1.1 为什么是Clojure

所有Clojure的特色功能，要么简单，要么强大，或两者兼而有之。下面举几个例子。

● 函数式编程很简单，原因是它将计算的过程与状态及标识隔离开来。优点：函数式程序更容易理解、编写、测试、调优和并行化。

● Clojure与Java的互操作极为强大，允许你直接访问Java平台的语义。优点：你能拥有与Java等同的性能和语义。最重要的是，你不必为了获得这点额外的能力而“下降”到一门低级别的语言。

● Lisp的简单在于两个关键方面：它将代码的读取与求值分开了，并且语法仅由少数几个正交的部分构成。优点：能用语法抽象来捕获设计模式；此外，当需要的时候，S表达式（S-expressions）能成为XML、JSON或是SQL。

● Lisp也很强大，它在运行期提供了一个编译器和宏（macro）系统。优点：Lisp具有晚绑定的决策能力，并且很容易定制领域特定语言（DSL，Domain Specific Language）。

● Clojure 的时间模型很简单，将值、标识、状态和时间相互分离。优点：程序可以放心地感知并记住信息，完全不必担心在这段时间里，有人正打算对其乱涂乱画一番。

● 协议（Protocols）很简单，将多态性（polymorphism）和派生（derivation）分离。优点：不必纠结于设计模式，或是依赖于脆弱的猴子补丁（monkey patching），你就能得到既安全又极富扩展性的类型与抽象。

这个功能列表可以作为本书剩余部分的路线图，所以，即便此刻你尚无法充分理解每个小细节，也不必太过忧虑。上面的每个特性，都分别用了整整一章来加以详述。

让我们构建一个小型的应用，看看其中一些特性是如何运作的。沿途你将学会如何加载并执行那些较大的示例，本书的后半部分会用到它们。

1.1.1 Clojure非常优雅

Clojure高信号，低噪音。因此，Clojure程序都非常简短。短小的程序，无论是构建、部署，还是维护，都要便宜得多。尤其当程序是简明的（concise）而不仅仅是简短（terse）的时候就更是如此了。举个例子，考虑下面这段来自于 Apache Commons的Java代码。

        data/snippets/isBlank.java
        public class StringUtils {
            public static boolean isBlank(String str) {
                int strLen;
                if (str == null || (strLen = str.length()) == 0) {
                    return true;
                }
                for (int i = 0; i < strLen; i++) {
                    if ((Character.isWhitespace(str.charAt(i)) == false)) {
                        return false;
                    }
                }
                return true;
            }
        }

isBlank()方法用于检查目标字符串是否是空白的：没有任何字符，或者只包含空格符。这里是Clojure的类似实现。

        src/examples/introduction.clj
        (defn blank? [str]
          (every? #(Character/isWhitespace %) str))

Clojure版本要短得多。但更重要的是，它更加简单：没有变量，没有可变状态，也没有分支结构。这可能要归功于高阶函数（higherorder functions）。高阶函数本身也是一个函数，它接受其他函数作为参数；也可以把函数作为返回值。every?函数接受一个函数f和一个容器（collection） c作为它的参数，对于容器c中的每个元素，如果函数f都返回真的话，every?函数也就返回真。

由于Clojure的这个版本没有分支结构，所以无论是阅读还是测试都更容易。在大一些的程序中，这种优势还将会进一步扩大。而且，简洁的代码也更具可读性。事实上，Clojure的这段程序读起来就像是一份关于何为空白的定义：如果一个字符串中的每个字符都是空格，那么这个字符串就是空白的。这要比一般的方法好太多了，在那些方法中，对空白的定义被隐藏在了由循环和分支语句组成的实现细节背后。

另外一个例子，考虑用Java定义一个微不足道的Person类。

        data/snippets/Person.java
        public class Person {
            private String firstName;
            private String lastName;
            public Person(String firstName, String lastName) {
                this.firstName = firstName;
                this.lastName = lastName;
            }
            public String getFirstName() {
                return firstName;
            }
            public void setFirstName(String firstName) {
                this.firstName = firstName;
            }
            public String getLastName() {
                return lastName;
            }
            public void setLastName(String lastName) {
                this.lastName = lastName;
            }
        }

在Clojure中，用一行代码就可以定义这个Person。

        (defrecord Person [first-name last-name])

然后像下面这样使用：

        (def foo (->Person "Aaron" "Bedra"))
        -> #’user/foo
        foo
        -> #:user.Person{:first-name "Aaron", :last-name "Bedra"}

在第6.3节“协议”中，包含了defrecord及其相关函数的介绍。

除代码短了一个数量级以外，Clojure 采用的方法还有一处不同：Clojure 版本的 Person 是不可变的。不可变数据结构生来就是线程安全的，Clojure 中可以通过使用引用、代理和原子来更新数据，这些内容将在第5章“状态”中详加讨论。正因为记录（record）是不可变的，Clojure也就自动提供了正确的hashCode()和equals()实现。

Clojure内建了大量优雅的特性，但倘若你发现还是遗漏了某样东西的话，你可以自己添上，这完全要归功于Lisp的强大。

1.1.2 Clojure是Lisp的再度崛起

Clojure是一种Lisp方言。数十年来，拥护者们指出了Lisp与其他语言相比的诸多优点。但同时，Lisp一统天下的计划看起来却遥遥无期。

如同其他所有的Lisp一样，Clojure也面临着两个挑战。

● Clojure必须成功地说服Lisp程序员，作为一种Lisp方言，Clojure包含了Lisp的关键部分。

● 同时，Clojure 还需要成功地赢得广泛的程序员社区支持，而这正是过去那些Lisp的失败之处。

为了应对这些挑战，Clojure提供了Lisp元编程能力，与此同时还包含了一整套增强的语法，使得Clojure对于非Lisp程序员而言显得更为友好。

1.1.3 为什么是Lisp

Lisp的语言核心非常小，几乎没有什么语法，但却提供了一个强大的宏设施。借助这些特性，你可以根据你的设计需要对Lisp随意地直接定制。这样就不必使用其他那些绕来绕去的方式了。考虑以下Java代码片段。

        public class Person {
          private String firstName;
          public String getFirstName() {
          // 以下省略…

在这段代码中，getFirstName()是一个方法（method）。方法具有多态性，可以根据你的需要加以调整。但对于Java而言，示例中其他单词的语义，其解释都是固定的。然而，有时你确实需要改变这些词语的含义。举例来说，你可能会像下面这么做。

● 重新定义private：对于产品代码保持私有，但允许来自序列化（serialization）和单元测试代码的访问。

● 重新定义class：自动为每个私有字段都生成getters和setters，除非另有指示。

● 创建class的一个子类，提供面向生命周期事件的回调钩子。例如，对于“可感知生命周期”的类而言，只要创建了这个类的一个实例，就会激发相应的事件。

我们一定见过需要上述特性的程序。由于缺乏这些特性，程序员们不得不去借助一些重复性的、容易出错的变通方法。结果是，人们在这上面白白浪费了数百万行的代码，而罪魁祸首就是编程语言中类似特性的缺失。

对大多数编程语言而言，你只能祈求语言的实现者们尽快增加上面提到的这类特性。但在Clojure中，你能凭借宏来自行添加属于你自己的语言特性（第7章“宏”）。事实上，Clojure本身就是用宏来进行扩建的，比如defrecord。

        (defrecord name [arg1 arg2 arg3])

如果你需要的语义与此不同，写一个你自己的宏就行。比如你想得到记录的一个变种，它具备强类型并具有可选的空字段校验能力，你可以创建自己的defrecord宏。这个新的defrecord用法如下。

        (defrecord name [Type :arg1 Type :arg2 Type :arg3]
          :allow-nulls false)

这种对语言进行再编程，从而改变语言自身的能力，是Lisp的独门优势。下面用不同的方式来描述这一思想。

● Lisp具有同像性（homoiconic）。也就是说，Lisp代码其实就是Lisp数据。这样就很容易让程序自己去编写其他的程序。

● 这就是语言的全部，且始终如此。保罗·格雷厄姆在其散文《书呆子的复仇》中，解释了为什么这会如此的强大。

Lisp语法也废除了运算符优先级和结合性的规则。翻遍本书的任何一个角落，你都不会看到用来说明运算符优先级或结合性的表格。凭借完全的括号表示法，就能避免产生任何这方面的歧义。

简单、整齐的Lisp语法也存在负面因素，至少对于初学者而言，成堆的括号，以及将列表作为核心数据类型都会成为一种障碍。为此，Clojure提供了有趣的功能组合，对于非Lisp程序员而言，这个Lisp显得要亲切得多。

1.1.4 它是Lisp，但括号少了

对于来自其他Lisp方言的程序员来说，Clojure的优势显而易见。

● Clojure泛化了Lisp的物理列表，将其抽象为序列（sequence）。这样既保留了列表的强大能力，同时还将这种能力扩展到了其他各种类型的数据结构。

● 依托于Java虚拟机，Clojure提供了一个范围广泛的标准库及部署平台。

● Clojure 提供的符号解析和语法引述（syntax quoting）方式，使得编写许多普通宏的时候更加容易了。

许多Clojure程序员可能会是Lisp的新手，他们也许听说过诸多关于Lisp括号的可怕传言。是的，Clojure保留了括号表示法（当然也保留了Lisp的强大！），但在以下方面对传统Lisp语法进行了改进。

● 在Clojure中，除列表之外，还提供了更为便利的正则表达式、映射表、集合，向量和元数据等多种数据结构的字面表示语法。这些特性使得Clojure代码相比其他多数Lisp语言而言，过度列表化（listy）的症状要轻很多。例如，Clojure函数的参数是在一个向量（[]）中指定的，而不是使用列表（()）。

        src/examples/introduction.clj
        (defn hello-world [username]
          (println (format "Hello, %s" username)))

向量令参数列表变得非常醒目，也使得Clojure的函数定义更易于阅读。

● 与大多数Lisp语言不同，在Clojure中，逗号就是空格。

        ; 这让向量看起来就像是其他语言中的数组一样。
        [1, 2, 3, 4]
        -> [1 2 3 4]

● 地道的Clojure不会内联不必要括号。考虑一下在Common Lisp和Clojure中都有的cond宏。cond对一组成对的“测试/结果”逐个求值，当遇到第一个求值结果为真的测试时，返回其对应的结果。Common Lisp 中，每一对“测试/结果”都得像下面这样，用括号进行分组。

        ; Common Lisp cond
        (cond ((= x 10) "equal")
          ((> x 10) "more"))

而在Clojure中则避免了额外的括号。

        ; Clojure cond
        (cond (= x 10) "equal"
          (> x 10) "more")

这是一种审美决定，且双方都各有其支持者。但重点在于，Clojure获得了在不减损Lisp威力的前提下，尽可能减少过度列表化的机会。

Clojure是一种卓越的Lisp方言，无论对于Lisp专家，还是Lisp新手，皆是如此。

1.1.5 Clojure是函数式语言

Clojure虽然是一种函数式语言，但不像Haskell那样纯粹。函数式编程语言具有下列属性。

● 函数是一等公民。换言之，函数能在运行期间被创建，被当做参数传递，被用作返回值，并且能像其他数据类型那样，被用于各种用途。

● 数据是不可变的。

● 函数是纯粹的，也就是说，它们不会造成任何副作用。

对许多任务而言，函数式程序更容易理解，不容易出错，且更利于重用。例如，下面这个小程序从乐曲数据库中，查询有哪些作曲家创作了《Requiem（安魂曲）》。

        (for [c compositions :when (= "Requiem" (:name c))] (:composer c))
        -> ("W. A. Mozart" "Giuseppe Verdi")

这里的 for，并不意味着引入了循环，而是进行了一次列表解析（list comprehension）。所以，这段代码应该这么读：“对于乐曲库中的每支乐曲 c，当 c 的名称是《Requiem》时，则获取c的作曲家信息”。本书第3.2.4小节“序列转换”中有关于列表解析的完整讨论。

这个例子的可取之处有以下4方面：

● 非常简单，没有任何循环结构、变量或是可变的状态；

● 线程安全，不需要锁机制即可得到保证；

● 可并行化，无需修改代码，你就可以将单独的步骤转移至多个线程；

● 非常通用，乐曲库可以是一个普通集合、XML或是一个数据库结果集。

这里，函数式程序与命令式程序形成鲜明对比，在命令式程序中，是用显式的语句来改变程序状态的。大多数面向对象程序都是采用命令式风格写就的，在前面列出的这几方面，它们劣势尽显（关于函数式和命令式风格的逐项对比，请阅读2.7节）。

如今人们已经知道了函数式语言的优势。然而，像Haskell那样的纯函数式语言却没能接管世界，这是因为开发者们发现，纯粹的函数式观点无法轻易地解决所有问题。

与过去的那些函数式语言相比，有4个原因使得Clojure能够吸引更多的注意。

● 对函数式编程的需要，比以往任何时候都显得更加迫切。规模庞大的多核硬件已指日可待，函数式语言提供了一种清晰的方式对其加以利用。本书第4章“函数式编程”详细讨论了这个话题。

● 当确实需要对状态进行修改时，纯粹的函数式编程语言就显得颇为尴尬了。Clojure则通过软事务内存（STM，software transactional memory）及引用、代理、原子和动态绑定，提供了结构良好的机制用于处理可变状态。

● 许多函数式语言都是基于静态类型的。而Clojure的动态类型系统，使得程序员学习函数式编程更加容易。

● Clojure的Java调用方式是非函数式的。当你调用Java程序时，你会进入那个熟悉的，可变的世界。这为函数式编程的初学者提供了一个舒适的港湾，此外当你需要时，这也是能够提供函数式风格替代品的务实之选。第9章“极尽Java之所能”详细讨论了关于Java调用方面的内容。

Clojure 中不必显式锁定，就允许并发地更改状态。这种方式是 Clojure 函数式核心的有力补充。

1.1.6 Clojure简化了并发编程

Clojure支持函数式编程，使得编写线程安全的代码非常容易。由于不可变数据结构在任何时候都不会被修改，因此避免了数据会被另外一个线程破坏的危险。

然而，仅仅是函数式编程，还不足以体现Clojure对并发程序支持之卓越。当你需要引用可变数据时，Clojure会通过软事务内存对其加以保护。在线程安全方面，相比Java提供的锁定机制，软事务内存是一种更高级的方法。你可以借助事务来保护共享状态，而不是去琢磨那些既脆弱，又易于出错的锁定策略。源于数据库方面的经验，很多程序员对何为事务早就了然于胸，所以这也是一种更富成效的做法。

例如，下面的代码创建了一个线程安全的内存数据库用于存放账号。

        (def accounts (ref #{}))
        (defrecord Account [id balance])

ref函数创建了一个引用，代表数据库的当前状态，这个引用会得到事务的保护。更新操作实在是微不足道。下列代码向数据库中添加一个新的账号。

        (dosync
          (alter accounts conj (->Account "CLJ" 1000.00)))

dosync 开启了一个事务，允许对accounts 进行更新。这样既确保了线程安全，同时也比锁机制更容易使用。得益于事务，你不必再操心应该锁定哪些对象，以及应该以什么顺序来锁定等等问题。在一些常见的使用场景中，因为读取操作不会被阻塞，所以事务机制能够非常高效地运转。

虽然这是个微不足道的例子，但其展现的技术是通用的，完全可用于解决现实世界中的问题。请参阅第5章“状态”，那里有更多关于Clojure中并发及软事务内存方面的讨论。

1.1.7 Clojure与Java虚拟机彼此亲密无间

从Clojure访问Java，清晰、简单、直接。你能直接调用任何JavaAPI。

        (System/getProperties)
        -> {java.runtime.name=Java(TM) SE Runtime Environment
        ... many more ...

Clojure为调用Java提供了很多语法糖。我们不需要在这里深入过多细节（参阅第2.5节“调用Java”），但请注意，下面的代码中，Clojure的那个版本无论是点号（.），还是括号（()），数量都比Java版本要少。

        // Java
        "hello".getClass().getProtectionDomain()
        ; Clojure
        (.. "hello" getClass getProtectionDomain)

Clojure提供了简单的函数用于实现Java接口，以及从Java基类派生。此外，Clojure的所有函数都实现了Callable和Runnable接口。这使得采用下面所示的匿名函数来构建Java线程竟然如此轻松。

        (.start (new Thread (fn [] (println "Hello" (Thread/currentThread)))))
        -> Hello #<Thread Thread[Thread-0,5,main]>

这里有个有趣之处，就是Clojure打印Java对象实例的方式。Thread是这个实例的类名，然后Thread[Thread-0,5,main]是这个实例的toString方法返回值。

注意，前例中的这个新线程会持续运行直至完成，但其输出可能会以某种奇怪的方式，同REPL的提示符产生交错现象。但这并非Clojure的问题，只不过是有多个线程同时向输出流进行写入数据的结果罢了。

由于在Clojure中调用Java程序的语法干净而且简单，作为Clojure的惯例，会更加倾向于直接对Java进行调用，而不是把Java隐藏到一层Lisp化的封装背后。

好了，现在你已经看到一些为什么要使用Clojure了，是时候开始编写一些代码了。