпретируемости) многим сегодняшним «скриптам» несвойственны (Python, как Java, компилируется в байт-код и выполняется на виртуальной машине; виртуальные машины для Perl и Ruby сейчас разрабатываются соответствующими сообществами и находятся в районе «альфа» и «бета» версий).

Цитата

Это здорово, что популярность Ruby резко взлетела, и еще более здорово, что я приложил к этому палец. Не то чтобы я много об этом размышлял, но думаю об этом с гордостью.

Д. Хеймер Ханссен,

создатель ruby on rails

Очередная «дырка в заборе» мэйнстрима - как ни странно, Microsoft. Шаткое положении как-бы-лидера - только и успевай крутиться, и Джаву надо переджавить, и с поднимающими голову скриптами совладать, и Гуглу настучать, и Виндов побольше продать - поневоле вынуждает к инновационности и нос-по-ветру. Отсюда - появление во второй версии C# анонимных делегатов (они же - переменные-функции) и связанных с этим элементов функционального программирования; отсюда же - подъязык LINQ, вводящий в C# 3.0 декларативную нотацию, подобную SQL.

Но важнее даже не это, а принципиальная изначальная многоязычность .Net’а и, соответственно, поощряемые и приветствуемые попытки существующие языки на микрософтовскую платформу портировать и новые, невиданные, создать. Эффект симбиоза ново-старых языковых идей и платформы промышленного качества понятен: для платформы выгода в том, что даются новые инструменты программистам и «импортируется» сообщество соответствующего языка; для самого языка становятся доступными богатые библиотеки .Net’а (особенно актуально для языков с привкусом «академичности», зачастую страдающих от отсутствия элементарных библиотек для индустриальных задач) и - огромное количество готовых пользователей [Все эти выкладки в большой степени относятся и к платформе Java. Понятно, что изначально платформа была «одноязычной», но сейчас (не в последнюю очередь - в результате «гонки платформ» с Microsoft) Sun уделяет много внимания развитию и поддержке других языков на своей платформе].

Одной из целей .Net’а было облегчение интеграции кода на разных языках, а значит, многоязычные проекты на этой платформе более распространены, и теоретически можно основную часть проекта оставить на C#, алгоритмически сложную часть написать на каком-нибудь Haskell.Net или F# (ML-подобный язык), а разные быстрые тесты и служебные задачи, требующие «быстрого и грязного» кода, решать, к примеру, на IronPython.

Понятно, что чем дальше отстоит портируемый язык от традиционных, тем сложнее его бесшовная интеграция с другими языками платформы. Отсюда - некоторые интересные проекты, которые революционные (для мэйнстрима) идеи скрещивают с естественной объектной моделью и привычным синтаксисом платформ Java/.Net. Таких проектов уже немало: к примеру, для .Net’а - питонообразный Boo и многоконцептуальный Nemerle, совмещающий традиционный ОО-подход с функциональными возможностями и выводом типов в духе ML и синтаксическими макросами вроде Lisp’овых [Из не-Lisp’образных языков Nemerle, кажется, единственный, предоставляющий средства такого уровня]; для Java - объектно-функциональный гибрид Scala и Ruby-подобный Groovy [Это не считая экспериментальных языков, являющихся расширениями-надмножествами C# и Java (C-omega, Pizza/PJ) и использующихся в основном для обкатки идей, которые впоследствии войдут (или не войдут) в основной язык].

О широкой известности и применимости таких языков говорить рано, но кое-какие предположения об их судьбе сделать можно.

Языки рода Boo и Groovy, чьи авторы стоят на позициях «скриптовых» (в смысле лаконичности программ и богатого набора «фенечек»), на позицию «скриптов в рамках платформы» как раз и метят. Их роль - быть «клеем» между компонентами, инструментом для «условно одноразовых» программ (тестов для отладки компонентов на «серьезных» языках) и вообще инструментом для «гибких» подходов. В этом контексте их будущее видится относительно безоблачным, как и будущее «портированных» IronPython/Jython, JRuby/RubyCLR.

Nemerle и Scala - это совсем другой коленкор, «модернизм в миниатюре». С их «продвинутыми» идеями связаны те же надежды и проблемы, что некогда были характерны для Haskell, Lisp, Smalltalk - «вроде и круто, но больно хитро». Можно предположить, что и судьба «больно хитрых» языков сложится похожим образом и они станут генераторами идей для C#/Java и прибежищем немногих «понимающих». Впрочем, расстояние от этого «мини-модернизма» до мэйнстрима не так уж велико, а компонентный подход накладывает меньше ограничений на взаимодействие разноязыковых модулей; так что «продвинутые» языки может ждать и более счастливая судьба. Остается пожелать им удачи.

Саймон Пейтон Джонс (Simon Peyton Jones), один из разработчиков Haskell, архитектор Glas-gow Haskell Compiler (GHC); Кейл Гиббард (Cale Gibbard), популяризатор Haskell, автор нескольких руководств.

О целях и перспективах

Гиббард: Haskell всегда был и остается исследовательским языком. Множество студентов и ученых думают о расширениях языка и новых библиотеках, на основе которых можно было бы опубликовать научную работу. Так что прогресс идет довольно быстро, и некоторые библиотеки так же сложны и красивы, как сам язык.

Джонс: С практической точки зрения, развитие Haskell идет путем воплощения экспериментальных возможностей в разных компиляторах.

Иногда сообщество хаскелистов садится и собирает эти анархические расширения в единые стройные концепции. Сейчас мы работаем над новой версией - Haskell Prime, чтобы можно было сказать «эта программа написана на Haskell Prime» вместо "эту программу можно скомпилировать с помощью GHC 6.8.

Гиббард: Мы рассматриваем противоречивые места предыдущего стандарта [Haskell ‘98] и изучаем, как люди жили с ними последние несколько лет.

Об использовании и распространении

Гиббард: Один из главных факторов, мешающих популярности Haskell, - инерция. В конце концов, объектно-ориентированному программированию тоже понадобилось лет двадцать-тридцать, чтобы завоевать популярность. Haskell старше Java - почему же он до сих пор не добился аналогичных успехов в своем распространении? Дело в том, что Haskell - гораздо более «продвинутый», чем Java/C++ или даже Python и Ruby. Для программистов, знающих только объектно-ориентированное и императивное программирование, - это вроде как учиться программировать заново. Другая причина - долгое время Хаскеллу очень не хватало всяких штук, нужных для практического программирования. Впрочем, качество и количество библиотек в последнее время сильно возросло. Еще одна причина - недостаточная производительность функциональных языков, но в сегодняшних условиях это скорее миф.

Джонс: Чем больше люди будут интересоваться написанием работающих программ, особенно с использованием параллелизма, тем более популярны будут функциональные языки. С другой стороны, хотя истоки функциональной парадигмы - в академическом сообществе, такие языки становятся все более практичными.

Джонс: Попробуйте функциональное программирование! Даже если вы не начнете активно использовать его, ваше представление о программировании существенно изменится.

Гиббард: Начинающему функциональному программисту я в первую очередь советую освоиться со списками - это то, что заменяет большинство циклов из императивного программирования. В конце концов, каким бы пугающим ни казался Haskell поначалу, на самом деле не так уж все страшно - стоит взять какое-нибудь руководство и просто попробовать. Оно того стоит.

Беседовал Дмитрий Антонюк

Проанализировав набирающие популярность гибриды, можно заметить, что господство императивного программирования по-прежнему сохраняется. Как бы ни изменялось отношение к объектам и коду в целом, какие бы функциональные возможности ни появлялись, структура программы на микроуровне остается тем же набором последовательных инструкций, ветвлений и вызовов функций. Понятно, что привычные паттерны так просто своего не уступят.

Тем не менее существуют, конечно, и более экстремальные «постмодернистские» системы; самая известная и успешная из них, пожалуй, Erlang. Язык/платформа (производные сразу от нескольких декларативных языков программирования и концепций), созданная суровыми шведскими практиками из фирмы Ericsson для нужд телекома, - Erlang не то чтобы пробивается в мэйнстрим, но в своей области (написание распределенных приложений с серьезными требованиями к производительности и устойчивости) чувствует себя весьма уверенно. Вообще, в области распределенных приложений, в телекоммуникациях и смежных областях совмещение красивой теоретической модели и мощной платформы - решение, набирающее вес. Помимо Erlang, на похожих позициях стоят Oz/Mozart и с-пылу-с-жару новый язык Corn (также рожденный в телекоме, на сей раз - польском).

Предпринималось достаточно попыток приблизиться к практике, оставаясь в рамках господства «истинных концепций», - от ML-производной с поддержкой объектов и императивности OCaml до отдаленного потомка Smalltalk/Self - io, преподносимого как язык легкий и стройный, идеальный для встраивания. Да и многие языки Lisp’овой семьи (в том числе сам Common Lisp), наверное, можно причислить к «постмодернистским» по богатству концепций и стремлению к практичности.

Очередная волна шумихи вокруг «нового веба» тоже не осталась незамеченной - здесь можно отметить такие проекты, как Hop от французского института INRIA (родины OCaml) и Links (им занимается Phil Wadler, некогда концептуальный архитектор Haskell), цель которых - свести разработку веб-приложений к одному языку сверхвысокого уровня, который бы «компилировался» в традиционные HTML, JavaScript, SQL и серверные скрипты [В каком-то смысле ASP.Net и некоторые Java-библиотеки занимаются тем же, имитируя для программиста однородную языковую среду. Существует также проект haXe, с аналогичным подходом и JavaScript-образным базовым языком].

Тем не менее пока все эти инициативы в основном «для своих», то есть апологетов модернизма, желающих «сделать что-нибудь практичное». Говорить о серьезном проникновении в мэйнстрим языков с понятиями и синтаксисом, в корне отличным от старичка Алгола, пока рано.

Ключевое слово в последней фразе предыдущего раздела - пока. Старая императивная модель пока ограничивает восприятие, но эти ограничения с каждым днем уменьшаются. По мере проникновения некогда странных идей «в подкорку», в базовый набор понятий современного программиста расклады могут сильно меняться. К примеру, помимо заметной миграции веб-программистов с Java на Python и Ruby, существует не слишком большая, но устойчивая миграция с Ruby на Smalltalk: когда идея «все есть объект» становится привычной и родной, то некоторые очевидные преимущества Smalltalk (вроде прекрасной среды, особенно для экспериментаторов и творческих личностей) начинают перевешивать мнимый недостаток - «непривычность». Точно так же, после привыкания к основополагающей идее «функция - наше все» на очевидных и простых примерах, многие мэйнстрим-программисты куда благосклоннее начинают смотреть если не на Haskell, то по крайней мере на OCaml и Erlang.

К чему приведет такое «смешение языков» в течение ближайших лет, при нынешних скоростях возникновения идей-суперзвезд, сказать трудно. Быть может, Erlang, отделавшись от репутации «странного до идиотизма», вскоре займет соответствующее место в «гонке платформ» .Net/Java (учитывая, что за платформой Erlang/OTP стоит сильная и амбициозная корпорация, хотя и не слишком заинтересованная в рынке платформ - пока?). Не исключено, что набор тенденций, называемый «Web 2.0», вызовет к жизни другую клиентскую платформу, заметно отличающуюся от сегодняшних браузеров (вспомним, что браузер изначально - таки ж программа для просмотра, а не для работы со сложными приложениями): в ней может быть снято ограничение на клиентский язык [Сегодня это де-факто только JavaScript - который тоже ох как непрост (см.врезку «СНЯПМ»)], и это породит новую гонку языков. А может быть, послезавтра вообще появится нечто существенно отличное от веба. Или, опять же, прилетят инопланетяне и всех завоюют.

Одно ясно: мы живем в эпоху победившего постмодернизма. И здесь случается всякое. Следите за рекламой.

СНЯПМ - «самый недооцененный язык программирования в мире» - распространенное шуточное название JavaScript. Его сугубо прикладное направление (как языка программирования, работающего в браузере) стало серьезной преградой к оценке концепций языка по достоинству. Распространенное мнение - «это такой недоязык, в нем и классов-то нормальных нету»; между тем JavaScript как самостоятельный язык - яркий и небезынтересный представитель семейства «прототипно-ориентированных» языков (вместе с диалектом Smalltalk’а Self и современным io), с поддержкой функционального программирования; то, что синтаксически язык относится к C-образным языкам, - чуть ли не единственное, что роднит его с «классическими» системами программирования.

Впрочем, в последнее время, на волне интереса к «богатым» интерфейсам веб-приложений и AJAX (ну и, ясное дело, наступившего постмодернизма), репутация этого занятного языка постепенно начала укрепляться.