集合管道模式（上）

作者：冰心的小屋

2022-11-11
上海
本文字数：2136 字
阅读完需：约 7 分钟

译者 | TalkingData 李冰心
原文 | https://martinfowler.com/articles/collection-pipeline

译者按：

想了解 Java 流底层的实现机制，发现 Martin Fowler 发表的一篇关于集合管道模式的文章，有幸得以拜读，看过之后收获颇丰，索性将其翻译，能力有限敬请包涵。

集合管道

集合管道是一种编程模式，将相关计算转化为一系列操作，通常情况下每个操作输出结果为一个集合，该输出结果作为下一个操作的输入，常见的有 filter、map 和 reduce。

在函数式编程语言中集合管道模式随处可见，而面向对象语言借助于 lambdas 该模式又大放异彩。如果你对这种模式知之甚少，本文会载着你在各种语言中穿梭，途中会向你讲解相关精彩的案例，相信你一定会不虚此行。

在软件中，集合管道模式操作简单是一种最常见、让人屡试不爽的模式，在 unix 黒白命令行中；在面向对象万物皆对象的类中；在函数式编程一等公民的函数中，不同环境不同表现形式，相同操作却有着不同的名称，知其精髓，你会发现你根本离不开它。

1. Unix 管道

最初接触这种模式，是在 Unix 系统终端进行操作时。

案例：搜索 bliki/entries 目录下，文件内容包含文本'nosql'所有文件。

# 使用grep操作grep -l 'nosql' bliki/entries

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附加需求 1：分文件统计'nosql'个数

grep -l 'nosql' bliki/entries/* | xargs wc -w

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附加需求 2：按个数大小排序

grep -l 'nosql' bliki/entries/* | xargs wc -w | sort -nr

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附加需求 3：top4 中的 2～4

grep -l 'nosql' bliki/entries/* | xargs wc -w | sort -nr | head -4 | tail -3

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可以 unix 管道的简洁和高效。

2. Smalltalk

之后使用 Smalltalk 时也发现了相同的模式。

案例：假设有一系列文章 someArticles，每篇文章 article 有很多标签 tag，想统计包含标签'nosql'的文章。

someArticles select: [ :each | each tags includes: #nosql]

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select 方法定义：使用了 Lambda 表示式方式。

附加需求 1：按照单词数量排序

(someArticles      select: [ :each | each tags includes: #nosql])       sortBy: [:a :b | a words > b words]

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附加需求 2：top4 中的 2～4

((someArticles       select: [ :each | each tags includes: #nosql])      sortBy: [:a :b | a words > b words])       copyFrom: 1 to: 3

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与 unix 管道最核心的相似之处：对于集合操作的 select、sortBy 和 copyFrom 输入输出都是集合，unix 是一行行记录构成的流，而 Smalltalk 是对象集合，但概念相同。

3. Ruby

最近使用 Ruby 进行了很多开发，改进后的语法操作管道更加便捷。

some_articles  .select{|a| a.tags.include?(:nosql)}  .sort_by{|a| a.words}  .take(3)

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在面向对象语言中，一种很自然构造集合管道的方式是方法链，同样也可以使用嵌套函数。

4. Lisp

(remove-if-not   (lambda (x) (member 'nosql (article-tags x)))   (some-articles))

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为了排序，再次使用了 lambda：

(sort   (remove-if-not      (lambda (x) (member 'nosql (article-tags x)))      (some-articles))   (lambda (a b) (> (article-words a) (article-words b))))

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使用方法 subseq：

(subseq   (sort      (remove-if-not         (lambda (x) (member 'nosql (article-tags x)))         (some-articles))      (lambda (a b) (> (article-words a) (article-words b)))) 0 3)

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每种语言逐步构建的集合管道，看起来这是赏心悦目！不过每种语言所传达的含义是否清晰明了有待商议。

对于上述语言方法使用的先后顺序决定了集合管道的操作顺序，在你脑中应该很容易勾画出这种场景：源源不断的数据流入管道，经过层层过滤，最终输出。

5. 嵌套函数

构建管道除了使用流失形式，在 Lisp 中还可以使用嵌套函数，为了便于理解需要控制嵌套的层级。

最近流行的 lisp、Clojure 通过语法糖的形式避免了嵌套层级：

(->> (articles)     (filter #(some #{:nosql} (:tags %)))     (sort-by :words >)     (take 3))

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符号 "->>" 是一个线程宏，通过使用 lisp 强大的语法宏功能将每个表达式结果作为下一个表达式的输入。 对于大多数函数开发者，通过使用内置工具库，可游刃有余的将嵌套函数转化为线性管道，导致管道线性划无阻轻重，这也是为什么经过了这么长的时间，lisp 才支持操作符"->>" 。

这些天常听到函粉对集合管道的赞叹，夸奖函数式编程语言的强大，而对面向对象设计语言不屑一顾，这种说法很片面，因为对于面向对象设计语言 Smalltalk，其开发者早已广泛的使用了集合管道，只不过在 C++、Java 和 C#支持的有限而已，例如没有 lambda、集合操作不丰富，以至于很多面向对象开发人员陷入了处理集合管道问题的泥潭中。

Java 大行其道时并不支持 lambdas，对于像我这样 Smalltalk 开发者，使用 Java 时只能一边抱怨一边忍受，曾经尝试过各种方式构建集合管道，但每种实现都需要大量的辅助代码，最终被迫放弃。在 2000 年左右我开始使用 Ruby，重要原因是 Ruby 对于集合管道的支持，回想我的 Smalltalk 时代，常常感慨万千。

Lambdas 短小精悍的语义得到了广泛的赞许，C#已支持多年，现在 Java 也开始支持。集合管道注定会被越来越多的语言支持。