Kotlin实战01 — Kotlin是什么和为什么

Kotlin到底是什么呢？它是一个目标为Java平台上的新的编程语言。它是简洁、安全、实用和可以跟Java互操作。它能用到所有Java可以用到的地方: 服务端开发，Android应用开发，或者更多。Kotlin可以和所有存在的Java库和框架一起良好工作，有Java一样的效率。

1 体验Kotlin

用一个小例子来Kotlin来看是什么样子的。这个例子定义了一个Person类、创建人的集合，找到年龄最大的那个，然后打印结果。

定义"data"类Person，有两个属性name和age，age属性可空类型Int?，默认为null

data class Person(val name: String, val age: Int? = null)

顶层函数main里面，定义了人的列表，忽略了Alice的age属性，所以设置为默认属性为null值。然后用maxBy函数找到年龄最大的那个人。lambda表达式传递给函数，lambda接受一个默认名字为it的一个参数。如果age属性为null，埃尔维斯操作子(Elvis operator ?:)返回零。因为Alice的age没有指定，所以埃尔维斯操作子替换age为零。所以Bob赢得了这个奖：年龄最大的人。

fun main(args: Array<String>) {
    val persons = listOf(Person("Alice"), Person("Bob", age = 29))
    val oldest = persons.maxBy { it.age ?: 0 } 
    println("The oldest is: $oldest")
}
// The oldest is: Person(name=Bob, age=29)

2 Kotlin的主要特性

2.1 目标平台： 服务器端、Android、Java运行的任何地方

Kotlin 可以用在Java运行的任何地方，从智能卡到谷歌、推特、领英和其他的互联网级别的公司的数据中心。Kotlin最广泛的应用领域为：

• 构建服务端代码（典型的为，网络应用的后端）
• 构建运行在Android设备里面的移动应用

另外在其他环境中的应用

• 比如，在IOS设备中，通过因特尔的多系统引擎https://software.intel.com/en-us/multi-os-engine，可以运行Kotlin代码；
• 再比如，可以和TornadoFXhttps://github.com/edvin/tornadofx和JavaFX一起构建桌面应用

在Java外，Kotlin可以编译成JavaScript，但是现在JetBrains还在探索和原型中。在以后的版本中会支持更多的平台。

2.2 静态的类型

和Java一样，Kotlin也是静态编程语言。这意味着，每个类型的表达式在编译阶段就确定了。这个与动态编程语言相反，比如在JVM运行的Groovy和JRuby，可以定义变量和函数可以存储或者返回任何类型的数据，在运行的时候解析。

和Java不一样的是，Kotlin可以在上下文中自动决定一个变量的类型，这允许忽略声明时候的类型，这叫类型推导。如下，自动推导为Int类型。

val x = 1

以下是静态类型的优势

• 性能--- 方法调用更快，因为不要在运行时确定哪个方法需要调用。
• 可靠--- 编译器会验证每个程序的正确性，所以在运行的时候更少的崩溃。
• 可维护--- 处理不熟悉代码更容易，因为你可以看到你处理的代码的什么目标。
• 工具支持--- 可靠的重构，精确的代码补全和其他的IDE特性

由于类型推导，静态类型的繁琐消失了，因为不要显示的声明类型。Kotlin类型系统和Java里面的概念很相像，比如类，接口，泛型。但是Kotlin有些新东西。最重要的是可空类型(nullable type)，让你写更可靠的程序，可以在编译的时候发现NPE；还有就是Kotlin支持函数类型(function types)

2.3 函数式和面向对象式

Java开发者熟悉面向对象的编程，不熟悉函数式编程，它的关键概念如下：

• 一等函数--- 把函数(一些行为)当成值，可以存储子变量中，可以当成参数传递，在其他的函数返回。
• 不可变性--- 对象在创建后不能改变它的状态
• 无副作用--- 给定同个输入，纯函数返回相同的结果，不会改变另外的对象的状态，也外部世界交互。

函数式编程有什么好处呢？第一，简洁，相对于命令式，函数式代码更优雅和简明，因为把函数当成值给你抽象的力量。假设，你有两个相似的代码片段实现相似的任务。你可以抽取相同的逻辑到一个函数，把不同的部分作为函数的参数。这些参数本身就是函数，你可以用lambda表达式作为匿名函数。

fun findAlice() = findPerson { it.name == "Alice" }
fun findBob() = findPerson { it.name == "Bob" }

第二，多线程安全，多线程程序最多的错误，在于没有正确的同步下，改变了多线程下同一个数据。如果你用不可变的数据结构和纯函数，不安全的更改就不会发生。

最后，容易测试，没有副作用的函数可以独立的测试，不要太多的设置依赖的整个环境

一般地讲，函数式类型可以在包含Java的所有编程语言中使用。但是不是所有的语言提供句法和库支持来轻松使用。比如，Java8之前版本就不支持。Kotlin一开始就有丰富的功能集来支持函数式编程。这包括：

• 函数类型--- 让函数接受其他的函数作为参数或者返回其他的函数
• Lambda表达式--- 让你用最少的样板代码来传递一段代码
• 数据类型--- 提供简洁的语法来创建不变的值实例
• 标准库中丰富的API集，以函数式类型，处理实例和集合

2.4 免费和开源代码

Kotlin语言，包括编译器、库和相关的工具，是完全开源的和任何目的的免费使用，可以Apache2许可下取得。在Github上公开开发http://github.com/ jetbrains/ kotlin，欢迎社区贡献代码。有三种开源IDE开发Kotlin代码： IntelliJ社区版本, Android Studio, 和Eclipse。

3 kotlin应用

3.1服务器端的Kotlin

服务器端编程是相当宽的概念，它不止包括如下：

• 网络应用，返回HTML页面到浏览器
• 移动应用的后端，通过HTTP暴露JSON的API
• 微服务，通过RPC协议和其他的微服务通讯

Java能积累了一大堆框架和技术。Kotlin最大的优势是，能和Java存在的Java代码互操作。不管是写一个新部件还是移植已经存在的服务，Kotlin非常适合。扩展新的Java类，还是注释类的方法或者域，你不会遇见任何问题。优势是，系统的代码更加紧凑，更加可靠和更容易维护。

同时，Kotlin发展了一些开发这些系统的新技术。比如，它支持Builder模式，让你用简洁的语法构建一个实例图谱，同时保持抽象和代码重用。一个最简单用例是HTML生成库，它用简洁和类型安全的解决方案，代替了一个外部模板语言，下面就是个例子：

fun renderPersonList(persons: Collection<Person>) = 
    createHTML().table {//HTML标签
        for (person in persons) {//一般情形的回圈
            tr {//HTML标签
                td { +person.name } //HTML标签
                td { +person.age } 
            }
        }
    }
}

另外的例子是，你用Kotlin简洁和整洁的DSL的持久化框架。比如Exposed框架https://github.com/jetbrains/exposed，提供了容易读的DSL，完全用Kotlin代码和静态检查，来描述SQL数据库结构和增删查改。这是一个小例子：

object CountryTable : IdTable() { //描述一个数据库表
    val name = varchar("name", 250).uniqueIndex() 
    val iso = varchar("iso", 2).uniqueIndex() 
}
class Country(id: EntityID) : Entity(id) { //创建一个相应数据库entity的类
    var name: String by CountryTable.name 
    var iso: String by CountryTable.iso 
}
val russia = Country.find {//用纯粹的Kotlin代码查询这个数据库
    CountryTable.iso.eq("ru") 
}.first()

println(russia.name)

3.2 Android上的Kotlin

Kotlin语言特性，和在Android框架上的一个特别的插件编译器，把Android开发变成一个更加有效率和愉快的经历。一般的开发任务，比如为控件添加监听器，或者绑布局元素到域，可以用更加少的代码，或者根本不用代码（编译器为你生产）。Anko库https://github.com/kotlin/anko，也是由Kotlin团队构建，用来改善开发经历：在许多Android标准API上添加Kotlin友好的适配器。
以下是Anko的一个简单例子，把这段代码放在Activity中，一个简单的Android应用就好了：

verticalLayout {
    val name = editText() 一个简单的文本域
    button("Say Hello") { //当点击时，按钮显示文本域的值
        onClick { toast("Hello, ${name.text}!") }  //一个简洁的API，添加一个监听器和显示一个toast
    } 
}

另外一个使用Kotlin的优势是更好的应用可靠性。如果你熟悉Android应用开发，你一定不会陌生Unfortunately, Process Has Stopped dialog，这个就是应用抛出了一个未经处理的异常--通常是NullPointerException。Kotlin类型系统，更加精确的追踪null值，使得NPE更少发生。

同时，Kotlin完全兼容Java6，不会带来兼容问题。至于性能，使用Kotlin不会带来任何劣势。Kotlin编译器生成的代码和一般的Java代码一样有效率。Kotlin的运行时的代码相当小，所以你不会见到一个编译的应用包大小的增大。kotlin标准库函数将会内联lambda，内联的lambda是的没有新的实例创建，应用也不会遭受到额外的GC停滞。

4 Kotlin的哲学

当我们讲到Kotlin，我们愿意说是实用、简洁和安全的语言，同时强调互操作性。

4.1 实用

实用意味着Kotlin是一个设计成解决现实世界问题的实用语言。这个设计是以多年来构建大规模系统的工业经验为基础的；它的功能是为解决众多软件开发者遇见的问题而挑选的。再者，Jetbrains团队和社区多年使用Kotlin早期的各种版本，他们的反馈塑造了这个语言的早期版本。

Kotlin不是一个研究语言，我们不会尝试编程语言设计的艺术和探索计算机科学的创新思想。相反，只有有可能，我们依赖一些已经在其他语言证明比较成功的功能和解决方案，这减少了语言的复杂性，也使得依赖熟悉的概念来更容易的学习。

此外，Kotlin不会强制用任何特别的编程风格和范式。一开始学习这个语言，你可以用熟悉的Java的风格和技巧。然后你逐渐会发现Kotlin更加强大的特性，然后学习在代码中应用他们，使得代码更加简洁和符合语言习惯。

Kotlin的实用性的另外一个方面是，关注工具。开发者效率来说，一个智能的开发环境与一个好的语言同等重要。所以，不会把IDE支持作为事后的想法。Kotlin来说，IntelliJ IDEA插件和编译器的开发步调一致。

4.2 简洁

众所周知，读代码比写代码花的时间更多。所以代码越简单和简洁，你理解的越快。如果语言的语法清晰的表达了代码的意图，而且指定这个意图这么完成的样板代码不会掩盖它，这就说，语言是简洁的。

Kotlin中，相当多的标准Java样板代码，比如getter、setter和构造子的参数赋值到域，在Kotlin是隐藏的，不会使你的源代码凌乱。另外一个合理的代码是，不需要写显式的代码来执行一些通用的任务，比如，在一个集合中定位一个元素。Kotlin有丰富的标准库函数来替代冗长重复的库函数调用代码。Kotlin支持lambda表达式，这使得传递一小段代码给库函数更加容易。

同时，Kotlin不会把源代码压缩成最少字符。比如，尽管Kotlin支持操作子重载，但是用户不能定义自己的操作子。所以，库的开发者不能用含义模糊的标点符号替代方法名。

4.3 安全

一般，说一个编程语言是安全的，意味着设计阻止了一些类型的错误。当然，这没有绝对性。阻止错误总是要代价的。所以，在你获得的安全性等级和效率损失之间，总有权衡。

在Kotlin中，我们尝试一个比Java高的安全等级，但是用非常小的整理代价。kotlin不用指明所有的类型声明，但是编译器可以自动推导出它的类型。此外，在编译阶段检查来阻止更多的错误，而不是在运行阶段失败。Kotlin类型系统追踪值能或者不能为空，从而禁止导致运行时的NPE。一个额外的代码是很小的，只要在可空的类型最后标记一个问号

val s: String? = null //May be null
val s2: String = ""//May not be null

此外，Kotlin提供一些处理可空数据的便利方法。Kotlin避免的另外一种异常是ClassCastException。Java的开发者一般不会检查类型，因为类型名字必须在检查和接下来的强转中。在Kotlin中，检查和强转合并到一个操作：

if (value is String)  //Checks the type
    println(value.toUpperCase()) //Uses the method of the type

4.4 互操作性

“我能用已经存在的库吗？”，Kotlin说，“当然可以”。不管库需要你用什么样的API，你可以在Kotlin中使用。你可以调用Java的方法，扩展Java的类，和实现接口，应用Java注解到Kotlin类中，等等。

不像其他的JVM语言，Kotlin在互操作性进了一步，在Java中可以调用Kotlin代码。也没什么技巧：Kotlin类和方法就像正常的Java类和方法一样可以调动。这使得在你项目中灵活使用混合的Kotlin和Java。

Kotlin关注的互操作性的另外一个领域是，最大程度的使用已经存在的Java库。比如，Kotlin没有自己的集合库，它完全依赖Java标准库的类，而且为了便利，用额外的函数来扩展。当你Kotlin中调用Java API，你不需要包装或者变换实例，反之亦然。

Kotlin工具也提供了跨语言项目的完整支持。可以编译任意Java和Kotlin源文件。IDE功能不同语言也适用：

• Java和Kotlin源文件的自由导航
• 混合语言项目的调试，不同语言的代码一步步跟踪
• Java方法的重构，Kotlin代码的正确更新，或者相反

5 使用kotlin工具

讨论下，编译过程是怎么工作的，为你提供了什么工具。关于怎么设置环境，请参考Kotlin网页的“教程” https://kotlinlang.org/docs/tutorials

5.1 编译Kotlin代码
Kotlin源码一般存储在扩展名为.kt的文件中。编译器分析源码，生成。class文件，就像Java编译器一样。生成的.class然后用你应用类型的标准过程打包执行。最简单的情形，在命令行中用kotlinc命令编译代码，用Java命令执行代码。

kotlinc <source file or directory> -include-runtime -d <jar name> 
java -jar <jar name>

简单描述Kotlin的构建过程如下：

Kotlin build process

Kotlin编译器编译的代码依赖Kotlin运行时库。这个库包含了定义kotlin自己的标准库类和扩展，这些类和扩展是加入到标准Java API中。运行时库需要和你的应用一起发布。
在实际事例中，你会使用构建系统，比如，Maven，Gradle或者Ant来编译代码。Kotlin兼容这些构建系统。所有的构建系统都支持混合语言项目，在同一个代码库中同同时编译Kotlin和Java。此外，Maven和Gradle把Kotlin运行时库作为应用的一个依赖。

5.2 IntelliJ IDEA 和 Android Studio的插件

IntelliJ IDEA的kotlin插件和语言一起开发的。这个IDE提供了开发Kotlin的网站工具集。Kotlin插件包含在IntelliJ IDEA 15或者更新的版本，不需要额外的设置。你可以用IntelliJ IDEA社区版本或者IntelliJ IDEA Ultimate。如果你使用Android Studio，你可以从插件管理器中安装插件。

5.3 交互式shell

如果你想尝试一小段Kotlin代码，你可以用交互式shell（或者叫REPL），在REPL，你可以逐行敲Kotlin代码，可以立即看见执行结果。你可以运行不带参数的kotlinc命令，或者用IntelliJ IDEA插件的响应目录上的选项。

5.4 Eclipse插件

Eclipse的kotlin插件提供了IDE基本功能，比如导航和代码补全。这个插件可以在Eclipse市场上获得。用目录上的帮助>Eclipse市场，搜索Kotlin。

5.5 在线playground

最简单的使用Kotlin方法不需要安装和配置。在http://try.kotl.in，你可以找到在线playground，你可以编写、编译和运行小段Kotlin程序。playground有代码例子来演示Kotlin功能，也包括本书的例子和一系列交互学习的练习。

5.6 Java-to-Kotlin转换器

快速学习一门新语言是不会不费力气的。幸运的是，我们构建了一个友好的小小的快捷方式，让你依赖已有的Java知识来加快学习。这个工具就是Java-to-Kotlin自动转换器。

当你学习Kotlin，转换器可以帮助你表达一些事情，即使你不知道确切的语法。你可以用Java写响应的片段，然后拷贝到Kotlin文件中，这个转换器可以自动的转换到Kotlin。虽然结果不是最符合语言习惯的，但是代码能工作。