★ 이 책에서 다루는 내용 ★
■ 카테고리 이론과 논리학, 타입 이론, 함수형 프로그래밍 사이의 깊은 연관 관계
■ 고계 함수를 다른 함수에 넘겨주거나 다른 함수로부터 반환받기
■ 코드의 가독성, 확장성, 유지 보수성 향상 방안
■ 데코레이터 패턴을 사용해 잘 동작하는 애플리케이션 합성하기
■ 제네릭의 개념과Go 언어의 제네릭 지원 필요성
■Go 타입과 구조체의 행위를 정의하기 위한 타입 클래스 구현
■ 모나드의 개념 및 비순수 연산 체인화를 위한 모나드 사용법 학습
■ 일체형 애플리케이션을 재사용성 높은 컴포넌트로 나누기
■ 컴포넌트를 관리 가능한 파이프라인으로 재합성하는 방법
■ 코드 여기저기에 흩어져 있는if err != nil 블록 제거하기
★ 이 책의 대상 독자 ★
비프로그래머와 프로그래머 모두를 위한 책으로, 이 책에 담고 있는 많은 정보를 이해하려면 고등학교 교육 수준의 지식만 갖추면 된다. 그리고 이 책에서 다루는 프로그래밍을 위해서는 최소1년의 프로그래밍 경험만 있으면 충분하다. Go나 하스켈을 유창하게 사용한다면 이상적이지만, C/C++, 파이썬, 자바스크립트, 자바, 스칼라, 루비와 같은 언어들을 경험해봤다면 그것으로 충분하다. 명령행을 사용하는 데 조금 익숙해져야 할 필요는 있다.
★ 이 책의 구성 ★
1장. ‘Go로 순수 함수형 프로그래밍하기’에서는선언적 프로그래밍 스타일을 소개하고 피보나치 수열을 통해 재귀와 메모이제이션(memoization), Go의 병행성 구조를 예시한다. 재귀적 코드에 대해 벤치마킹/성능 시험을 하는 방법을 배우며, 몇 가지 나쁜 소식도 전한다.
2장. ‘컬렉션 다루기’에서는데이터 변환 수행을 위한 매개 함수(Map, Filter, Sort)와 종결 함수(Reduce, GroupBy, Join) 사용법을 보인다. 또한Mocha-like BDD라는Go 프레임워크를 사용해 술어 함수를 시험한다. Itertools를 통해 함수형 프로그래밍의 컬렉션 가공 함수를 맛보고 분산 맵리듀스 솔루션인Gleam(Go+LuaJIT+유닉스 파이프(Unix Pipe))을 살펴볼 것이다.
3장. ‘고계 함수 사용하기’에서는27가지의 함수형 프로그래밍 특성을 다룬다. 익명 함수, 클로저(closure), 커링(currying), Either 데이터 타입, 일급 객체 함수, 함수, 함수 합성, 힌들리-밀너(Hindley-Milner) 타입 시스템, 멱등성, 불변 상태, 불변 변수, 람다 식, 리스트 모나드, Maybe 데이터 타입, Maybe 모나드, 모나드 오류 처리, 부수 효과, 연산자 오버로딩, option 타입, 매개변수 다형성, 부분 함수 적용, 재귀, 참조 투명성, sum 또는union 타입, 꼬리 호출 최적화, 타입 클래스, 유닛 타입 등이다. 또한 제네릭(generic)의 예제를 보이고, 함수형 프로그래밍 프로그래머들에게 어떠한 가치가 있는지 설명한다. Map과Filter, Reduce 함수를 구현해보고, 고루틴과 채널을 이용해 느긋한 계산(lazy evaluation)을 구현해본다.
4장. ‘Go로 하는SOLID 설계’에서는 왜 고퍼(Gopher)들이 자바를 지긋지긋하게 여기는지 논한다. 또한 좋은 소프트웨어 설계의 원칙, 단일 책임 원칙 적용법, 함수 합성, 개폐 원칙, 함수형 프로그래밍 계약, 덕 타이핑(duck typing)을 다룬다. 인터페이스를 이용한 행위 모델링, 인터페이스 분리 원칙 및 내장 인터페이스를 이용한 소프트웨어 합성에 대해서도 다룬다. 퍼플 모노이드 체인(purple Monoid chain)을 통해 결합법칙을 배우고 모나드 체인 연속체라는 커다란 발견에 도달한다.
5장. ‘데코레이션으로 기능 추가하기’에서는Go의 기본Reader, Writer 인터페이스를 이용한 인터페이스 합성에 대해 설명한다. 이어서 절차적 설계와 함수형 제어 역전(IoC)을 비교한다. Authorization, Logging, LoadBalancing이라는 데코레이터를 구현해보며, 데코레이터 패턴들이 실제 어떻게 사용되는지를 확인하기 위해 쉬운 측정 기준을 추가한다.
6장. ‘함수형 프로그래밍을 아키텍처에 적용하기’에서는 계층적 아키텍처를 이용해 응용 프레임워크를 개발하며, 이를 통해 순환 의존 오류를 해결한다. 할리우드 원칙의 적용법을 배우며, 옵저버 패턴과 의존성 주입 사이의 차이점을 살펴본다. 제어 역전을 사용해 논리 흐름을 제어하고 계층적 응용을 개발한다. 효과적인 표 중심 프레임워크를 개발하고 응용 소프트웨어의API도 테스트해본다.
7장. ‘함수형 매개변수’에서는 자바와 객체 지향 프로그래밍을 통해 배운 많은 사항이 왜Go에서는 통용되지 않는지를 알려주고, 함수형 옵션을 통해 긴 매개변수 목록을 재구성하는 방법을 가르쳐주며, 커링과 부분 함수 적용의 차이점을 이해하도록 돕는다. 부분 적용을 통해 더 적은 인자 수를 갖는 새 함수를 생성하는 방법을 배울 것이다. 문맥(context)을 이용해 우아하게 서버를 끄거나, 문맥을 이용해 장기간 실행 중인 긴 데이터베이스 트랜잭션을 실행 취소하고 복구하는 방법을 배운다.
8장. ‘파이프라인을 이용한 성능 향상’에서는 데이터 흐름 타입(Read, Split, Transform, Merge, Write)을 다루며, 데이터 변환 파이프라인을 언제 어떻게 개발할지를 배운다. 버퍼링을 통해 데이터 처리율을 높이고, 고루틴과 채널을 이용해 처리 속도를 향상시키는 방법을 배운다. 또한 인터페이스를 이용해 API 가독성을 향상하고, 몇몇 유용한 필터를 구현해본다. 또한 신용카드 변경 처리를 위해 설계한 명령형 파이프라인 및 함수형 파이프라인을 구현해보고 비교한다.
9장. ‘함자, 모노이드, 제네릭’에서는Go가 제네릭을 지원하지 않아서 다행인 점을 설명한다. 코드 생성 도구를 이용해서 반복적이고 늘 채워야 하는 코드로 인해 발생하는 문제를 해결한다. 함수 합성으로 깊이 들어가서 함자(functor)를 몇 개 구현해보고, 실제로 어떻게 매핑되는지 배운다. 또한 송장 처리 모노이드(monoid) 구현을 위한 리듀스(reduce) 함수 작성법도 배운다.
10장. ‘모나드, 타입 클래스, 제네릭’에서는 모나드의 동작을 보여주며, 바인드(bind) 연산을 이용한 함수 합성법도 소개한다. 모나드가 오류를 처리하는 법, 입출력을 다루는 법도 살펴보고, Go로 모나드 작업 흐름을 어떻게 구현하는지 쫓아가본다. 람다 계산이 무엇이고 모나드와 어떤 관련이 있는지를 소개하며, 람다 계산을 통한 재귀 구현 방법과Go에서의Y-컴비네이터(Y-combinator) 작동법도 함께 다룬다. 그다음에는Y-컴비네이터를 사용해 작업 흐름을 제어해보고 파이프라인 종단에서 모든 오류를 처리하는 방법을 배운다. 타입 클래스가 어떻게 쓰이는지 알아본 후, Go를 이용해 몇 개의 타입을 구현해보고, 마지막으로Go에서 제네릭을 지원할 경우의 장단점을 짚어본다.
11장. ‘카테고리 이론의 적용’에서는 카테고리 이론에 대한 실용적 이해를 제공한다. 카테고리 이론과 논리학, 타입 이론 사이의 깊은 연관성을 배운다. 함수형 프로그래밍의 역사를 훑어보고 그에 대한 이해를 높인다. 여기서는 벤 다이어그램을 사용해 프로그래밍 언어의 다양한 카테고리를 설명한다. 람다 식 관점에서 바인딩, 커링, 적용이 의미하는 바를 알게 되고, 람다 계산이 초콜릿 우유와 같다는 사실도 알게 된다. 타입 시스템이 함수형 프로그래밍을 함의한다는 것을 설명하며, 준동형의 다양한 분류를 소개하고 언제 사용할 수 있는지 알려준다. 또한 수학과 축구공의 공중 궤적을 통해 다형성에 대한 이해도를 높인다. 일차함수와 이차함수를 통해 함수 합성을 다루며, 인터페이스 중심 개발을 배운다. 지식 기반 시스템의 가치를 살펴보고, 카테고리 이론에 대해 이해한 바를 더 나은 응용 소프트웨어 개발에 어떻게 적용할지 알아본다.
부록. ‘다양한 정보와 따라 하기’에서는 이 책의Go 프로젝트를 빌드하고 실행하기 위해 내가 제안하는 바를 설명한다. 또한Go에 변경을 제안하는 방법을 살펴보고, 한 장소에서 오류를 처리하도록 하는Go 호환 방법(이른바 규칙적 작업 흐름 솔루션(lexical workflow solution))을 설명한다. Go 언어에 대한 피드백을 제출할 곳과 함수형 프로그래밍 참고 자료 페이지를 제공하고, 명안도-카탈랑 수(Minggatu-Catalan Number)에 대해 설명한다.
지은이의 말
최근까지도 Go와 함수형 프로그래밍(Functional Programming)의 조합에 대해서는 "하지 마."라는 반응이 주를 이뤘다.
함수형 프로그래밍은 멀티 코어, 병렬 처리에 안성맞춤이다. Go는 병행성(concurrency) 지원이 훌륭하고(고루틴, 채널 등), 이미 모든 종류의 CPU 코어와 호환된다. 함수형 프로그래밍은 복잡도를 낮춘다. 간결함은 Go의 가장 큰 힘이다.
Go에 함수형 프로그래밍을 적용할 경우, 어떤 점으로 인해 소프트웨어 응용이 실질적으로 개선될까? 함수형 프로그래밍은 다음을 제공한다.
■ 합성: 함수형 프로그래밍은 응용 소프트웨어를 작은 빌딩 블록으로 나누고 재구성하기 위한 방법을 보여준다.
■ 모나드: 모나드(monad)를 사용하면 작업 흐름을 데이터 변환 파이프라인의 형태로 안전하게 정돈할 수 있다.
■ 오류 처리: 관용적 Go 코드들과의 호환성을 유지하면서 모나드 오류 처리를 활용할 수 있다.
■ 성능: 참조 투명성이 보장되면, 함수를 한 번 실행한 후 재실행할 때 앞서 계산한 값을 재사용할 수 있다.
■ 표현력 높은 코드: 함수형 프로그래밍은 코드의 비즈니스 목표를 간결하게 표현하게 해준다. 함수가 하는 일을 선언할 수 있도록 하되, 매 함수 호출마다 오류 검사를 끼워 넣는 번잡함을 줄이고 상태 변화를 추적할 필요를 없앤다(순수 함수는 곧 불변 변수를 뜻한다).
■ 단순한 코드: 공유 데이터가 없다는 것은 세마포어, 락, 경쟁 조건, 데드락을 다루지 않아도 된다는 의미다.
많은 이들이 함수형 프로그래밍의 핵심을 파악하는 데 어려움을 겪는다. 나도 그랬다. 하지만 이해하고 나니 이 책을 쓰게 됐다. 함께 여행을 떠나보자. 앞으로 수백 개의 도표와 이해하기 쉬운 설명을 보게 될 것이며, Go로 함수형 프로그래밍을 구현하게 될 것이다.
나는 축구 코칭을 즐긴다. 내가 코치로서 성공했는지를 시험하고자 사용한 리트머스 용지는 다음과 같은 질문 하나다. '다음 시즌에도 모든 수강생이 이어서 등록하고 나를 코치로 지명했는가?' 실전에서 계획하듯 나는 각 장에 들어갈 내용을 기획했고, 간단한 개념으로부터 시작했다. 이 책을 읽어라. 그러면 "이해했어."라고 말할 수 있게 될 것이다. 함수형 프로그래밍 스킬을 향상시키고자 한다면, 이 책이 딱이다.
옮긴이의 말
많은 개발자들이 소프트웨어의 신뢰성, 성능, 생산성 향상을 위한 돌파구를 찾고자 함수형 프로그래밍 패러다임에 관심을 갖기 시작했다. 특히 C++와 자바 8에 람다 개념이 도입되고, 구글이나 아파치 하둡 프로젝트 등이 빅데이터 처리에 맵리듀스 개념을 활용하면서 그러한 관심이 더욱 고조됐다. 서점 진열대를 채우기 시작한 함수형 언어나 패러다임 관련 서적을 세다 보면, 바야흐로 함수형 패러다임의 시대가 도래한 것일까 궁금해진다.
함수형 프로그래밍은 부수 효과를 줄여 예측하지 못한 버그나 오류 발생을 줄인다. 실행 순서와 관계없이 항상 같은 결과를 만들어내는 함수들의 결합으로 프로그램을 구성할 수 있으므로 병렬 처리에 적합하다. 한번 익숙해지고 나면, 절차적 프로그래밍 방식에 비해 설계를 구체화하고 모듈화하기에도 쉽다.
함수형 방식을 사용하면 이러한 장점이 있음에도, 한동안 함수형 프로그래밍은 소수의 개발자들이나 프로그래밍 언어를 공부하는 학생들의 전유물이었다. 우선은 프로그래밍을 위해 하스켈, ML, 얼랭(Erlang) 등 그다지 대중적이지 않은 언어의 문법을 새로 익혀야 했고, 레거시 코드와 함께 쓰는 것도 쉽지 않았기 때문이다. 언어 학습에 도움이 될 만한 예제 코드들을 구하기도 어려웠다.
이 책은 함수형 프로그래밍을 배우고 싶었으나 가파른 진입 장벽에 좌절하고 포기해온 개발자들을 위한 선물이다. 저자는 나날이 대중화되고 있는 Go 언어를 사용해 독자들을 함수형 프로그래밍의 세계로 차근차근 이끌어준다. 함수형 프로그래밍 패러다임의 주요한 요소들을 하나하나 짚어가며 예제 코드와 함께 소개할 뿐 아니라 카테고리 이론, 모나드 등과 같은 심도 깊은 개념 역시 빼놓지 않고 친절하게 설명한다. 이미 Go 언어의 문법을 익혀온 개발자라면 책을 읽는 것만으로도 함수형 프로그램에 대한 영감을 얻을 수 있을 것이다.
물론 Go 언어를 처음 접하는 독자들에게도 이 책을 권하고 싶다. 이 책과 함께하는 데 커다란 용기나 굳은 다짐은 필요 없다. 우선 1장을 펼쳐보자. Go 언어의 문법이 C 언어와 많이 다르지 않을 뿐더러, 책의 예제에서 사용하는 Go 프로그래밍 문법들은 평이하므로 익히기가 어렵지 않다. 자전거를 탈 때처럼 익숙해지기까지 시간이 조금 필요할 뿐, 저자가 제공하는 예제들을 하나씩 따라 하다 보면 Go 문법과 함수형 패러다임이 어느새 손에 익을 것이다. 이제 막 프로그래밍을 시작한 학생들이라면 차라리 잘됐다. 아예 함수형 프로그래밍 방식으로 개발의 첫걸음을 떼는 것이 바람직할 수 있다.
부디 이 책을 통해 함수형 사고에 익숙한 Go 개발자들이 많아지면 좋겠다.
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