探索函数式编程范式的力量

与指令式和面向对象的编程以状态改变和副作用为中心不同，函数式编程范式通过组合独立的纯数学函数及不可变数据提供了一种根本不同的构建软件的方法。在Lambda演算的概念根源和强调装饰性而非变异性的基础上，函数式编程在近年来的主流接受中得到了稳步增长，这是由多核计算系统和高性能声明性体系结构所激发的大规模并发的需要所推动的。

本文深入探讨了函数思维之兴起背后的基本动机，分析了领先的全球企业如Facebook、Netflix和Airbnb将函数语言纳入关键流程的核心原则和吸引力，如通过不可变性开放的内在并发性，支持数学抽象，如高阶函数和柯里化，递归和迭代循环，匹配模式，实际采用权衡，如再培训成本和控制流转换，以及为什么函数式编程仍为更广泛的渗透做好了准备，因为复杂性使现有的范式失去了弹性。

• 函数式编程： 该编程范式的核心是将计算建模为严格评估纯数学函数而不是可变状态或可观测的副作用。与指令式和面向对象的编程不同，它们主要受到时间序列状态变化的引导，函数式编程将解决方案构造为确定性数据流管道，将不可变输入通过无状态函数处理成新的输出。
• 在评估过程中不会修改任何可变状态，所有更改仅限于本地调用框架内的堆栈分配内存，而不是外部对象。这种隔离的确定性通过消除与副作用相关联的级联外部状态依赖项，大大简化了调试、优化和并行化。此外，像集合、列表、元组、映射和递归等内置的数学语言原语提供了丰富的可组合抽象，非常适合当今的数据转换需求。
• 与语言不同的第一类函数： 函数不仅仅作用于数据，而是将函数本身视为第一类值，从而实现了更高级的功能。函数可以作为参数传递给其他函数，从函数调用中返回结果，分配给变量或存储在列表和字典等数据结构中。这促进了点无、可重用的模块化体系结构，在该体系结构中，通过将小的无状态纯函数紧密地绑定在一起形成声明性管道来构建程序，每个函数遮盖底层复杂性。
• 递归优于迭代循环的函数式语言： 明确支持递归函数，而不是传统的迭代循环结构。递归允许通过数学抽象优雅地表达某些算法，例如树遍历。尾调用优化功能确保递归不会积累不断增长的堆栈开销。此外，来自无状态递归的确定性比具有副作用的循环更容易测试和调试。

领先企业采用函数式编程简化了通过消除外部状态依赖项来实现并发性？

函数式编程本质上支持使用多核基础架构轻松并行处理，而不需要处理线程之间共享的可变状态或显式锁定和同步的复杂性。由于不可变性设计上将逻辑自然地并行化到多个内核中，甚至不需要程序员了解底层线程语义，因此这一点在高度并行化的域中大大减少了协调复杂性。

• 提高可靠性： 没有可观测的副作用的数学基础可确保代码的完全确定性执行，消除了整个类别的隐匿状态相关错误。与共享的可变状态隔离可以通过消除对外部因素的依赖来进行全面的测试。这些可靠性优点在风险敏感领域（如金融、航空航天和医疗保健）得到利用，其中缺陷率直接与成本相关。
• 提高可重用性： 函数内部的状态封装通过消除组件之间的耦合，支持重用，允许在不同的用例之间进行链接。高阶能力进一步通过支持组合管道的无状态组合器，从而增加了收益。MapReduce的范例在大规模应用此功能。类似地，微服务架构也利用不可变的状态之间的无状态性进行松散耦合。
• 可访问的数学抽象： 面向数据转换的定向模式，例如映射、折叠、过滤和压缩，提供了声明性的对集合的操作，相比状态性迭代循环进行了改进。通过递归调用表示算法，相对于受副作用刽子手的迭代循环，递归保持认知上更加容易。这些使得抽象更靠近问题空间，减少了与状态管理相关的偶然复杂性。
• 选择特定的函数式语言： 尽管来自函数式编程的思想不断渗透到主流语言中，但专用语言通过在其核心构建函数式能力来使自己脱颖而出。著名的例子包括：
  • Haskell：基于不可变性的静态编程语言，支持纯函数，启用惰性求值和高级类型系统以支持简洁、高性能的抽象，广泛应用于研究、数量金融、加密和分析。

Scala（Java虚拟机（JVM）上对象和函数式风格的结合）

独特地支持可更新的「vars」和不可变的「vals」，支持基于实用主义和函数式纯度的混合编程模型。在数据工程和分布式系统中得到广泛的应用。

F#

强类型的多范式.NET语言，应用函数式实践，同时支持.NET运行环境。与C#的互操作性使得采用函数式思想的编程人员能够应用其功能，使其容易接受。在科学、分析、机器学习和量子计算编程领域得到了广泛应用。

Elm

纯函数式语言从头开始设计，用于前端Web开发，专注于使用不可变性处理响应浏览器的用户界面。与JavaScript的互操作性使得其容易被接受。Elm在实践中证明了函数式的适用性，超越了数据处理后端的规模。

关键概念和技术

不可变性基础： 在函数式编程中，不可变性是基础，即在过程中不会改变给定参数和变量的值。由于没有空间副作用，从而可以实现高度并行化，不会有互相干扰的问题，而且还会有更好的稳定性。