Das Javascript-Framework node.js ist eine auf Googles V8 Engine basierende Platform zur Erstellung von performanten und skalierbaren Netzwerkprogrammen. Dabei laufen node.js Programme, anders als mit Javascript sonst üblich, auf der Serverseite. Die gute Performance von node.js bei Netzwerkoperationen beruht vor allem auf der Nutzung von asynchronen Programmierschnittstellen. Allerdings machen solche Programmierschnittstellen den Entwicklern das Leben unnötigerweise schwer und tragen nicht gerade zur guten Wartbarkeit des Codes bei. Wir werden im Verlauf des Artikels noch sehen warum dem so ist.

Der heutige Blogartikel zeigt, dass sich mit der funktionalen Programmiersprache Haskell Netzwerkprogramme mit deutlich besserer Performance als mit node.js schreiben lassen, ohne dass dabei auf ein asynchrones Programmiermodell zurückgegriffen werden muss. Stattdessen wird im üblichen, sequenziellen Stil programmiert und das Laufzeitsystem kümmert sich um die performante Umsetzung auf asynchrone Primitivoperationen.

Der verwendete Benchmark ist eine einfache Serverapplikation, die jede vom Client geschickte Zahl verdoppelt und das Ergebnis an den Client zurückschickt. Mit diesem Benchmark ist das vorgestellte Haskellprogramm im Durchschnitt um Faktor 1,6 schneller als das entsprechende node.js Programm, bei Rückgriff auf eine experimentelle node.js Erweiterung zur Nutzung mehrerer Prozessorkerne schmilzt der Vorsprung der Haskell-Version auf Faktor 1,04, allerdings bringt diese Erweiterung von node.js andere Nachteile mit sich.

Am Ende des Artikels lesen Sie, mit welchen Tricks das Haskell-Laufzeitsystem diesen Speedup erzielt. Ein paar grundlegende Haskell-Kenntnisse schaden zum Verständnis des Artikels nicht, vielleicht möchten Sie sich ja mal unseren Einführungsartikel zu Monaden, das programmierbare Semikolon anschauen. Auch könnten die Artikel zu paralleler Programmierung in Haskell und zur Webprogrammierung in Haskell für Sie interessant sein.

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In einem vorigen Beitrag haben wir aus einzelnen Schnecken eine Schneckenwelt zusammengesetzt und grafisch dargestellt. Bisher haben sich die Schnecken einfach nur stur in gerader Linie bewegt; in diesem Posting wollen wir es etwas interessanter machen und jede Schnecke mit einer Schleimspur ausstatten, und schließlich dafür sorgen, daß andere Schnecken dieser Schleimspur ausweichen. („Der Schleim der anderen Schnecken stinkt!“) Am Ende soll das dann so aussehen:

Diese Erweiterungen verdeutlichen weitere Vorteile der rein funktionalen Programmierung:

• Die explizite Angabe von Abhängigkeiten macht Zusammenhänge zwischen Werten im Programm deutlich und dessen Bedeutung unabhängig von der Auswertungsreihenfolge.

• Der explizite Umgang mit Zeit ermöglicht eine akkurate Simulation der Schneckenwelt.

• Der explizite Umgang mit Identität macht Programme weniger fehleranfällig und einfacher zu debuggen gegenüber imperativen Programmen.

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Unter den Software-Entwicklern gibt es einige, die über die Haskell-Anhänger witzeln: Wenn du mit einem Haskell-Fan sprichst, achte mal darauf, wie viele Minuten es dauert, bis das Wort Monade fällt. Manche Entwickler schließen daraus voreilig, dass man mit Haskell nur arbeiten kann, wenn man weiß, was eine Monade ist.

Viele Haskell-Entwickler nutzen Monaden, ohne viel darüber nachzudenken. Die intuitive do-Notation, die das Arbeiten mit Monaden sehr einfach macht, wird sowohl für die Ein- und Ausgabe als auch z.B. in der häufig verwendeten Parser-Bibliothek parsec und in vielen anderen Bibliotheken genutzt. Monaden nutzen ist eine sehr einfache und bequeme Sache.

Man kann in Haskell also sehr wohl Programme entwickeln, ohne Monaden bis in alle Einzelheiten zu verstehen, aber insbesondere für Real-World-Haskell-Projekte bilden Monaden ein wichtiges Software-technisches Konzept, mit dem wiederverwendbare und modular erweiterbare Software konstruiert werden kann.

Einer der prominentesten Entwicker der Sprache Haskell, Philip Wadler, hat in einer Vortragsdiskussion auf die Frage Wie würden Sie einem Nicht-Haskeller erklären, was eine Monade ist? geantwortet: Ein programmierbares Semikolon.

Diese Antwort bedarf ein wenig Erklärung.

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In einem vorigen Beitrag haben wir das Vorhaben begonnen, eine Schneckenwelt zu implementieren. Zur Erinnerung:

[…] nehmen wir uns ein konkretes Beispiel vor: Es geht um die Simulation und Visualisierung einer Welt (vielleicht für ein Videospiel), in der sich Schnecken bewegen […]. Die Schneckenwelt ist zweidimensional, und wir fangen mit sehr sturen Schnecken an, die sich stets in die gleiche Richtung bewegen und sich nicht davon abhalten lassen.

In diesem Posting kümmern wir uns erst einmal um die individuellen Schnecken, die wir in einem späteren Posting dann in der Schneckenwelt anordnen. In einem dritten Posting werden wir das Programm so erweitern, daß die Schnecken Schleimspuren hinterlassen und den Schleimspuren anderer Schnecken („die stinken“) ausweichen. Das ganze visualisieren wir dann dergestallt, daß es so aussieht:

Wir erweitern den Code vom letzten Mal und ordnen Schnecken in einer Schneckenwelt an:

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Derzeit sind viele Webanwendungen in PHP geschrieben. Die Gründe dafür liegen auf der Hand: Die Entwicklung geht meist sehr schnell, PHP ist einfach zu erlernen und fast alle Webhoster haben mittlerweile Webserver mit PHP-Unterstützung installiert. Allerdings bringt die Verwendung von PHP auch einige Probleme mit sich. Damit eine PHP-Anwendung gut skaliert, sind viele aufwendige Optimierungen notwendig (siehe z.B. HipHop von Facebook). Außerdem ist PHP eine dynamische Sprache, und damit treten viele Fehler erst zur Laufzeit auf. Schließlich ist auch die Validierung von Eingaben und das Escapen von Ausgaben zumeist dem Programmierer selbst überlassen: SQL-Injections, XSS (Einschleusen von Code in fremde Webseiten durch Dritte) und andere Sicherheitslücken werden nicht auf Ebene der Programmiersprache verhindert (siehe zum Beispiel hier).

Deshalb möchte ich an einem kleinen Beispiel erläutern, wie man mit Haskell relativ einfach eine performante, sichere und moderne Webanwendung schreibt. Hierzu werde ich ein einfaches Blog implementieren. Das Blog wird das Erstellen, Anzeigen sowie das Kommentieren von Beiträgen unterstützen.

Um dem Artikel gut folgen zu können sind Grundlagen zu JavaScript, HTTP und Haskell hilfreich.

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