Flix – Güçlü bir etki odaklı programlama dili

• Flix, Aarhus University ve açık kaynak topluluğu tarafından geliştirilen etki odaklı bir dil olup fonksiyonel, emperatif ve mantıksal programlamayı tek bir dilde birleştirir
• Merkezinde, yan etkileri tür seviyesinde ele alan bir etki sistemi bulunur; saflık takibi, kullanıcı tanımlı etkiler, handler'lar ve çoklu yeniden başlatmalarla modülerliği ve akıl yürütülebilirliği artırır
• Dilin yüzeyi; cebirsel veri tipleri, desen eşleme, genişletilebilir kayıtlar, trait'ler, higher-kinded type'lar, ilişkili tipler ve etkiler, yapısal eşzamanlılık, Java birlikte çalışabilirliği ve yerleşik Datalog dahil olmak üzere oldukça geniştir
• Standart kütüphane 3.100'den fazla fonksiyon sunar ve Maven üzerinden Java ekosistemine de erişebildiği için yalnızca araştırma dili olarak kalmayan bir kullanım alanını hedefler
• Derleyici JVM bytecode'unu hedefler ve paralel, artımlı bir yapıya sahiptir; 24 çekirdekli bir makinede 5x–7x hız artışı ile Apple M2 Pro/OpenJDK 21 temelinde 60,159 lines/sec işleme hızını öne çıkarır

---

Flix'in dil yönelimi

• Flix, ilke temelli etki odaklı bir dil olarak fonksiyonel, emperatif ve mantıksal programlamayı birleştirir
• Geliştiricileri Aarhus University ve açık kaynak katkıcılar topluluğudur
• Etki sistemi, yan etkileri açıkça modelleyerek modülerlik ve program üzerinde akıl yürütmeye yardımcı olan statik tipli dilin temel eksenlerinden biridir
• Kullanıcı tanımlı etkiler ve handler'lar sayesinde programcılar denetim yapılarını doğrudan kendileri uygulayabilir
• Flix, etki odaklı diller arasında olgun bir uygulama, geniş bir standart kütüphane, ayrıntılı dokümantasyon ve araç desteğini güçlü yönleri olarak öne çıkarır

Tipler, saflık ve etki sistemi

• Flix, fonksiyonel programlamanın temel öğeleri olan cebirsel veri tipleri ve desen eşlemeyi destekler
• Tuple ve kayıtları yerleşik olarak destekler; kayıtlar yapısal tipleme kullanır ve genişletilebilir yapıdadır
• Derleyici, programdaki tüm ifadelerin saflığını hassas biçimde takip eder
  • Bir ifade safsa, yan etkisi olmadığı ve referans şeffaflığı sağladığı garanti edilir
• Higher-order function'larda da etki çok biçimliliği sayesinde saflık izlenir
  • Örneğin List.map'in saflığı, argüman olarak aldığı f fonksiyonunun saflığına bağlıdır
• Cebirsel etkiler, kullanıcı tanımlı etkileri ve handler'ları mümkün kılar
  • Flix özellikle multi-shot resumptions desteği sunar
  • Etki handler'ları, program üzerinde akıl yürütmeyi, modülerliği ve test edilebilirliği artırmak için kullanılır

Bölge tabanlı değişim ve saflığın yansıtılması

• Flix, bölge tabanlı yerel değişimi destekler; böylece içeride değiştirilebilir durum ve yıkıcı işlemler kullanılırken dışarıdan saf fonksiyon gibi görünen yapılar kurulabilir
• Bu, değiştirilebilir veriyle yazılması daha doğal olan fonksiyonlar ya da sıralama algoritmaları gibi değiştirilebilir veri yapılarının daha verimli olduğu durumlar için uygundur
• Saflığın yansıtılması, higher-order function'ların fonksiyon argümanının saflığını inceleyip buna göre davranışını değiştirdiği bir metaprogramlama yapısıdır
  • DelayList.map, argüman fonksiyonun saflığına göre anında değerlendirme ile tembel değerlendirme arasında geçiş yapar
  • Kütüphane içinde tembel değerlendirme ya da paralel değerlendirme seçmeli olarak kullanılsa bile istemci açısından anlam değişmeyebilir

Paralellik, eşzamanlılık ve soyutlama

• Flix, saf kodun paralel değerlendirilmesini kolaylaştırır ve par yapısıyla List.map'in paralel bir uygulaması yazılabilir
• par yapısı içeride hafif VirtualThread kullanır
• Yapısal eşzamanlılığı destekler; belirli bir bölge içinde oluşturulan thread'ler o bölgenin yaşam döngüsünün dışına çıkıp yaşamaya devam edemez
  • Örnekte rc adlı yeni bir bölge içinde iki thread oluşturulur
  • Denetim akışı, iki thread de sona ermeden o bölgeden çıkmaz
• Ortak işlemleri destekleyen tip soyutlamalarında trait kullanılır
  • Eq trait'i eşitlik kavramını ifade eder ve standart kütüphanenin genelinde kullanılır
• Higher-kinded type'lar ile type constructor'lar soyutlanabilir
  • Option ve List her ikisi de Foldable uygular
  • Standart kütüphane Monoid, Functor, Foldable gibi ortak trait'ler içerir

İlişkili tipler, ilişkili etkiler ve for-yield

• Flix, örnek imzasındaki tiplerin örnek tipine bağlı olabilmesini sağlayan ilişkili tipleri destekler
  • Coll trait'i örneğinde ilişkili tip Elm, her koleksiyon örneğinin eleman tipini tanımlayabilmesini sağlar
• İlişkili etkiler, trait üyelerinin etkisinin örnek tipine bağlı olmasını sağlar
  • Saf işlemler ile etkili işlemleri, değiştirilebilir veri yapıları ile değiştirilemez veri yapılarını birlikte soyutlamayı kolaylaştırır
  • Coll trait'ine ilişkili etki Aef eklendiğinde değiştirilebilir koleksiyon örnekleri de eklenebilir
• forM-yield, Scala'daki for-comprehension ve Haskell'deki do gösterimine benzer monadik bir yapıdır
  • Monad trait'inin sunduğu point ve flatMap için sözdizimsel şekerdir
• forA, Applicative trait'i tabanlı applicative bir ifadedir
  • Validation[e, t] veri tipini kullanan hata işleme kodlarını daha kolay yazmayı sağlayan bir yapıdır

Java birlikte çalışabilirliği ve Datalog

• Flix, Java Standard Library ve Java ekosistemindeki kodları yeniden kullanmayı sağlayan Java birlikte çalışabilirliği sunar
  • Buna Maven üzerinden ekosisteme erişim de dahildir
  • Nesne oluşturma, metot çağırma, istisnalar ve sınıf/arayüz genişletme desteklenir
• Yerleşik Datalog desteği, Flix'in ayırt edici özelliklerinden biridir
  • Datalog, grafik erişilebilirliği problemleri dahil çeşitli fixed-point problemlerini kısa ve öz biçimde ifade edebilir
• Datalog kısıtları birinci sınıf değerlerdir
  • Fonksiyonlara geçirilebilir veya fonksiyonlardan döndürülebilir
  • Veri yapılarında saklanabilir
  • Diğer Datalog kısıtlarıyla birleştirilip çözülebilir
  • Bu sayede Datalog program aileleri ifade edilebilir
• Flix, lattice anlambilimiyle zenginleştirilmiş Datalog kısıtlarını da destekler
  • Bunun için parça ve alt bileşenlerin teslim tarihlerini hesaplayan bir örnek verilir
  • Bir otomobil şasi ve motora bağlıdır; her bileşenin montajı beklendikten sonra otomobil monte edilebilir
  • Alt bileşenler de başka alt bileşenlere bağlı olabildiğinden problem özyinelemelidir
• Lattice anlambilimi içeren Datalog kısıtları Flix'in ileri düzey özelliklerinden biridir ve lattice teorisi ile fixed-point konusunda arka plan bilgisi gerektirir

Standart kütüphane ve özellik listesi

• Flix, 3.100'den fazla fonksiyon sunan bir standart kütüphane içerir
  • List modülü 100'den fazla fonksiyon sağlar
  • Foldable trait'i 47'den fazla fonksiyon sağlar
  • Tüm kütüphane api.flix.dev üzerinden incelenebilir
• Özellik listesi şunları içerir
  • Cebirsel veri tipleri, desen eşleme, birinci sınıf fonksiyonlar
  • Genişletilebilir kayıtlar, parametreli çok biçimlilik
  • Trait'ler, higher-kinded type'lar, ilişkili tipler ve etkiler
  • Etki çok biçimliliği ve alt etkiler, saflığın yansıtılması
  • CSP tarzı eşzamanlılık, tamponlu ve tamponsuz kanallar
  • Birinci sınıf Datalog kısıtları, Java birlikte çalışabilirliği
  • Unboxed ilkel tipler, anahtar sözcük tabanlı sözdizimi
  • forM, forA, ifade hole'ları
  • JVM bytecode derleme, tam tail-call elimination
  • Esnek ve paralel derleyici mimarisi, insan tarafından kolay okunabilen hatalar

Derleyici mimarisi ve performans

• Flix derleyicisi esnek, artımlı ve paralel bir mimariye sahiptir
• Tüm derleyici aşamaları paraleldir ve 24 çekirdekli makinelerde her aşamanın hız artışından yararlanılabilir
• Çok çekirdekli makinelerde 5x–7x hız artışı mümkündür
• Aynı derleyici örneğinde daha önce derlenmiş kod yeniden derlendiğinde, artımlı derleme ile kayda değer hız kazanımları elde edilebilir
• Apple M2 Pro 10 çekirdekli CPU ve OpenJDK 21 temel alınarak verilen performans değerleri şöyledir
  • Toplam derleyici verimi: 60,159 lines/sec
  • Yalnızca frontend verimi: 140,382 lines/sec
  • Yeniden üretim komutları: java -jar flix.jar Xperf --n 21 ve java -jar flix.jar Xperf --frontend --n 21
• Bu performans, tip ve etki çıkarımı, monomorfizasyon ve tüm program optimizasyonu gibi maliyetli dil özellikleri desteklenirken elde edilmiştir
• Derleyici performansı esas olarak CPU performansı ve bellek bant genişliği tarafından belirlenir

Visual Studio Code desteği ve araç entegrasyonu

• Flix derleyicisi, geliştirme ortamı sağlamak için Visual Studio Code ile entegre çalışır
• VSCode eklentisi doğrudan gerçek Flix derleyicisini kullandığı için eklenti ile derleyici arasında 1:1 eşleşme vardır
  • VSCode hata bildirmiyorsa hata yoktur
  • Hata yokken VSCode sahte hata bildirmez
• VSCode eklentisi şu özellikleri destekler
  • Anlamsal sözdizimi vurgulama
  • Satır içi derleyici hata tanıları
  • Yazarken otomatik tamamlama, bağlama duyarlı otomatik tamamlama, trait örneği otomatik tamamlama, tipe dayalı hole tamamlama
  • Snippet'ler ve inlay hint'ler
  • İfadelerin tipini ve etkisini gösteren hover
  • Fonksiyonlara, yerel değişkenlere ve enum tanımlarına gitme
  • Fonksiyon, yerel değişken ve enum başvurularını bulma ile trait implementasyonlarını bulma
  • Belge ve çalışma alanı sembol listeleri
  • Yerel değişken ve fonksiyon adlarını yeniden adlandırma
  • Editörden main çalıştırma ve test çalıştırma
• Flix, birçok aracı doğrudan derleyicinin içine yerleşik olarak sunar
  • OCaml; LSP için ocaml-lsp, REPL için utop, build aracı olarak dune, paket yöneticisi olarak opam kullanır
  • Haskell; LSP için HLS, REPL için ghci, build aracı ve paket yöneticisi olarak cabal, stack, paket deposu olarak Hackage kullanır
  • Flix ise derleyici, LSP, REPL, build aracı ve paket yöneticisini tek başına flix olarak sunar; paket deposu GitHub'dır

Geliştirme durumu, JVM hedefi ve proje ölçeği

• Flix, Danimarka'daki Aarhus University'de programlama dilleri araştırmacıları tarafından geliştirilip sürdürülmektedir
• İş birliği yapılan kurumlar Kanada'dan University of Waterloo, Almanya'dan University of Tubingen ve Danimarka'dan Copenhagen University olarak belirtilir
• Dünya çapındaki açık kaynak katkıcı topluluğunun geliştirmeye katılımı artmaktadır ve katkılar teşvik edilmektedir
• Proje istatistikleri şöyledir
  • Birleştirilen Pull Request sayısı: 4.900'den fazla
  • Çözülen issue sayısı: 3.100'den fazla
  • Katkıcı sayısı: 70'ten fazla
  • Derleyici kod tabanı: 272.000'den fazla satır
• Flix, JVM'i hedefler
  • JVM için OpenJDK, J9, Azul, Graal gibi doğrulanmış açık kaynak ve ticari uygulamalar vardır
  • Mac, Linux ve Windows'ta kullanılabilir
  • Modern JVM'ler çeşitli güncel garbage collector'lar sunar
  • Java 21'deki hafif thread'ler dahil, eşzamanlılık ve paralellik desteği güçlüdür
  • Hata ayıklayıcı ve profiler dahil araç desteği vardır
  • Maven entegrasyonu sayesinde Java platformunun zengin paket ekosistemine erişilebilir
• Toplam fonlama 1,1 milyon avro düzeyindedir ve bu, projenin sürekliliğini ve bağımsızlığını güvence altına almaya yardımcı olur