编程语言从架构师视角看是否该用Kotlin做服务端开发

前言

自从Oracle收购Sun之后，对java收费或加强控制的尝试从未间断，谷歌与Oracle围绕Java API的官司也跌宕起伏。虽然Oracle只是针对Oracle JDK8的升级收费，并释放了OpenJDK一直开源这份善意，但是如果没有各个大非Oracle的JVM、JDK和众多其它基于JVM的语言，Oracle这份善意能维持到什么时候可不好说。

大厂要从JVM和JDK的层面早做打算，而广大中小企业，就只能先从Java语言的层面，先找到Oracle以外的备胎。自从被谷歌钦定为Android开发首选语言之后，采用Apache2.0 License的Kotlin逐渐进入大众的视野。从领域语言到通用语言，基于JVM的语言选择众多，Kotlin能脱颖而出被谷歌相中，除了License的友好外，自然有其独到之处（个人觉得基于Python语法的Jython在当时也算是一个强强联合的选择，当然现在来看Kotlin的优势明显）。我们先从摘自网上的一个段子来感受下Kotlin的特点：

•  Scala：想解决Java表达能力不足的问题
•  Groovy：想解决Java语法过于冗长的问题
•  Clojure：想解决Java没有函数式编程的问题
•  Kotlin：想解决Java

当然，团队开发比个人开发要考虑的问题更多，本文从研发团队的视角，来审视在服务端开发项目中是否应该使用Kotlin。而关于Kotlin语言细节，详情请大家参移动Kotlin官方文档或搜索引擎去了解更多，本文就不详细展开。

选择Kotlin的理由

1. 与Java近乎完美的兼容

作为团队技术预研，我已小试牛刀使用Kotlin做了一小一中真实上线项目，包括CI\\CD、Spring全家桶、MyBatis、RDMS、NoSQL、消息队列、微服务、RESTful接口、鉴权、计费等全面实践，除项目代码之外的也用Kotlin实现了爬虫、运维、测试工具等。这其中除了BenchMark性能测试因OpenJDK:jmh直接操作字节码而需要编译比java略复杂外，所有事件都能做到人(Java)无我(Kotlin)有，人(Java)有我(Kotlin)强，只身十天左右就能高质量从零完成一套AI SaaS服务的开发、测试。

我自身的实践可以说明，Kotlin使用Java的开源组件、类库、工具栈上与Java代码本身几乎(仅发现jmh有些许差别外)没有差别，这是其它基于JVM的语言无法比拟有优势。

2. 更易写出可靠的代码

2.1 强制非空校验

1. // 所有变量默认不能为空  
2. var a: String = "abc"  
3. a = null //编译错误  
4. // 如果想要允许变量为空，变量声明中的类型以"?"结尾  
5. var b: String? = null  
6. // 非空类型的变量，可以直接调用对象方法  
7. println(a.length)  
8.  // 可空类型的变量，可以用"?."替换"."来进行完全调用  
9. println(b?.length) //如果b为null，则b?.length返回null，而不会抛出NPE  
10. // "?."链式调用更显安全调用的威力  
11. bob?.department?.head?.name //只要有一环为null，则整个表达式返回null  
12. // 空类型不能直接赋值给非空类型  
13. a = b //编译错误  
14. // 可以使用非空断言"!!"来强制将b转换为其对应的非空类型  
15. a = b!! //如果b为null，则抛出NPE，否则赋值成功  
16. // 更安全的做法是使用"?:"赋值  
17. a = b?:"Default"  
18. // "?:"还可以接”throw“、"return"、"break"语句来提前结束函数或语句块 
19. a = b?: throw MyException("自定义异常") 

可以看到，Kotlin通过强制非空校验机制，规避了Java最易犯的NPE问题，并且在不额外增加判空代码的情况下，很容易写出空安全的代码，当然也通过非空断言保留了抛出NPE的途径，具体请参考Kotlin官方文档-空安全

2.2 只读变量

1. // 通过val可以方便声明只读变量，防止变量的误修改，类似于java的final  
2. val a = "Hello"  
3. //...  
4. a = "world" //编译错误  
5. // var用于声明可读写变量  
6. var b = 1 //如果下方没有代码对b进行修改，则编译告警 

声明只读变量的语法更简洁，配合var未修改编译告警，强制开发人员明白无误地声明变量

3. 简洁高效，代码量可减少逾50%

3.1 默认参数与数据类

1. // 默认参数，大多数情况可以代替函数重载  
2. fun a(name: String, age: Int = 0) {  
3.   //...  
4. }  
5. // data关键字会自动为类型增加hashCode(),equals(),copy(),toString()方法  
6. // val关键字会自动生成只读成员变量及get方法  
7. // var关键字会自动生成成员变量及get和set方法  
8. data class Person(val id: Int, var name: String, var age: Int = 0)  
9. //以上就是Person实体的完整声明，它等价于十行以上的java代码 

默认参数、数据类、主构造函数的组合使用，让我们节省了90%以上的实体声明代码，且表达能力更清晰，可维护性更强

3.2 类型推断

1. when(val u = request.session.getAttribute("user")){  
2.   is String -> println(u.toUpperCase())  
3.   is Map<*, *> -> println(u["name"])  
4.   !is List<*> -> println(u)  
5. } 

在类型判断代码之后，变量会自动转换为需要的类型，省去变量声明和类型转换代码。

除此之外Kotlin拥有着丰富的集合操作，以及类扩展、更简洁的lambda、字符串模板、操作符重载、解构等等几乎包含了现在语言的所有优良特征，让业务代码节省50%以上，且表义能力更强。

4. Spring的加成

Spring-Boot已经将kotlin提升为仅次于Java的推荐语言，足以见得Spring对Kotlin重视

4.1 构造函数注入

Spring构造函数注入配置kotlin的主构造函数语法，Spring+Kotlin天生就很搭

1. @Service 
2.  class SMSService(  
3.   @Value("\\${sms.appId}") private val appId: String,  
4.   @Value("\\${sms.appSecret}") private val appSecurity: String,  
5.   private val webClient: WebClient  
6. ) {  
7.   //...  
8. } 

4.2 针对Kotlin的扩展

Spring中还有部分专门针对Kotlin的扩展如： SpringApplicationExtension:

1. @SpringBootApplication  
2. class SpringBootApplicationStarter  
3. fun main(args: Array<String>) {  
4.   //拉起Spring-Boot应用  
5.   runApplication<SpringBootApplicationStarter>(*args)  
6. } 

4.3 针对Kotlin的示例代码

Spring文档专门为Kotlin编写了示例代码，这可是Spring支持的老牌语言Groovy多年都没享受到的待遇：

Kotlin天生对Spring的友好，以及Spring对Kotlin的重视和加成，可以预见Kotlin未来在服务器开发领域的地位会越来越高。

选择Kotlin需要考虑的问题

1. IDE&工具链

Kotlin首选开发工具非同属jetbrain公司的IDEA莫属

Eclipse+Kotlin Plugin也是不错的选择

二者Kotlin的开发体验都不输于Java的开发体验

不过Eclipse的Kotlin插件存在两个问题：

1) Debug不能自动识别Kotlin的main方法，需要手工填入Class名；

2) Debug不支持Kotlin编译的allopen选项，所有Bean和Configuration类型须显示声明为open

1. @SpringBootApplication  
2. open class SpringBootApplicationStarter  
3. @Configuration  
4. open class BeanConfig  
5. @Service  
6. open class TestService  
7. @RestController  
8. open class TestController 

在IDE之外，Kotlin能完美地运行于Maven和Gradle之上，CI/CD工具Jenkins自然不在话下，JUnit、Swagger等Java原有工具链运行起来都没有差别，在字节码和jar包之外的各种工具能否运行，理论上并不取决于项目代码是Kotlin还是Java；可能最大的问题在于，原有的代码检查工具不能再继承使用。

2. 编码规范

Kotlin放开了很多限制如：

•  可以声明全局变量和全局方法
•  一个文件可以有多个类
•  可以通过扩展来为已有类增加新方法

这带来了诸多便利，如同一领域的实体可以声明在一个文件中：

1. //WebResponses.kt  
2. open class WebResponse(var errorCode: Int = 0, var errorMsg: String? = null)  
3. open class DataResponse<T>(var data: T?) : WebResponse()  
4. open class MapResponse<K, V>(map: Map<K, V>) : DataResponse<Map<K, V>>(map) {  
5.     constructor(vararg pairs: Pair<K, V>) : this(mutableMapOf(*pairs))  
6. } 

可以很方便地扩展已有类库

1. // StringExtensions.kt  
2. val REGEX_Digits = Regex("\\\\\\d+")  
3. fun String.isDigits(): Boolean {  
4.     return this.matches(REGEX_Digits)  
5. }  
6. // ACLInterceptor  
7. val appId = request.getParameter("appId")  
8. if (!appId.isNullOrBlank() && appId.isDigits()) {  
9. //...  
10. } 

但是如果不加限制，很难保证开发人员不随心所欲。所以应该针对Kotlin项目制定一些编码规范(可以与Android项目共用)，如：

•  只有数据实体可以定义在同一个文件中
•  类型扩展应以”Extensions“后缀结尾，如"StringExtensions"
•  业务逻辑不应出现在全局方法中，应按照一类一文件的方式组织
•  业务逻辑的扩展，不应使用Kotlin类型扩展机制，而应使用接口、抽象类、子类

3. 人员技能

对Java开发人员来说，学习Kotlin并不是什么困难的事情，以我个人的经验，直接以一个小项目开始的情况下，一周之内编码效率就会明显超过Java。

当然，语言工具不是项目成败的决定性因素，使用工具的人才是，不妨先让项目组中的核心成员去了解下Kotlin，再做决定。

快速上手建议从Koans开始，想要更深入地掌握，还是要阅读Kotlin官方文档

4. 依赖大小

在Spring项目中使用Kotlin会使依赖增加4.18MB左右

这在Spring-Boot兴起之前，对我来说确实是个问题，6年前一个war包也就3~5MB大小，还要为Tomcat能部署多个服务而不会代码空间溢出，把war包进一步瘦身——把公共jar包都放入Tomcat/lib之下。

而现在Spring-Boot项目动则30MB起步的大小，让我已经不再考虑服务器资源的问题，而更享受各种组件和工具带来的开发效率提升。

当然这个问题，因项目实际情况而异，需要交给作为架构师的你自己去决策。

5. BenchMark

具体细节本不是此文的讨论目标，且对Kotlin做BenchMark性能测试不是那么困难，但是Kotlin的BenchMark资料也不多，这里我附送一个简明教程：

•     步骤1：使用maven生成Kotlin benchmark工程 

1. mvn archetype:generate \\  
2.           -DinteractiveMode=false \\  
3.           -DarchetypeGroupId=org.openjdk.jmh \\  
4.           -DarchetypeArtifactId=jmh-kotlin-benchmark-archetype \\  
5.           -DgroupId=org.sample \\  
6.           -DartifactId=test \\  
7.           -Dversion=1.0 

•     步骤2：编写测试代码 

1. @BenchmarkMode(Mode.Throughput)  
2. @OutputTimeUnit(TimeUnit.MILLISECONDS)  
3. open class MyBenchmark {  
4.     @Benchmark  
5.     fun testMethod1() {  
6.         //...  
7.     }  
8.     @Benchmark  
9.     fun testMethod2() {  
10.         //...  
11.     }  
12. } 

•     步骤3：编译&运行 

1. mvn clean package  
2. java -jar target/benchmarks.jar 

更多性能测试详情，可参考

•     OpenJDK:jmh官网
•     kotlin-benchmarks项目

哪些项目类型适合使用Kotlin

1.     现有Java项目，不推荐；
2.     小型或验证型项目，强烈推荐；
3.     微服务项目，推荐先局部试点，逐步完善编码规范和人员技能；
4.     大型单体项目，有较强较稳定的核心团队时推荐，人员主靠招聘时不推荐；
5.     公共组件，不推荐，除专门用于Kotlin的组件外。

结语

不管怎么说，语言工具不是项目成败的决定性因素，使用工具的人才是，不妨先让项目组中的核心成员去了解下Kotlin，再做决定。

编程语言是人类控制电脑的手段，所以绝大多数编程语言都试图使这个过程更加强大和简单。也正因此这个领域诞生了数百种编程语言，不过其中许多编程语言目前已经不再使用，还有一些可能在未来几年里会过时，然而还有很多语言将不断发展，在目前以及未来都占有重要的位置。