以前写 Java 的时候，听到前端同学谈论闭包，觉得甚是新奇，后面自己写了一小段时间 JS，虽只学到皮毛，也大概了解到闭包的概念，现在工作常用语言是 Go，很多优雅的代码中总是有闭包的身影，看来不了解个透是不可能的了，本文让我来科普(按照自己水平随便瞎扯)一下：
1、什么是闭包？
在真正讲述闭包之前，我们先铺垫一点知识点：
1.1 前提知识铺垫
1.2.1 函数式编程
函数式编程是一种编程范式，看待问题的一种方式，每一个函数都是为了用小函数组织成为更大的函数，函数的参数也是函数，函数返回的也是函数。我们常见的编程范式有：
命令式编程：
主要思想为：关注计算机执行的步骤，也就是一步一步告诉计算机先做什么再做什么。
先把解决问题步骤规范化，抽象为某种算法，然后编写具体的算法去实现，一般只要支持过程化编程范式的语言，我们都可以称为过程化编程语言，比如 BASIC，C 等。
声明式编程：
主要思想为：告诉计算机应该做什么，但是不指定具体要怎么做，比如 SQL，网页编程的 HTML，CSS。
函数式编程：
只关注做什么而不关注怎么做，有一丝丝声明式编程的影子，但是更加侧重于”函数是第一位“的原则，也就是函数可以出现在任何地方，参数、变量、返回值等等。
函数式编程可以认为是面向对象编程的对立面，一般只有一些编程语言会强调一种特定的编程方式，大多数的语言都是多范式语言，可以支持多种不同的编程方式，比如 JavaScript ，Go 等。
函数式编程是一种思维方式，将电脑运算视为函数的计算，是一种写代码的方法论，其实我应该聊函数式编程，然后再聊到闭包，因为闭包本身就是函数式编程里面的一个特点之一。
在函数式编程中，函数是头等对象，意思是说一个函数，既可以作为其它函数的输入参数值，也可以从函数中返回值，被修改或者被分配给一个变量。(维基百科)
一般纯函数编程语言是不允许直接使用程序状态以及可变对象的，函数式编程本身就是要避免使用 共享状态，可变状态，尽可能避免产生 副作用。
函数式编程一般具有以下特点：
函数是第一等公民：函数的地位放在第一位，可以作为参数，可以赋值，可以传递，可以当做返回值。
没有副作用：函数要保持纯粹独立，不能修改外部变量的值，不修改外部状态。
引用透明：函数运行不依赖外部变量或者状态，相同的输入参数，任何情况，所得到的返回值都应该是一样的。
1.2.2 函数作用域
作用域（scope），程序设计概念，通常来说，一段程序代码中所用到的名字并不总是有效/可用的，而限定这个名字的可用性的代码范围就是这个名字的作用域。
通俗易懂的说，函数作用域是指函数可以起作用的范围。函数有点像盒子，一层套一层，作用域我们可以理解为是个封闭的盒子，也就是函数的局部变量，只能在盒子内部使用，成为独立作用域。
函数内的局部变量，出了函数就跳出了作用域，找不到该变量。（里层函数可以使用外层函数的局部变量，因为外层函数的作用域包括了里层函数），比如下面的 innerTmep 出了函数作用域就找不到该变量，但是 outerTemp 在内层函数里面还是可以使用。
不管是任何语言，基本存在一定的内存回收机制，也就是回收用不到的内存空间，回收的机制一般和上面说的函数的作用域是相关的，局部变量出了其作用域，就有可能被回收，如果还被引用着，那么就不会被回收。
1.2.3 作用域的继承关系
所谓作用域继承，就是前面说的小盒子可以继承外层大盒子的作用域，在小盒子可以直接取出大盒子的东西，但是大盒子不能取出小盒子的东西，除非发生了逃逸（逃逸可以理解为小盒子的东西给出了引用，大盒子拿到就可以使用）。一般而言，变量的作用域有以下两种：
1.2 闭包的定义
“多数情况下我们并不是先理解后定义，而是先定义后理解“，先下定义，读不懂没关系：
闭包（closure）是一个函数以及其捆绑的周边环境状态（lexical environment，词法环境）的引用的组合。 换而言之，闭包让开发者可以从内部函数访问外部函数的作用域。 闭包会随着函数的创建而被同时创建。
一句话表述：
以上定义找不到 Go 语言 这几个字眼，聪明的同学肯定知道，闭包是和语言无关的，不是 JavaScript 特有的，也不是 Go 特有的，而是函数式编程语言的特有的，是的，你没有看错，任何支持函数式编程的语言都支持闭包，Go 和 JavaScript 就是其中之二， 目前 Java 目前版本也是支持闭包的，但是有些人可能认为不是完美的闭包，详细情况文中讨论。
1.3 闭包的写法
1.3.1 初看闭包
下面是一段闭包的代码：
import "fmt"
func main() { sumFunc := lazySum([]int{1, 2, 3, 4, 5}) fmt.Println("等待一会") fmt.Println("结果：", sumFunc())}func lazySum(arr []int) func() int { fmt.Println("先获取函数，不求结果") var sum = func() int { fmt.Println("求结果...") result := 0 for _, v := range arr { result = result + v } return result } return sum}
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输出的结果：
先获取函数，不求结果等待一会求结果...结果： 15
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可以看出，里面的 sum() 方法可以引用外部函数 lazySum() 的参数以及局部变量，在lazySum()返回函数 sum() 的时候，相关的参数和变量都保存在返回的函数中，可以之后再进行调用。
上面的函数或许还可以更进一步，体现出捆绑函数和其周围的状态，我们加上一个次数 count：
import "fmt"
func main() { sumFunc := lazySum([]int{1, 2, 3, 4, 5}) fmt.Println("等待一会") fmt.Println("结果：", sumFunc()) fmt.Println("结果：", sumFunc()) fmt.Println("结果：", sumFunc())}
func lazySum(arr []int) func() int { fmt.Println("先获取函数，不求结果") count := 0 var sum = func() int { count++ fmt.Println("第", count, "次求结果...") result := 0 for _, v := range arr { result = result + v } return result } return sum}
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上面代码输出什么呢？次数 count 会不会发生变化，count明显是外层函数的局部变量，但是在内存函数引用（捆绑），内层函数被暴露出去了，执行结果如下：
先获取函数，不求结果等待一会第 1 次求结果...结果： 15第 2 次求结果...结果： 15第 3 次求结果...结果： 15
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结果是 count 其实每次都会变化，这种情况总结一下：
此时有人可能有疑问了，前面是lazySum（）被创建了 1 次，执行了 3 次，但是如果是 3 次执行都是不同的创建，会是怎么样呢？实验一下：
import "fmt"
func main() { sumFunc := lazySum([]int{1, 2, 3, 4, 5}) fmt.Println("等待一会") fmt.Println("结果：", sumFunc())
sumFunc1 := lazySum([]int{1, 2, 3, 4, 5}) fmt.Println("等待一会") fmt.Println("结果：", sumFunc1())
sumFunc2 := lazySum([]int{1, 2, 3, 4, 5}) fmt.Println("等待一会") fmt.Println("结果：", sumFunc2())}
func lazySum(arr []int) func() int { fmt.Println("先获取函数，不求结果") count := 0 var sum = func() int { count++ fmt.Println("第", count, "次求结果...") result := 0 for _, v := range arr { result = result + v } return result } return sum}
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执行的结果如下，每次执行都是第 1 次：
先获取函数，不求结果等待一会第 1 次求结果...结果： 15先获取函数，不求结果等待一会第 1 次求结果...结果： 15先获取函数，不求结果等待一会第 1 次求结果...结果： 15
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从以上的执行结果可以看出：
闭包被创建的时候，引用的外部变量count就已经被创建了 1 份，也就是各自调用是没有关系的。
继续抛出一个问题，**如果一个函数返回了两个函数，这是一个闭包还是两个闭包呢？**下面我们实践一下：
一次返回两个函数，一个用于计算加和的结果，一个计算乘积：
import "fmt"
func main() { sumFunc, productSFunc := lazyCalculate([]int{1, 2, 3, 4, 5}) fmt.Println("等待一会") fmt.Println("结果：", sumFunc()) fmt.Println("结果：", productSFunc())}
func lazyCalculate(arr []int) (func() int, func() int) { fmt.Println("先获取函数，不求结果") count := 0 var sum = func() int { count++ fmt.Println("第", count, "次求加和...") result := 0 for _, v := range arr { result = result + v } return result }
var product = func() int { count++ fmt.Println("第", count, "次求乘积...") result := 0 for _, v := range arr { result = result * v } return result } return sum, product}
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运行结果如下：
先获取函数，不求结果等待一会第 1 次求加和...结果： 15第 2 次求乘积...结果： 0
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从上面结果可以看出，闭包是函数返回函数的时候，不管多少个返回值(函数)，都是一次闭包，如果返回的函数有使用外部函数变量，则会绑定到一起，相互影响：
闭包绑定了周围的状态，我理解此时的函数就拥有了状态，让函数具有了对象所有的能力，函数具有了状态。
1.3.2 闭包中的指针和值
上面的例子，我们闭包中用到的都是数值，如果我们传递指针，会是怎么样的呢？
import "fmt"func main() { i := 0 testFunc := test(&i) testFunc() fmt.Printf("outer i = %d\n", i)}func test(i *int) func() { *i = *i + 1 fmt.Printf("test inner i = %d\n", *i) return func() { *i = *i + 1 fmt.Printf("func inner i = %d\n", *i) }}
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运行结果如下：
test inner i = 1func inner i = 2outer i = 2
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可以看出如果是指针的话，闭包里面修改了指针对应的地址的值，也会影响闭包外面的值。这个其实很容易理解，Go 里面没有引用传递，只有值传递，那我们传递指针的时候，也是值传递，这里的值是指针的数值（可以理解为地址值）。
当我们函数的参数是指针的时候，参数会拷贝一份这个指针地址，当做参数进行传递，因为本质还是地址，所以内部修改的时候，仍然可以对外部产生影响。
闭包里面的数据其实地址也是一样的，下面的实验可以证明：
func main() { i := 0 testFunc := test(&i) testFunc() fmt.Printf("outer i address %v\n", &i)}func test(i *int) func() { *i = *i + 1 fmt.Printf("test inner i address %v\n", i) return func() { *i = *i + 1 fmt.Printf("func inner i address %v\n", i) }}
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输出如下, 因此可以推断出，闭包如果引用外部环境的指针数据，只是会拷贝一份指针地址数据，而不是拷贝一份真正的数据(==先留个问题：拷贝的时机是什么时候呢==)：
test inner i address 0xc0003fab98func inner i address 0xc0003fab98outer i address 0xc0003fab98
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1.3.2 闭包延迟化
上面的例子仿佛都在告诉我们，闭包创建的时候，数据就已经拷贝了，但是真的是这样么？
下面是继续前面的实验：
func main() { i := 0 testFunc := test(&i) i = i + 100 fmt.Printf("outer i before testFunc %d\n", i) testFunc() fmt.Printf("outer i after testFunc %d\n", i)}func test(i *int) func() { *i = *i + 1 fmt.Printf("test inner i = %d\n", *i) return func() { *i = *i + 1 fmt.Printf("func inner i = %d\n", *i) }}
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我们在创建闭包之后，把数据改了，之后执行闭包，答案肯定是真实影响闭包的执行，因为它们都是指针，都是指向同一份数据：
test inner i = 1outer i before testFunc 101func inner i = 102outer i after testFunc 102
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假设我们换个写法，让闭包外部环境中的变量在声明闭包函数的之后，进行修改：
import "fmt"
func main() { sumFunc := lazySum([]int{1, 2, 3, 4, 5}) fmt.Println("等待一会") fmt.Println("结果：", sumFunc())}func lazySum(arr []int) func() int { fmt.Println("先获取函数，不求结果") count := 0 var sum = func() int { fmt.Println("第", count, "次求结果...") result := 0 for _, v := range arr { result = result + v } return result } count = count + 100 return sum}
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实际执行结果，count 会是修改后的值：
这也证明了，实际上闭包并不会在声明var sum = func() int {...}这句话之后，就将外部环境的 count绑定到闭包中，而是在函数返回闭包函数的时候，才绑定的，这就是延迟绑定。
如果还没看明白没关系，我们再来一个例子：
func main() { funcs := testFunc(100) for _, v := range funcs { v() }}func testFunc(x int) []func() { var funcs []func() values := []int{1, 2, 3} for _, val := range values { funcs = append(funcs, func() { fmt.Printf("testFunc val = %d\n", x+val) }) } return funcs}
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上面的例子，我们闭包返回的是函数数组，本意我们想入每一个 val 都不一样，但是实际上 val都是一个值，==也就是执行到return funcs 的时候（或者真正执行闭包函数的时候）才绑定的 val值==（关于这一点，后面还有个 Demo 可以证明），此时 val的值是最后一个 3,最终输出结果都是 103:
testFunc val = 103testFunc val = 103testFunc val = 103
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以上两个例子，都是闭包延迟绑定的问题导致，这也可以说是 feature，到这里可能不少同学还是对闭包绑定外部变量的时机有疑惑，到底是返回闭包函数的时候绑定的呢？还是真正执行闭包函数的时候才绑定的呢？
下面的例子可以有效的解答：
import ( "fmt" "time")
func main() { sumFunc := lazySum([]int{1, 2, 3, 4, 5}) fmt.Println("等待一会") fmt.Println("结果：", sumFunc()) time.Sleep(time.Duration(3) * time.Second) fmt.Println("结果：", sumFunc())}func lazySum(arr []int) func() int { fmt.Println("先获取函数，不求结果") count := 0 var sum = func() int { count++ fmt.Println("第", count, "次求结果...") result := 0 for _, v := range arr { result = result + v } return result } go func() { time.Sleep(time.Duration(1) * time.Second) count = count + 100 fmt.Println("go func 修改后的变量 count：", count) }() return sum}
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输出结果如下：
先获取函数，不求结果等待一会第 1 次求结果...结果： 15go func 修改后的变量 count： 101第 102 次求结果...结果： 15
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第二次执行闭包函数的时候，明显 count被里面的 go func()修改了，也就是调用的时候，才真正的获取最新的外部环境，但是在声明的时候，就会把环境预留保存下来。
其实本质上，Go Routine 的匿名函数的延迟绑定就是闭包的延迟绑定，上面的例子中，go func(){}获取到的就是最新的值，而不是原始值0。
总结一下上面的验证点：
闭包每次返回都是一个新的实例，每个实例都有一份自己的环境。
同一个实例多次执行，会使用相同的环境。
闭包如果逃逸的是指针，会相互影响，因为绑定的是指针，相同指针的内容修改会相互影响。
闭包并不是在声明时绑定的值，声明后只是预留了外部环境（逃逸分析），真正执行闭包函数时，会获取最新的外部环境的值（也称为延迟绑定）。
Go Routine 的匿名函数的延迟绑定本质上就是闭包的延迟绑定。
2、闭包的好处与坏处？
2.1 好处
纯函数没有状态，而闭包则是让函数轻松拥有了状态。但是凡事都有两面性，一旦拥有状态，多次调用，可能会出现不一样的结果，就像是前面测试的 case 中一样。那么问题来了：
Q：如果不支持闭包的话，我们想要函数拥有状态，需要怎么做呢？
A： 需要使用全局变量，让所有函数共享同一份变量。
但是我们都知道全局变量有以下的一些特点（在不同的场景，优点会变成缺点）：
闭包可以一定程度优化这个问题：
除了以上的好处，像在 JavaScript 中，没有原生支持私有方法，可以靠闭包来模拟私有方法，因为闭包都有自己的词法环境。
2.2 坏处
函数拥有状态，如果处理不当，会导致闭包中的变量被误改，但这是编码者应该考虑的问题，是预期中的场景。
闭包中如果随意创建，引用被持有，则无法销毁，同时闭包内的局部变量也无法销毁，过度使用闭包会占有更多的内存，导致性能下降。一般而言，能共享一份闭包（共享闭包局部变量数据），不需要多次创建闭包函数，是比较优雅的方式。
3、闭包怎么实现的？
从上面的实验中，我们可以知道，闭包实际上就是外部环境的逃逸，跟随着闭包函数一起暴露出去。
我们用以下的程序进行分析：
import "fmt"
func testFunc(i int) func() int { i = i * 2 testFunc := func() int { i++ return i } i = i * 2 return testFunc}func main() { test := testFunc(1) fmt.Println(test())}
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执行结果如下：
先看看逃逸分析，用下面的命令行可以查看：
go build --gcflags=-m main.go
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可以看到 变量 i被移到堆中，也就是本来是局部变量，但是发生逃逸之后，从栈里面放到堆里面，同样的 test()函数由于是闭包函数，也逃逸到堆上。
下面我们用命令行来看看汇编代码：
go tool compile -N -l -S main.go
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生成代码比较长，我截取一部分：
"".testFunc STEXT size=218 args=0x8 locals=0x38 funcid=0x0 align=0x0 0x0000 00000 (main.go:5) TEXT "".testFunc(SB), ABIInternal, $56-8 0x0000 00000 (main.go:5) CMPQ SP, 16(R14) 0x0004 00004 (main.go:5) PCDATA $0, $-2 0x0004 00004 (main.go:5) JLS 198 0x000a 00010 (main.go:5) PCDATA $0, $-1 0x000a 00010 (main.go:5) SUBQ $56, SP 0x000e 00014 (main.go:5) MOVQ BP, 48(SP) 0x0013 00019 (main.go:5) LEAQ 48(SP), BP 0x0018 00024 (main.go:5) FUNCDATA $0, gclocals·69c1753bd5f81501d95132d08af04464(SB) 0x0018 00024 (main.go:5) FUNCDATA $1, gclocals·d571c0f6cf0af59df28f76498f639cf2(SB) 0x0018 00024 (main.go:5) FUNCDATA $5, "".testFunc.arginfo1(SB) 0x0018 00024 (main.go:5) MOVQ AX, "".i+64(SP) 0x001d 00029 (main.go:5) MOVQ $0, "".~r0+16(SP) 0x0026 00038 (main.go:5) LEAQ type.int(SB), AX 0x002d 00045 (main.go:5) PCDATA $1, $0 0x002d 00045 (main.go:5) CALL runtime.newobject(SB) 0x0032 00050 (main.go:5) MOVQ AX, "".&i+40(SP) 0x0037 00055 (main.go:5) MOVQ "".i+64(SP), CX 0x003c 00060 (main.go:5) MOVQ CX, (AX) 0x003f 00063 (main.go:6) MOVQ "".&i+40(SP), CX 0x0044 00068 (main.go:6) MOVQ "".&i+40(SP), DX 0x0049 00073 (main.go:6) MOVQ (DX), DX 0x004c 00076 (main.go:6) SHLQ $1, DX 0x004f 00079 (main.go:6) MOVQ DX, (CX) 0x0052 00082 (main.go:7) LEAQ type.noalg.struct { F uintptr; "".i *int }(SB), AX 0x0059 00089 (main.go:7) PCDATA $1, $1 0x0059 00089 (main.go:7) CALL runtime.newobject(SB) 0x005e 00094 (main.go:7) MOVQ AX, ""..autotmp_3+32(SP) 0x0063 00099 (main.go:7) LEAQ "".testFunc.func1(SB), CX 0x006a 00106 (main.go:7) MOVQ CX, (AX) 0x006d 00109 (main.go:7) MOVQ ""..autotmp_3+32(SP), CX 0x0072 00114 (main.go:7) TESTB AL, (CX) 0x0074 00116 (main.go:7) MOVQ "".&i+40(SP), DX 0x0079 00121 (main.go:7) LEAQ 8(CX), DI 0x007d 00125 (main.go:7) PCDATA $0, $-2 0x007d 00125 (main.go:7) CMPL runtime.writeBarrier(SB), $0 0x0084 00132 (main.go:7) JEQ 136 0x0086 00134 (main.go:7) JMP 142 0x0088 00136 (main.go:7) MOVQ DX, 8(CX) 0x008c 00140 (main.go:7) JMP 149 0x008e 00142 (main.go:7) CALL runtime.gcWriteBarrierDX(SB) 0x0093 00147 (main.go:7) JMP 149 0x0095 00149 (main.go:7) PCDATA $0, $-1 0x0095 00149 (main.go:7) MOVQ ""..autotmp_3+32(SP), CX 0x009a 00154 (main.go:7) MOVQ CX, "".testFunc+24(SP) 0x009f 00159 (main.go:11) MOVQ "".&i+40(SP), CX 0x00a4 00164 (main.go:11) MOVQ "".&i+40(SP), DX 0x00a9 00169 (main.go:11) MOVQ (DX), DX 0x00ac 00172 (main.go:11) SHLQ $1, DX 0x00af 00175 (main.go:11) MOVQ DX, (CX) 0x00b2 00178 (main.go:12) MOVQ "".testFunc+24(SP), AX 0x00b7 00183 (main.go:12) MOVQ AX, "".~r0+16(SP) 0x00bc 00188 (main.go:12) MOVQ 48(SP), BP 0x00c1 00193 (main.go:12) ADDQ $56, SP 0x00c5 00197 (main.go:12) RET 0x00c6 00198 (main.go:12) NOP 0x00c6 00198 (main.go:5) PCDATA $1, $-1 0x00c6 00198 (main.go:5) PCDATA $0, $-2 0x00c6 00198 (main.go:5) MOVQ AX, 8(SP) 0x00cb 00203 (main.go:5) CALL runtime.morestack_noctxt(SB) 0x00d0 00208 (main.go:5) MOVQ 8(SP), AX 0x00d5 00213 (main.go:5) PCDATA $0, $-1 0x00d5 00213 (main.go:5) JMP 0
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可以看到闭包函数实际上底层也是用结构体new创建出来的：
使用的就是堆上面的 i：
也就是返回函数的时候，实际上返回结构体，结构体里面记录了函数的引用环境。
4、浅聊一下
4.1 Java 支不支持闭包？
网上有很多种看法，实际上 Java 虽然暂时不支持返回函数作为返参，但是 Java 本质上还是实现了闭包的概念的，所使用的的方式是内部类的形式，因为是内部类，所以相当于自带了一个引用环境，算是一种不完整的闭包。
目前有一定限制，比如是 final 声明的，或者是明确定义的值，才可以进行传递：
Stack Overflow 上有相关答案：https://stackoverflow.com/questions/5443510/closure-in-java-7
4.2 函数式编程的前景怎么样？
下面是 Wiki 的内容：
函数式编程长期以来在学术界流行，但几乎没有工业应用。造成这种局面的主因是函数式编程常被认为严重耗费 CPU 和存储器资源[18] ，这是由于在早期实现函数式编程语言时并没有考虑过效率问题，而且面向函数式编程特性，如保证参照透明性等，要求独特的数据结构和算法。[19]
然而，最近几种函数式编程语言已经在商业或工业系统中使用[20]，例如：
其他在工业中使用的函数式编程语言包括多范型的Scala[23]、F#，还有Wolfram语言、Common Lisp、Standard ML和Clojure等。
从我个人的看法，不看好纯函数编程，但是函数式编程的思想，我相信以后几乎每门高级编程需要都会具备，特别期待 Java 拥抱函数式编程。从我自己了解的语言看，像 Go，JavaScript 中的函数式编程的特性，都让开发者深爱不已（当然，如果写出了 bug，就是深恶痛疾）。
最近突然火了一波的原因，也是因为世界不停的发展，内存也越来越大，这个因素的限制几乎要解放了。
我相信，世界就是绚丽多彩的，要是一种事物统治世界，绝无可能，更多的是百家争鸣，编程语言或者编程范式也一样，后续可能有集大成者，最终最终历史会筛选出最终符合人类社会发展的。
【作者简介】：
秦怀，公众号【秦怀杂货店】作者，个人网站：http://aphysia.cn，技术之路不在一时，山高水长，纵使缓慢，驰而不息。
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