JavaWorld Day 2009

1. “ネクストJava”の大本命！？
マルチパラダイム言語「Scala」
2009年8月6日
浅海智晴
匠Lab、edge2.cc、日本Javaユーザグループ

2. 自己紹介
SimpleModeler
Scala DSLを用いたモデル・コンパイラ
Scala DSLで記述したモデルからクラス図、ステートマシーン
図やGoogle App Engineのアプリケーションを生成
http://code.google.com/p/simplemodeler/
Scalaプログラミング歴1年強
edge2.cc
クラウド・コンピューティングの実証研究プロジェクト
http://www.edge2.cc
匠Lab
匠の技でビジネスとITを繋げる
http://www.takumi-lab.co.jp/
要求開発×モデル駆動開発×クラウド・コンピューティング

3. 内容
Scalaとは
Scala文法ハイライト
Scalaの応用分野

4. Scalaとは

5. Scalaとは
Scalable Language
「純粋」オブジェクト指向＆「本格」関数型の
ハイブリッド言語
現時点のプログラミング言語の便利機能を
貪欲に吸収
体感的には…
使いやすいJava
関数型までついてる

6. Scalaは巨大?
言語仕様はJavaの方が大きいかも
『Programming in Scala』 776ページ
『Java Programming Language第4版』 928ページ
『Java Programming Language第1版』 333ページ
クラスライブラリ
Scala固有のクラスライブラリ
言語と緊密な関係を持つもの
Scalaならではの応用
その他はJavaと共通
実行環境
Java VM → Javaと共通

7. プログラミング言語の歴史
手続き型/C→OO/Java→関数型/Scala?
1985 1995 2009
ハ ー ドウ ェ ア 性 能 の 向 上
C Java Scala ?
オ ブ ジ ェ ク ト指 向 関数型
ク ラ ス /オ ブ ジ ェ ク ト 高階関数
継承 遅延評価

8. 手続き型・オブジェクト指向・関数型
フレームワーク フレームワーク
呼び出し クラス/オブジェクト 呼び出し
プログラム本体
継承
プログラム本体
プログラム本体 高階関数
アルゴリズム
遅延評価
呼び出し 呼び出し 呼び出し
サブルーチン サブルーチン サブルーチン
手続き型言語 オブジェクト指向言語 関数型(+オブジェクト指向言語)

9. 関数型言語の2つの側面
関数型言語
関数が基本的な構成要素となる言語
数学のバックボーン(ラムダ計算)を持つプログラミング言
語
数学を基盤にすることで、プログラムの処理内容の
証明が可能
研究継続中？
並列処理では重要な意味を持つかもしれない
高階関数、遅延評価の機構によってプログラム断
片の再利用率が飛躍的に高まる
実用言語としては、これが重要

10. Scalaの特徴
Smalltalk
C C++ Java
統一 Ruby
オブジェクト
オブジェクト指向 モデル
ML
Algol
C#
SML 普遍
ネスティング Simula
Ocaml
Beta
F#
関数型 gbeta
Haskel 統一アクセス
Ruby
Effiel
Smalltalk
オブジェクト指向＆
Python 関数型 Scala アクター基盤 Erlang
並行ライブラリ
Pizza
Smalltalk
Nice
Iswim
Multi-Java スケーラビリティ
abstract type Lisp
OCaml
trait C++
F#
PLT-Scheme
extractor

11. Scalaの言語機能
Scala
スクリプト言語
コンパイラ
インタープリタ
Java インタープリタ
動的型付
C文法 静的型付
統一オブジェクト・モデル
テキスト指向
コンパイラ 型推論
使いやすいコレクション
クロージャ
静的型付 オブジェクト指向
メタ・オブジェクト
Java VM
オブジェクト指向
クラス・ライブラリ
Java VM
業界標準API
クラス・ライブラリ 関数型言語
業界標準API 統一オブジェクト・モデル
テキスト指向 高階関数
使いやすいコレクション 遅延評価
クロージャ
型推論
高階関数
遅延評価
不変オブジェクト
パターン・マッチング
不変オブジェクト
モナド
パターン・マッチング
アクター
モナド
アクター
抽象型
トレイツ
エクストラクタ
ケース・クラス
暗黙変換
XMLリテラル
パーサー・コンビネータ

12. Scalaの特徴的な機能(私見best 5)
trait(トレイツ)
抽象クラスーα
多重継承の問題を回避しつつ、多重継承的な機能を実現
mix-inに使用
for文
モナドの文法糖衣
チェック付き例外なし
プログラミングが楽に！
特に問題は感じられなかった
match文
パターン・マッチングがデータ構造操作でも非常に重要
Javaプログラミングではイディオムとして繰り返し手入力が必要な処理がmatch
文で簡明に記述
caseクラス
データを記述するためのクラスの記述が楽になる
match文との連携

13. Scalaクラスライブラリ
Parser Combinator
パーサージェネレータ
BNFを記述するScala DSL
Actor
アクター・モデルによる並行処理
副作用がない関数型を活かす並行処理モデル
Scala DSLによる専用文法
Scala Swing
Swing用Scala DSL
BDD (Behavior Driven Development)
scalatest
http://www.artima.com/scalatest/
BDD用Scala DSL

14. 応用
Lift
Webフレームワーク
Twitterメッセージ・エンジン
RubyからScalaに変更
Apache CamelのDSL
XML DSL (SpringのXMLコンフィグに埋め込んで使用)、
Java DSLに続いて、Scala DSLを開発中
SimpleModeler
浅海が開発中
Scala DSLで記述したモデルからクラス図、ステートマシーン
図やGoogle App Engine/Javaのアプリケーションを生成
http://code.google.com/p/simplemodeler/

15. なぜScalaなのか
ハードウェアの進化
スクリプト言語と関数型の機能を実用言語の言語機能と
して利用することが可能になった。
Webの台頭
Web指向、テキスト指向のプログラミング言語が必要に
なった。
マルチコア、クラウド・コンピューティング、DSLなど
の新しい応用
これらの応用に対応できるプログラミング言語が必要に
なった。

16. Scala文法ハイライト

17. Scala文法ハイライト
for文
for (i <- 0 until 3) {
println(i)
}
0
1
2
val list = List(1, 2, 3)
for (elem <- list) {
println(elem)
}
0
1
2

18. Scala文法ハイライト
for yield文
val list = List(1, 2, 3)
val result0 = list.map(_ + 1)
println("pre = " + result0)
val result1 = list.map(elem => (elem + 1).toString)
println("use map = " + result1)
val result2 = for (elem <- list) yield
(elem + 1).toString
println("use for = " + result2)
pre = List(2, 3, 4)
use map = List(2, 3, 4)
use for = List(2, 3, 4)

19. Scala文法ハイライト
Extractor＆正規表現
val extractor = """(¥d¥d¥d¥d)-(¥d¥d)-(¥d¥d)""".r
val extractor(yearString, monthString, dayString) =
"2009-08-06"
val year = yearString.toInt
val month = monthString.toInt
val day = dayString.toInt
val result = "%04d-%02d-%02d".format(year,
month, day)
println(result)
2009-08-06

20. Scala文法ハイライト
match文
abstract class Base
class Concrete1 extends Base {
def one = println("concrete one")
}
class Concrete2 extends Base {
def two = println("concrete two")
}
class Concrete3 extends Base {
def three = println("concrete three")
}
def get_base = if (true) new Concrete2 else new Concrete3
val b = get_base
b match {
case c: Concrete1 => c.one
case c: Concrete2 => c.two
case c: Concrete3 => c.three
}
concrete two

21. Scala文法ハイライト
Extractorとmatch文
val extractor = """(¥d¥d¥d¥d)-(¥d¥d)-(¥d¥d)""".r
val ymd = "2009-08-06"
ymd match {
case extractor("2008", _, _) => println("2008")
case extractor("2009", _, _) => println("2009")
case extractor("2010", _, _) => println("2010")
case _ => println("Unkonwn")
}
2009

22. Scala文法ハイライト
ケースクラスとmatch文
case class YearMonthDay(year: Int, month: Int, day: Int)
val ymd = YearMonthDay(2009, 8, 6)
ymd match {
case YearMonthDay(2008, _, _) => println("2008")
case YearMonthDay(2009, _, _) => println("2009")
case YearMonthDay(2010, _, _) => println("2010")
case _ => println("Unkonwn")
}
2009

23. Scala文法ハイライト
クロージャ
val closures = for (index <- 0 until 3) yield
{ (number: Int) => number + index }
println(closures)
for (closure <- closures) {
val result = closure(100)
println(result)
}
RangeM(<function>, <function>, <function>)
100
101
102

24. Scala文法ハイライト
XML
val cities =
<cities><city>Tokyo</city><city>Osaka</city></cities>
val names = for (city <- cities ¥¥ "city") yield city.text
println(names)
val cities2 = <cities>{
for (city <- names) yield <city>{ city }</city>
}</cities>
println(cities2)
ArrayBufferRO(Tokyo, Osaka)
<cities><city>Tokyo</city><city>Osaka</city></cities>

25. Scalaの応用分野

26. マルチコア
単一のCPU筐体の中に複数のCPUコアが
同梱されているプロセッサ。
アプリケーション・プログラムの観点からはマル
チ・プロセッサとしてみえる。
性能向上はクロック数の向上ではなく、使用
するコア数の増加によって達成する。
並列処理を行うアプリケーションでないと、性能
が向上しない。

27. マルチコア
関数による副作用を伴わない計算
手続き 手続き
関数 関数
メソッド メソッド
変換・複写
不変データ 不変データ
可変データ
不変データ
変換・複写
複数の関数がメモリを
変更がない部分は共有する。 不変データ
共有するので競合が 関数は不変データを変換しながら
不変データなので
発生する 複写したデータを他の関数に受け
データが破壊されることはない
渡す
手続き
関数
メソッド
手続き型
純粋関数型
オブジェクト指向

28. マルチコア
共有メモリ方式とメッセージパッシング方式
メモリはスレッドが
占有するので、 競
メモリ 合が発生しない
スレッド スレッド スレッド スレッド
メッセージ
ボックス
メッセージ
ボックス
メモリ
メッセージボックスを経由したメッ
セージ交換によって非同期処理を スレッド
複数のスレッドが
実現する
メモリを共有する
ので競合が発生
する スレッド
メモリ
Javaモニタ
共有メモリ方式 java.util.concurrent メッセージパッシング方式 scala.actors
scala.concurrent

29. クラウド・コンピューティング
Webプラットフォーム
テキスト指向、XML指向
スケーラビリティ
パブリックなインターネット空間上に事実上無尽
蔵に用意されたCPUやストレージなどのリソース
を活用
非同期、並列、分散
分散アプリケーション
非同期、並列、分散

30. アプリケーション・アーキテクチャ
プレゼンテーション層
クラウド・アプリケーション
クライアント側 サーバ側 アプリケーションの論理的な構成は
従来のものと変わらない
プレゼンテーション層
GUI サービス
ビジネス層
RIA Web
ドメイン層
統合層 アクセス方式1:ローカル・データベース
アプリケーションが占有するデータはロー
カルデータベースに格納する。
アクセス方式5:REST
Webページを手繰って情報を取得する
統合層
データベース
アクセス方式2： 手続き呼出し
性能特性、 障害特性がローカル
REST の手続き呼び出しよりも脆弱。
メッセージ・キュー サービス
分散ストレージ
サービス
サービス サービス アクセス方式3： メッセージング
分散環境での連携に適応する特性をもつ。
アクセス方式4： 分散ストレージ
通常のデータベースのような更新処理は難し
い。

31. クラウド・アプリケーションの構成例
マスターデータなど更新頻度が低い
データは分散ストレージで配布して 結果を直接知りたい場合には、 手
直接参照する。 続き呼び出しで同期型の連携を
分散 行う。
ストレージ この形式の連携を行うとスケーラ
プレゼンテーションの段階ででき ビリティが低くなる。
ることをやっておくと、 スケールア
ウトの効果によってスケーラビリテ
ィが高まる。
外部サービスからRESTを用いて クラウド・アプリケーション
サービス利用の主力はメッセージ
情報を取得するのが典型的な利
である。 この形式の連携を行うと
用方法。 プレゼンテーション サービス サービス スケールアウトによってスケーラビ
リティを確保できる。
サービス バックエンドのサービス群もメッセ
メッセージ・キュー
REST ージによって連携。
サービス メッセージ・キュー
同期通信
サービス
メッセージ送信
メッセージ配信
データベース
データベースをアクセスするスコ
ープはサービスに閉じておくのが
よい。

32. クラウド・コンピューティングとScala
テキスト指向、XML指向
Scalaの得意とするところ
生文字リテラル、正規表現、パターン・マッチング、
Extractor
XMLリテラル、パス検索、パターン・マッチング
非同期・並列・分散
Javaの並列処理機能
スレッド、モニタ、並列ライブラリ
関数型言語
不変オブジェクト
モナド
アクター・ライブラリ

33. DSL(Domain Specific Language)
応用分野、技術分野の領域(ドメイン)ごとに専用の言語を用意する
簡潔で過不足のない適切なモデルを記述できる
テキストDSL
UMLのようなグラフィカル言語は、モデルを記述する作業が煩雑
プログラミング言語のようにテキストでモデルを記述すると効率がよい
内部DSL
ホスト言語となるプログラミング言語上にDSLを構築
Scalaはホスト言語に最適の文法を備えている
スケーラブル
外部DSL
parser combinator
Scalaが提供するパーサー・ジェネレータ
専用DSLでBNF相当の文法を定義

34. モデル駆動開発＆コンポーネント
分析 設計 実装
DSL 自動生成 コンポーネント
OO分析
OO設計 OO実装 コンポーネント
DSL 自動生成 コンポーネント
DSL 自動生成 コンポーネント
OO分析
OO設計 OO実装 コンポーネント

35. DSL
DSLの例
case class App20090505() extends 施設利用申請書 {
会員番号 = 123456
名前 = "Scala太郎"
理由(<div>Scalaの勉強会を行うため。</div>)
理由("Liftも少し取り上げるかもしれません。")
申請 {
施設(20090601, 1300, 1400, 講堂) 理由は <div>初日は講堂で講演したいか
ら</div>
同時利用(20090602, 1000, 1200) {
施設(第1会議室)
施設(第2会議室) 理由は "第1会議室だけだと足りないから"
設備(ホワイトボード) 個数は 2 理由は "会議室ごとに利用"
} 理由は """両方同時に利用希望します。
片方だけだと入りきらないので。"""
}
}

36. DSLから生成したHTML

37. DSL
変換処理
オブジェクト
オブジェクト
変換処理
XML XML
テキスト テキスト

38. アプリケーション・フレームワーク
APIからDSLへ
旧来のAPI:手続き呼び出し、抽象クラスの継承
DSLを用いることで、簡潔、適切にフレームワークの提供する
機能を利用することができる
Springに対するGrails
Groovyを用いたSpring DSLと考えることで、アーキテクチャ
上の位置付けが理解できる
Apache Camel
インテグレーションフレームワーク
XML DSL、Java DSLに続いてScala DSLを開発中
ScalaとJavaの協業
アプリケーション・フレームワークはScala
コンポーネントはScalaまたはJava
アプリケーションはJavaまたはGroovy(JRuby, Jython)

39. アプリケーション・フレームワーク
Scalaの使いどころ
アプリケーション Java API : Application Programming Interface
Groovy DSL : Domain Specific Language
SPI : Service Provider Interface
API Java DSL Scala
構成管理
フレームワーク
定義
Scala
Scala
SPI Java
コンポーネント Scala
Java

40. アプリケーション・フレームワーク
開発の流れ
設計 製造 組立て 運用管理
ビジネス・モデリング
分析 設計 実装 テスト 設計 実装 テスト 組立 テスト 配備 管理
分析 設計 実装 テスト 設計 実装 テスト
設計 実装 テスト
設計 実装 テスト
フレームワーク フレームワーク
コンポーネント コンポーネント

41. まとめ
JavaプログラマにとってのScala
まず最初は便利なJavaとして使っても十分
に有益
浅海の体感では3倍の生産性
最初はScala特有の難しい(そして便利な)機能
は使わなくてもよい
これから興隆する新しい技術はScalaで攻
めるのが得策
新技術分野のための機能が満載
マルチコア、クラウド・コンピューティング、DSL