Hướng dẫn học lập trình Clojure cơ bản cho người mới

Clojure là gì và ai dùng nó

Clojure do Rich Hickey tạo ra và phát hành lần đầu năm 2007. Nó là một phương ngữ Lisp: mọi biểu thức là một danh sách mà phần tử đầu tiên là hàm hoặc toán tử, ví dụ (+ 1 2). Nó biên dịch ra bytecode JVM nên có thể gọi trực tiếp bất kỳ thư viện Java nào. ClojureScript biên dịch cùng ngôn ngữ đó sang JavaScript cho trình duyệt và Node.js.

Clojure được dùng cho dịch vụ web backend, đường ống xử lý dữ liệu và hệ thống nghiệp vụ nội bộ, nhất là ở nơi các nhóm coi trọng dữ liệu bất biến và phát triển tương tác. Lập trình viên thường làm việc trong REPL (vòng lặp đọc-đánh giá-in) kết nối với trình soạn thảo, đánh giá từng biểu thức một khi chương trình đang chạy.

Cài Clojure và chạy Hello, world

Cài môi trường chạy Java (JDK 17 trở lên là lựa chọn an toàn), rồi cài công cụ Clojure CLI từ clojure.org (Homebrew trên macOS, script cài đặt trên Linux, hoặc trình cài đặt cho Windows). CLI cung cấp hai lệnh: clj (REPL có chỉnh sửa dòng) và clojure (để chạy chương trình).

;; hello.clj
(println "Hello, world!")

clojure -M hello.clj
# Hello, world!
clj
# user=> (+ 1 2)
# 3

Dự án thực tế giữ các thư viện phụ thuộc trong tệp deps.edn và mã nguồn dưới src/, mỗi tệp một namespace. Leiningen (lein) là công cụ build cũ hơn nhưng vẫn phổ biến, dùng tệp project.clj.

Giá trị, kiểu và tên

Clojure có kiểu động. def gắn một tên toàn cục (var) và let gắn các tên cục bộ. Giá trị không đổi sau khi được tạo: không có câu lệnh gán.

(def pi-approx 3.14159)
(let [r 2
      area (* pi-approx r r)]
  (println "Area:" area))
;; Area: 12.56636
(str "a" 1 :b)   ;; => "a1:b"

Điều khiển luồng

Trong Clojure mọi thứ là biểu thức trả về giá trị, kể cả if. if nhận đúng một dạng "then" và một dạng "else"; dùng when cho nhiều hiệu ứng phụ mà không có nhánh else, và cond cho nhiều điều kiện.

(defn grade [score]
  (cond
    (>= score 90) "A"
    (>= score 80) "B"
    :else         "C"))
(println (grade 85))            ;; B
(when (pos? 5) (println "positive") :done)
(doseq [x [1 2 3]] (println (* x x)))   ;; 1 4 9
(for [x (range 5) :when (odd? x)] (* x 10))   ;; => (10 30)
(loop [i 0 acc 0]
  (if (< i 5) (recur (inc i) (+ acc i)) acc))   ;; => 10

Không có vòng lặp for với biến đếm mà bạn thay đổi. doseq chạy hiệu ứng phụ cho từng phần tử, for tạo một dãy lười (list comprehension), và loop/recur diễn tả phép lặp mà không làm ngăn xếp gọi hàm phình ra.

Hàm

Định nghĩa hàm có tên bằng defn. Một hàm có thể có nhiều arity (số đối số khác nhau), và #(...) là dạng ngắn cho hàm ẩn danh nhỏ, trong đó % là đối số.

(defn greet
  ([] (greet "world"))
  ([name] (str "Hello, " name "!")))
(greet)          ;; => "Hello, world!"
(greet "Ana")    ;; => "Hello, Ana!"
(defn sum-all [& nums] (reduce + nums))
(sum-all 1 2 3)  ;; => 6
(map #(* % %) [1 2 3])        ;; => (1 4 9)
(filter even? (range 10))     ;; => (0 2 4 6 8)

Hàm là giá trị: bạn có thể truyền chúng cho map, filter và reduce, trả về từ hàm khác và lưu trong map.

Collection: danh sách, vector, map và set

Bốn collection lõi của Clojure đều bất biến và bền vững (persistent): "thay đổi" một collection sẽ trả về phiên bản mới dùng chung phần lớn cấu trúc với bản cũ, nên cập nhật rất rẻ.

(def user {:name "Ana" :age 30})
(:name user)                   ;; => "Ana"
(assoc user :email "[email protected]")   ;; new map with :email
(update user :age inc)         ;; => {:name "Ana", :age 31}
(conj [1 2] 3)                 ;; => [1 2 3]
(contains? #{:red :green} :red) ;; => true
(get-in {:a {:b 1}} [:a :b])   ;; => 1
user                           ;; unchanged: {:name "Ana", :age 30}

Tính năng đặc trưng: threading macro, atom và macro

Threading macro giúp đường ống dữ liệu đọc từ trên xuống dưới. -> chèn kết quả trước đó làm đối số đầu tiên của dạng kế tiếp; ->> chèn nó làm đối số cuối cùng.

(->> (range 1 11)
     (filter odd?)
     (map #(* % %))
     (reduce +))   ;; => 165
(def counter (atom 0))
(swap! counter inc)
(swap! counter + 10)
@counter           ;; => 11
(defmacro unless [test & body]
  `(if ~test nil (do ~@body)))
(unless false (println "runs"))

Atom giữ trạng thái có thể thay đổi: swap! áp dụng một hàm một cách nguyên tử, nên dùng an toàn từ nhiều luồng. Ref và agent xử lý các trường hợp đồng thời khác. Vì mã là dữ liệu (danh sách), macro có thể biến đổi mã trước khi biên dịch; when, cond và -> bản thân cũng là macro.

Xử lý lỗi

Clojure dùng ngoại lệ JVM với try, catch và finally. Để gắn dữ liệu vào lỗi, hãy ném ex-info và đọc lại dữ liệu bằng ex-data.

(defn parse-age [s]
  (let [n (Long/parseLong s)]
    (when (neg? n)
      (throw (ex-info "Age must not be negative" {:value n})))
    n))
(try
  (parse-age "-5")
  (catch clojure.lang.ExceptionInfo e
    (println (ex-message e) (ex-data e)))
  (catch NumberFormatException _
    (println "not a number")))
;; Age must not be negative {:value -5}

Một chương trình hoàn chỉnh nhỏ: tần suất từ

(ns wordcount
  (:require [clojure.string :as str]))
(defn word-counts [text]
  (->> (str/split (str/lower-case text) #"\W+")
       (remove str/blank?)
       frequencies
       (sort-by val >)))
(doseq [[word n] (take 2 (word-counts "The cat and the hat and the bat"))]
  (println word n))
;; the 3
;; and 2

Chương trình chuyển văn bản sang chữ thường, tách theo ký tự không phải ký tự từ bằng literal biểu thức chính quy #"\W+", đếm từng từ bằng frequencies (trả về một map), và sắp xếp các mục theo số lần giảm dần.

Học tiếp ở đâu

• Các hướng dẫn chính thức tại clojure.org: Getting Started, Learn Clojure và hướng dẫn deps.edn.
• Các trang tham chiếu Clojure về cú pháp reader, special form và cấu trúc dữ liệu.
• Thiết lập trình soạn thảo với REPL kết nối (ví dụ Calva cho VS Code, CIDER cho Emacs hoặc Cursive cho IntelliJ).
• Thử ClojureScript nếu bạn muốn nhắm tới trình duyệt.