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[译]Scala DSL教程: 实现一个web框架路由器

原文: Scala DSL tutorial – writing a web framework router , 作者: Tymon Tobolski

译者按:
Scala非常适合实现DSL( Domain-specific language )。我在使用Scala的过程中印象深刻的是 scalatestspray-routing ,

比如scalatest的测试代码的编写:

importcollection.mutable.Stack importorg.scalatest._  classExampleSpecextendsFlatSpecwithMatchers{  "A Stack"should"pop values in last-in-first-out order"in { valstack =newStack[Int]  stack.push(1)  stack.push(2)  stack.pop() should be (2)  stack.pop() should be (1)  }   it should "throw NoSuchElementException if an empty stack is popped"in { valemptyStack =newStack[Int]  a [NoSuchElementException] should be thrownBy {  emptyStack.pop()  }   } } 

或者 akka-http 的路由(route)的配置 (akka-http可以看作是spray 2.0的版本,因为作者现在在lightbend,也就是原先的typesafe公司开发akka-http):

valroute =  get {  pathSingleSlash {  complete(HttpEntity(ContentTypes.`text/html(UTF-8)`,"<html><body>Hello world!</body></html>"))  } ~  path("ping") {  complete("PONG!")  } ~  path("crash") {  sys.error("BOOM!")  }  } 

可以看到,使用Scala实现的DSL非常简洁,也符合人类便于阅读的方式。但是我们如何实现自己的DSL呢?文末有几篇参考文档,介绍了使用Scala实现DSL的技术,但是本文翻译的这篇文章,使用Scala实现了一个鸡蛋的web路由DSL,步骤详细,代码简单,所以我特意翻译了一下。以下内容(除了参考文档)是对原文的翻译。

目标

Play 2.0的发布给Java社区带来了新的创建web service的方式。尽管非常美好,但是有些组件缺不是我的菜,其中之一它的router定义,它使用定制的route文件,独立的编译器和难以捉摸的逻辑。作为一个Riby程序员,我开始想能否使用Scala实现一个简单的DSL.需求很简单:

  • 静态编译
  • 静态类型
  • 易于使用
  • 可扩展
  • 反向路由
  • 尽可能的类型推断
  • 不使用圆括号

设计

所以第一个问题是:什么是路由器(router)? 它可以表示为 PartialFunction[Request, Handler] ,这就是Play框架中实现的方式。让我们花几秒钟先看看Play的原始的路由器。

在编译的过程中, conf/routes文件下的文件被解析并转换成target/src_managed文件夹下的.scala文件。有两个文件会被产生 routing.scalareverse_routing.scalarouting.scala 是一个巨大的 PartialFunction ,每一个路由使用一个case语句。 reverse_routing.scala 对象结构。我真的不喜欢这种方式。

让我们开始探索 如何使用Scala创建一个有用的DSL

最终用户ui

我不知道DSL设计的最佳实践,我也从没读过一本关于这方面的书。我用我的方式来实现它。

实现的结果应该自然而直接。首先,描述你想要的,然后实现它。

开始的例子很简单, GET /foo 可以路由到 Application.foo() 方法:

GET "/foo"Application.foo 

这个DSL非常好,但不幸的是,不使用括号的话,无法用Scala按这种方式实现。

当然,你已经知道Scala可是使用 infix notationsuffix notation 去掉括号:

A.op(B) 

可以写成

A op B 

同样

A.op(B).opp(C) 

可以写成

A op B opp C 

但是这种写法仅仅适用于只有一个参数的方法, 如 objectA method objectB 。但是在我们上面的DSL例子中(GET "/foo" Application.foo),中间的不是是一个字符串,而不是一个方法名,所以我们不能使用 infix notation 。增加一些中间单词如何:

GET on "/foo"to Application.foo GET.on("/foo").to(Application.foo)//等价于上面的写法 

编译通过。 GET 可以是一个代表HTTP method的对象, on 是一个方法, /foo 是这个方法的参数,然后 to 是另外一个方法,而 Application.foo 是一个 Function0[Handler] 。 我犯了一个错误,开始去实现它,然后我不得不扔掉了大段代码,因为实现并不能满足我前面定义的需求。

我来把坑挖的更深,来看看路径参数。怎么写一个路由来匹配 GET /foo/{id} 然后调用 Application.show(id) ?,我的初始想法是:

GET on "foo"/ * to Application.show 

看起来很好, / 作为路径分隔符, * 作为参数,而 Application.show 作为 Function1[Int, Handler]/ 作为方法实现,而 * 可以作为一个对象,因此上面的语句等价于:

GET.on("foo")./(*).to(Application.show)// 错误! 

事实上, 由于 Scala操作符优先级的问题 ,它实际等价于:

GET.on( "foo"./(*) ).to(Application.show) 

好消息,路径可以组合在一起作为 on 的参数。

更多的例子:

GET on "foo"to Application.foo PUT on "show"/ * to Application.show POST on "bar"/ * / * /"blah"/ * to Application.bar 

最后一件事,反向路由(reverse routing)。Play框架默认的路由器有一个限制,一个路由一个action。如果已经定义了一个路由,为什么不把它赋值给val变量用来反向路由呢:

valfoo = GET on"foo"to Application.foo 

然后把路由放在一个对象中:

objectroutes{ valfoo = GET on"foo"to Application.foo valshow = PUT on"show"/ * to Application.show valbar = POST on"bar"/ * / * /"blah"/ * to Application.bar } 

现在可以调用 routes.foo() 或者 routes.show(5) 可以得到路径。

本文的下一部分描述内部实现。现在你可以自己去实现它,或者参考我的实现 http://github.com/teamon/play-navigator , 但我强烈推荐你继续阅读实现部分。

实现

这里有两个难点: typearity 。Scala中的 Function 可以有0到22个参数,代表[Function0]到 Function22 ,后面我会介绍到。

我的实现 play-navigator Route有几个参数:

  • HTTP method
  • path definition
  • handler function

用下面的例子描述各个部分:

valfoo = GET on"foo"/ * to Application.show 

我们已经知道它等价于:

valfoo = GET.on("foo"./(*) ).to(Application.shows) 

从左边开始,首先 GET 还没有实现,让我们实现它:

sealedtraitMethod caseobjectANYextendsMethod caseobjectGETextendsMethod caseobjectPOSTextendsMethod 

我定义了两个HTTP method和 ANY 对应所有的HTTP method。接下来应该实现 on 方法,但是我们还不知道它使用什么参数。让我们先看看 "foo" / *

路径可以有多个变种:

"foo"/"bar"/"baz""foo"/ * /"blah"* / * / * 

幸好路径的各个部分可以用有限的几个类型来表示,它可以是静态路径,也可能是占位符。如此说来,我们可以使用Scala直接实现:

sealedtraitPathElem caseclassStatic(name: String)extendsPathElem caseobject*extendsPathElem 

case class 包装了一个字符串,而 * 是一个case object。不幸的的是,因为每个部分都有关联,我不得不描述更多的数据结构。先前我说过Scala有23种不同类型的 Function ,它们有不同数量的参数。我想让类型系统比较 路径占位符的数量和函数参数的数量,如果不匹配就抛出错误。因此我定义了不同版本的 RouteDefN ,我将数量减少到3:

sealedtraitRouteDef[Self]{ defwithMethod(method: Method): Self defmethod: Method defelems: List[PathElem] }  caseclassRouteDef0(method: Method, elems: List[PathElem])extendsRouteDef[RouteDef0] caseclassRouteDef1(method: Method, elems: List[PathElem])extendsRouteDef[RouteDef1] caseclassRouteDef2(method: Method, elems: List[PathElem])extendsRouteDef[RouteDef2] 

Self 类型和 withMethod 稍候解释。注意 RouteDefN 并没有类型参数(我说过我想尽可能地在编译的时候检查)。事实是 RouteDefN 仅仅知道它的HTTP method和 path elements,并不会理会handler函数本身。

目前的挑战是如何将

GET on "foo"/ * /"bar" 

转换为

RouteDef1(GET, List(Static("foo"), *, Static("bar"))) 

靠隐式函数来救驾了。

首先我们需要将 String 转换成 RouteDef0 :

implicit defstringToRouteDef0(name: String) = RouteDef0(ANY, Static(name) :: Nil) 

任意一个字符串都转换成一个 RouteDef0 ,拥有 ANY method,下一步,同样的技巧应用与 * 类型:

implicit defasterixToRoutePath1(ast: *.type) = RouteDef1(ANY, ast :: Nil) 

之所以是 RouteDef1 是因为已经有一个参数占位符。我们需要实现 / 方法:

caseclassRouteDef0(method: Method, elems: List[PathElem])extendsRouteDef[RouteDef0]{ def/(static: Static) = RouteDef0(method, elems :+ static) def/(p: PathElem) = RouteDef1(method, elems :+ p) }  caseclassRouteDef1(method: Method, elems: List[PathElem])extendsRouteDef[RouteDef1]{ def/(static: Static) = RouteDef1(method, elems :+ static) def/(p: PathElem) = RouteDef2(method, elems :+ p) }  caseclassRouteDef2(method: Method, elems: List[PathElem])extendsRouteDef[RouteDef2]{ def/(static: Static) = RouteDef2(method, elems :+ static) } 

/ 方法的逻辑很简单。如果它得到Static参数,那么它返回的类型还是相同的类型。如果得到 * 参数,它返回一个更"高"的路由。 RouteDef2 并不允许传递 * 参数,所以我们没有定义 RouteDef3 。我们还需要实现一个字符串到 Static 的隐式转换。

implicit defstringToStatic(name: String) = Static(name) 

现在我们定义的DSL可以处理:

GET on someRouteDef 

现在是 on 方法如何实现?

让我们返回 Method 定义,它的 on 方法需要类型参数 R ,它会调用routeDef的withMethod方法。

sealedtraitMethod{ defon[R](routeDef: RouteDef[R]): R = routeDef.withMethod(this) } 

还记得 RouteDef 特质的 withMethod 方法的实现么?

sealedtraitRouteDef[Self]{ defwithMethod(method: Method): Self } 

现在 RouteDefN 可以写做:

caseclassRouteDef0(method: Method, elems: List[PathElem])extendsRouteDef[RouteDef0]{ defwithMethod(method: Method) = RouteDef0(method, elems) }  caseclassRouteDef1(method: Method, elems: List[PathElem])extendsRouteDef[RouteDef1]{ defwithMethod(method: Method) = RouteDef1(method, elems) }  caseclassRouteDef2(method: Method, elems: List[PathElem])extendsRouteDef[RouteDef2]{ defwithMethod(method: Method) = RouteDef2(method, elems) } 

这样 on 方法就是返回正确的类型。

最后就是和handler拼装起来:

someRouteDef to Application.show 

我说过我想让编译器检查路径参数中的参数数量是否和handler需要的参数数量一致。现在隆重转为疯狂的类 RouteN 出场。

sealed trait Route[RD] {  def routeDef: RouteDef[RD] }  case class Route0(routeDef: RouteDef0, f0: () ⇒ Out) extends Route[RouteDef0] case class Route1[A: PathParam : Manifest](routeDef: RouteDef1, f1: (A) ⇒ Out) extends Route[RouteDef1] case class Route2[A: PathParam : Manifest, B: PathParam : Manifest](routeDef: RouteDef2, f2: (A, B) ⇒ Out) extends Route[RouteDef2] 

呜呼哀哉, 类型、更多的类型、更多坨的类型,保持胃口继续看。 Route0 需要 RouteDef0() ⇒ Out 参数。 Route1 需要 RouteDef1function (A) ⇒ Out ,A为类型参数:

[A: PathParam : Manifest] 

是下面代码的简写:

[A](implicit pp: PathParam[A], mf: Manifest[A]) 

PathParam[A]Manifest[A] 稍后解释。

你也可能已经推断出 Route2 使用 RouteDef2function (A,B) ⇒ Out 做参数, A 和 B 都是类型参数。

返回到 RouteDef ,增加 to 方法:

caseclassRouteDef0(method: Method, elems: List[PathElem])extendsRouteDef[RouteDef0]{ defto(f0: () ⇒ Out) = Route0(this, f0) }  caseclassRouteDef1(method: Method, elems: List[PathElem])extendsRouteDef[RouteDef1]{ defto[A: PathParam : Manifest](f1: (A) ⇒ Out) = Route1(this, f1) }  caseclassRouteDef2(method: Method, elems: List[PathElem])extendsRouteDef[RouteDef2]{ defto[A: PathParam : Manifest, B: PathParam : Manifest](f2: (A, B) ⇒ Out) = Route2(this, f2) } 

编译器会检查参数的匹配问题, RouteDefNto 方法只会允许正确的Handler作为参数。

我们可以为 RouteN 增加 def apply 来来检查参数的数量和正确的类型。

case class Route1[A: PathParam : Manifest](routeDef: RouteDef1, f2: (A) ⇒ Out) extends Route[RouteDef1] {  def apply(a: A) = PathMatcher1(routeDef.elems)(a) }  case class Route2[A: PathParam : Manifest, B: PathParam : Manifest](routeDef: RouteDef2, f2: (A, B) ⇒ Out) extends Route[RouteDef2] {  def apply(a: A, b: B) = PathMatcher2(routeDef.elems)(a, b) } 

所以如果我们定义了一个路由:

valfoo = GET on"foo"/ * to Application.show 

这里 foo 是一个类型为 Route1[Int](RouteDef1(GET, Static("foo") :: * :: Nil), Application.show) 的对象,同时 foo 还是 (Int) ⇒ String 类型。

关于 PathMatcherN 用来匹配request uri到正确的路由。因为在本文中我只想介绍DSL相关的实现,所以我不想多介绍它。你可以把它看成一个解析和构造url的函数。

现在只剩下一件事。既然所有的路由都是类型安全的,那么我们需要一个类型安全的方式匹配路径和action。一种方式是硬编码,比较傻。既然我们已经有了类型敏感的路由,Scala拥有强大的类型系统,为什么不让工作好上加好呢?

我们需要做什么?

  • 解析路径(字符串)为我们的类型
  • 转换路径参数为字符串 (for 反向路由)

如何实现呢?

traitPathParam[T]{ defapply(t: T): String defunapply(s: String): Option[T] } 

apply 将类型T转换成字符串。而 unapply 将字符串转换成 T

下面是两个将路径参数转换成相应类型的例子。

implicit valStringPathParam: PathParam[String] =newPathParam[String] { defapply(s: String) = s defunapply(s: String) = Some(s) }  implicit valBooleanPathParam: PathParam[Boolean] =newPathParam[Boolean] { defapply(b: Boolean) = b.toString defunapply(s: String) = s.toLowerCasematch{ case"1"|"true"|"yes"⇒ Some(true) case"0"|"false"|"no"⇒ Some(false) case_ ⇒ None  } } 

因此可以定制类型作为action (handler)的参数。

上文中一个秘密就是RouteN中的PathParam[A],Route类只关心PathParam,所以使用其它类型创建route是不允许的,编译器出错。

Manifest[A]是Scala编译器提供的一个特殊的类,为类型提供运行时的类型信息。

再提供一个java.util.UUID的路径参数:

implicit valUUIDPathParam: PathParam[UUID] =newPathParam[UUID] { defapply(uuid: UUID) = uuid.toString defunapply(s: String) =try{  Some(UUID.fromString(s))  } catch{ case_ ⇒ None  } } 

现在,让我们检查一下我们的需求:

  • 静态编译 √
  • 静态类型 √
  • 易于使用 √
  • 可扩展 √
  • 反向路由 √
  • 尽可能的类型推断 √
  • 不使用圆括号 √

所有需求都实现。

如果你发现文中有遗漏的地方,或者错误,可以和作者联系 twitter (@iteamon) , teamon on #scala @ irc.freenode.net

你也可以看完整的项目实现: play-navigator

翻译完毕。

其它参考资料

  1. DSLs – A powerful Scala feature
  2. Creating Domain Specific Languages with Scala – Part 1
  3. My First DSL
  4. DSLs in Action
  5. Writing DSLs using Scala. Part 1 — Underlying Concepts
  6. Writing DSLs using Scala. Part II – A simple matcher DSL
  7. Domain-Specific Languages in Scala
  8. scala-sql-dsl

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