20、Scala 网页应用开发与最佳实践

Scala 网页应用开发与最佳实践

1. 使用 Activator 分发版创建 Scala 网页应用

1.1 Typesafe Activator 简介

Typesafe Activator 是一个网页和命令行工具，可辅助开发者在 Typesafe 平台上进行开发。从 Play 2.3 开始，Play 以 Activator 分发版的形式发布，其中包含了 Play 框架的所有依赖项。在这个分发版中，经典分发版中的 play 命令现在变成了 activator 命令。Activator 附带了丰富的项目模板库，你可以扩展这些模板或添加新模板，并且它还提供了一个强大的网页用户界面来创建网页应用。

需要注意的是，经典分发版的 play 命令功能仍然可以通过 activator 命令使用。因为 activator 命令和 play 命令都是 SBT 的包装器，所以如果你愿意，也可以直接使用 SBT 命令。

1.2 开始使用 Activator 分发版

要开始使用 Activator 分发版，请按照以下步骤操作：
1. 访问 Typesafe 页面的 URL： http://www.typesafe.com/platform/getstarted 。
2. 下载 Typesafe Activator。如果你愿意，也可以从 Activator 网站下载一个最小版本（1MB）的 Activator。最小版本的 Activator 仅在需要时下载依赖项。
3. 将下载的 ZIP 存档文件解压到你系统中选择的目录。
4. 在解压后的存档文件中找到 activator 脚本。
5. 如果你使用的是 Windows 系统，右键单击该脚本并选择“打开”；或者直接进入 Typesafe Activator 安装目录，输入以下命令：

> ./activator ui

这将在浏览器窗口中启动 Activator。

1.3 创建 Scala 项目

基本的 Scala 入门项目可以在 hello-scala 模板中找到。创建项目的步骤如下：
1. 选择 hello-scala 模板。
2. 注意默认位置，该位置指示项目将被创建的地方。
3. 点击“创建”，这将带你进入相应的界面。

1.4 运行项目

在命令提示符中输入以下命令来运行项目：

> ./activator run

在浏览器中打开 http://localhost:9000/ URL。应用程序可能需要几秒钟才能打开。

1.5 控制器、动作和结果

1.5.1 控制器代码示例

当你创建 helloworld 项目时，你可以在 helloworld-scala\app\controllers 中看到控制器。以下是控制器代码示例：

package controllers
import play.api._
import play.api.mvc._

object Application extends Controller {
  def index = Action {
    Ok(views.html.index("Your new application is ready."))
  }
}

在这个示例中， controllers.Application.index 返回一个 Action 。控制器是生成动作的对象，通常是单例对象。动作处理 Play 应用程序接收到的请求，并生成一个 Result ，然后将其发送给客户端。

1.5.2 动作示例

动作是一个返回 play.api.mvc.Result 值的函数，例如：

def index = Action {
  Ok("Hello world!")
}

动作必须始终返回一个结果，结果值体现了 HTTP 响应。在上述示例中， Ok 构造了一个 200 OK 响应并发送给客户端。

1.5.3 常见结果类型

动作可以返回多种类型的结果，以下是一些常见的结果类型及其描述：
| 结果类型 | 描述 |
| ---- | ---- |
| BadRequest | 生成一个 ‘400 BAD_REQUEST’ 结果 |
| InternalServerError | 生成一个 ‘500 INTERNAL_SERVER_ERROR’ 结果 |
| NotFound | 生成一个 ‘404 NOT_FOUND’ 结果 |
| Ok | 生成一个 ‘200 OK’ 结果 |
| Redirect | 生成一个重定向简单结果 |
| Status | 生成一个简单结果 |

1.5.4 结果使用示例

以下是一些使用这些结果的示例代码：

// 使用 BadRequest
val badReq = BadRequest(views.html.form(formWithErrors))
// 使用 InternalServerError
val error = InternalServerError("some error")
// 使用 NotFound
val notFound = NotFound
// 使用 OK
val ok = Ok("Hello world!")
// 使用 Status
val status = Status(488)("response")
// 使用 Redirect
def redirect = Action {
  Redirect("/adminPage")
}

1.6 总结

通过以上步骤，你可以使用 Typesafe Activator 创建一个 Scala 网页应用，并了解控制器、动作和结果的基本概念和使用方法。要全面掌握 Play 2 框架的所有功能，还需要更多的实践和学习。

2. Scala 最佳实践

2.1 识别函数式风格

Scala 支持函数式和命令式两种编程风格。如果你来自命令式编程背景（如 Java 程序员），Scala 也允许你使用命令式风格编程，但它鼓励采用函数式方法。函数式编程风格可以让你编写更简洁、更不易出错的代码。

区分函数式和命令式风格的一个快速方法是： var 表示命令式风格，而使用 val 更接近函数式方法。因此，从命令式风格过渡到函数式风格意味着你的程序应该避免使用 var 。

以下是一个简单的示例，展示了如何从命令式风格转换为函数式风格：

// 命令式风格
def print(strArray: Array[String]): Unit = {
  var i = 0
  while (i < strArray.length) {
    println(strArray(i))
    i += 1
  }
}

// 函数式风格
def print(strArray: Array[String]): Unit = {
  strArray.foreach(println)
}

可以看到，函数式风格的代码更清晰、更简洁，并且更不易出错。

2.2 编写纯函数

上述函数式风格的 print 方法虽然比命令式风格更好，但它并不是纯函数，因为它会产生副作用（将输出打印到输出流）。纯函数应该是一个更明确的方法，它操作传递的参数以进行打印，但不进行打印操作，而是返回格式化后的字符串以供打印。

以下是一个纯函数的示例：

def formatArgs(strArray: Array[String]) = strArray.mkString(":")

需要注意的是，如果一个函数的结果类型是 Unit ，则该函数有副作用。

2.3 利用类型推断

Scala 是一种静态类型语言，值和变量都有类型。同时，Scala 也是一种类型推断语言，这意味着你不需要编写样板代码，因为这些样板代码会由 Scala 推断出来。这种类型推断是动态类型语言的一个特性，Scala 结合了两者的优点。

以下是一个示例，展示了类型推断的工作方式：

val books = Array(
  Map("title" -> "Beginning Scala", "publisher" -> "Apress"),
  Map("title" -> "Beginning Java", "publisher" -> "Apress")
)

在这个示例中，只指定了数组和映射，而没有指定它们的类型。Scala 编译器会推断出数组和映射的类型。通过让类型推断器确定类型，可以减少很多繁琐的代码，使代码更简洁、更专注于业务逻辑。

2.4 以表达式为导向思考

在 Scala 中，表达式会计算出一个值，因此不需要 return 语句。而在 Java 中， return 语句很常见。

以下是一个 Java 风格的代码示例：

def phoneBanking(key: Int) : String = {
  var result : String = _
  errorCode match {
    case 1 =>
      result = "Banking service"
    case 2 =>
      result = "Credit cards"
    case _ =>
      result = "Speak to the customer executive"
  }
  return result;
}

为了改进这段代码，可以采用表达式导向的方法：
1. 首先，将 result 变量改为 val 。
2. 不通过 case 语句进行赋值，而是使用 case 语句的最后一个表达式来赋值结果。

以下是重构后的代码：

// 表达式导向风格
def phoneBanking (key: Int) : String = {
  val result = key match {
    case 1 => "Banking service"
    case 2 => "Credit cards"
    case 3 => "Speak to the customer executive"
  }
  return result
}

// 纯表达式导向风格
def phoneBanking (key: Int) : String = key match {
  case 1 => "Banking service"
  case 2 => "Credit cards"
  case 3 => "Speak to the customer executive"
}

可以看到，纯表达式导向的代码更加简洁。

2.5 关注不可变性

在 Java 中，可变性是默认的。变量除非被标记为 final ，否则都是可变的。JavaBeans 有 getter 和 setter 方法。而在 Scala 代码中，应该尝试改变这种范式。

2.5.1 使用不可变集合

默认情况下，应使用不可变集合类。如果你选择使用可变集合类，应在代码中注释说明选择可变性的原因。例如，在构建 List 的方法中，使用 ListBuffer 更高效，但不要返回 ListBuffer ，而是返回 List 。

2.5.2 使用 val 而非 var

默认情况下使用 val ，只有在有充分理由并通过注释说明的情况下才使用 var 。在方法中，除非会有显著的性能损失，否则应使用 val 。使用 val 通常会引导你进行递归思考。

以下是一个可变实现和不可变实现的示例：

// 可变实现
def read1(in: java.io.BufferedReader): List[String] = {
  var ret: List[String] = Nil
  var line = in.readLine
  while (line != null) {
    ret ::= line
    line = in.readLine
  }
  ret.reverse
}

// 不可变实现
def read2(in: java.io.BufferedReader): List[String] = {
  def doRead(acc: List[String]): List[String] = in.readLine match {
    case null => acc
    case s => doRead(s :: acc)
  }
  doRead(Nil).reverse
}

可以看到，不可变实现避免了使用 var ，并且通过尾递归优化，减少了栈帧的创建。

2.6 保持方法简短

保持方法简短，尽量将方法写成一行或一个语句。这样可以使每个方法的逻辑更加明显，便于自己和他人理解代码。

以下是一个更简短的实现示例：

private def readLines(in: java.io.BufferedReader,
                      acc: List[String]): List[String] =
  in.readLine match {
    case null => acc
    case s => readLines(in, s :: acc)
  }

def read3(in: java.io.BufferedReader): List[String] =
  readLines(in, Nil).reverse

在编写 Scala 代码时，尽量避免在方法体周围使用花括号。如果无法这样编写代码，你需要向自己解释为什么方法应该超过一个语句。保持方法简短可以让你将单个逻辑封装在一个方法中，并使方法之间相互构建，同时也便于理解方法中的逻辑。

综上所述，通过遵循这些 Scala 最佳实践，可以编写更高效、更易于维护的代码。

2.7 最佳实践总结与流程梳理

为了更清晰地理解和应用上述 Scala 最佳实践，我们可以将这些实践总结成一个流程图，如下所示：

graph LR
    classDef startend fill:#F5EBFF,stroke:#BE8FED,stroke-width:2px
    classDef process fill:#E5F6FF,stroke:#73A6FF,stroke-width:2px
    classDef decision fill:#FFF6CC,stroke:#FFBC52,stroke-width:2px

    A([开始编写 Scala 代码]):::startend --> B{选择编程风格}:::decision
    B -->|函数式| C(使用 val 而非 var):::process
    B -->|命令式| D(可使用 var，但需谨慎):::process
    C --> E(编写纯函数，避免副作用):::process
    E --> F(利用类型推断，减少样板代码):::process
    F --> G(以表达式为导向思考，避免 return 语句):::process
    G --> H(优先使用不可变集合和 val):::process
    H --> I(保持方法简短，逻辑清晰):::process
    D --> J(考虑转换为函数式风格):::process
    J --> C
    I --> K([完成代码编写]):::startend

这个流程图展示了在编写 Scala 代码时应遵循的最佳实践顺序。首先要选择编程风格，优先考虑函数式风格。如果选择函数式风格，就按照使用 val 、编写纯函数、利用类型推断、以表达式为导向、关注不可变性和保持方法简短的顺序进行。如果选择命令式风格，也应考虑逐步转换为函数式风格。

2.8 实践案例分析

为了更好地理解这些最佳实践的应用，我们来看一个实际的案例。假设我们要编写一个方法来处理用户输入的一系列数字，并计算它们的总和。

2.8.1 命令式风格实现

def sumNumbersImperative(numbers: List[Int]): Int = {
  var sum = 0
  for (number <- numbers) {
    sum += number
  }
  return sum
}

在这个命令式风格的实现中，我们使用了 var 来存储总和，并且通过 for 循环来遍历列表。这种实现方式虽然直观，但不符合函数式编程的最佳实践。

2.8.2 函数式风格实现

def sumNumbersFunctional(numbers: List[Int]): Int = {
  numbers.foldLeft(0)(_ + _)
}

在函数式风格的实现中，我们使用了 foldLeft 方法来计算总和。 foldLeft 是一个高阶函数，它接受一个初始值和一个二元函数，并对列表中的每个元素应用该函数。这种实现方式避免了使用 var ，并且代码更加简洁。

2.9 性能考虑

在遵循最佳实践的同时，我们也需要考虑性能问题。虽然函数式编程风格通常能带来更简洁和更易于维护的代码，但在某些情况下，可能会有性能损失。

2.9.1 不可变集合的性能

不可变集合在每次修改时都会创建一个新的集合，这可能会导致额外的内存开销。因此，在处理大量数据时，需要谨慎使用不可变集合。例如，在构建一个大的列表时，使用 ListBuffer 可能会更高效，但最终应返回一个不可变的 List 。

2.9.2 递归的性能

递归虽然是函数式编程的一个重要特性，但如果不进行尾递归优化，可能会导致栈溢出错误。因此，在使用递归时，应尽量使用尾递归，让 Scala 编译器进行优化。

2.10 总结与建议

通过本文的介绍，我们了解了如何使用 Typesafe Activator 创建 Scala 网页应用，以及 Scala 编程的一些最佳实践。以下是一些总结和建议：
1. 网页应用开发 ：使用 Typesafe Activator 可以方便地创建和管理 Scala 网页应用。按照步骤操作，你可以快速搭建一个 Hello World 应用，并了解控制器、动作和结果的基本概念。
2. 最佳实践 ：遵循函数式编程风格，使用 val 而非 var ，编写纯函数，利用类型推断，以表达式为导向思考，优先使用不可变集合和 val ，并保持方法简短。这些实践可以让你的代码更简洁、更易于维护和更不易出错。
3. 性能考虑 ：在遵循最佳实践的同时，也要考虑性能问题。了解不可变集合和递归的性能特点，根据实际情况进行选择。

希望这些内容能帮助你更好地使用 Scala 进行网页应用开发和编写高质量的代码。不断实践和探索，你将逐渐掌握 Scala 的精髓，编写出更加优秀的程序。