Julia (язык программирования)

Обсуждение необходимости создания нового языка началось в августе 2009 года. Стефан Карпински, к тому времени поработавший с математическим пакетом Matlab и языком программирования R, испытывал неудовлетворённость их ограничениями. И после того, как Вирал Шах познакомил его с Джеффом Безансоном, все трое принялись обсуждать концепцию нового языка. Для выбора женского имени в качестве названия языка, как пояснял в интервью ведущий разработчик языка Стефан Карпински, «особой причины не было», разработчикам просто «понравилось это имя»^[7]. Первая открытая версия была опубликована в феврале 2012^[9][10].

Основной задачей при создании была разработка универсального языка, способного работать с большим объёмом вычислений и при этом гарантировать максимальную производительность. Поскольку большой объём вычислений выполняется именно в облачных средах, то в языке была сразу реализована поддержка облаков и параллельного программирования как замена механизму MPI^[7].

В языке была изначально реализована модель построения больших параллельных приложений, основанная на глобальном распределенном адресном пространстве. Такая модель подразумевает возможность производить операции (в том числе и их передачу между машинами) со ссылкой на объект, расположенный на другой машине, также участвующей в вычислениях. Этот механизм позволяет отслеживать, какие вычисления на каких системах выполняются, а также подключать к производимым вычислениям новые машины^[7].

Согласно официальному сайту, основные возможности языка:

• мультиметод: обеспечивает возможность определять поведение функции в зависимости от типа передаваемых аргументов;
• динамическая типизация;
• производительность, сравнимая со статически типизированными языками, такими как Си;
• встроенная система управления пакетами;
• макросы и другие возможности метапрограммирования;
• вызов Python-функций при помощи PyCall
• вызов си-функций напрямую: без дополнительных надстроек и API;
• богатые возможности для управления другими процессами;
• поддержка параллельных и распределённых вычислений;
• сопрограммы: легковесные зелёные потоки;
• возможность определять дополнительные типы, не уступающие в скорости и удобстве встроенным;
• удобные и расширяемые преобразования для числовых и других типов;
• поддержка Юникода, включающая UTF-8 (но не ограничивающаяся им).

Пример функции:

function mandel(z; maxiter = 80)
    c = z
    for n = 1:maxiter
        abs(z) > 2 && return n-1
        z = z^2 + c
    end
    maxiter
end

function randmatstat(t)
    n = 5
    w = v = zeros(t)
    for i = 1:t
        a = randn(n,n)
        b = randn(n,n)
        c = randn(n,n)
        d = randn(n,n)
        P = [a b c d]
        Q = [a b; c d]
        v[i] = trace((P.'*P)^4)
        w[i] = trace((Q.'*Q)^4)
    end
    std(v)/mean(v), std(w)/mean(w)
end

Пример параллельного вычисления 100.000.000 результатов случайного подбрасывания монеты:

nheads = @parallel (+) for i=1:100000000
  randbit()
end

В декабре 2011 года Стефан Бойер предложил идею графической реализации языка, которая облегчит работу с ним математикам и другим учёным, не обладающими навыками программирования и работы в Unix-средах. Идея Бойера заключалась в переходе от отправки команд вычислительному кластеру к простой работе с браузером. При этом, клиентская часть, реализующая в том числе и графический интерфейс и платформу для построения графиков, может быть реализована при помощи таких современных (на тот момент) технологий как HTML5, SVG и AJAX^[11].

Для реализации своей идеи Бойер использовал серверную часть, написанную на языке Julia, которая при помощи специального менеджера сессий протокола SCGI взаимодействует с веб-сервером на базе lighttpd. Подобный подход позволил довольно несложным путём реализовать концепцию REPL, обладающую следующими возможностями: построение графиков на основе вычислений функций, одномерных массивов и наборов точек любого числового типа; удобство работы со средой (автоматическое определение размера окон и так далее); расширяемость и кросс-платформенность между браузерами. Функции для построения графиков в такой среде могут задаваться несколькими способами:

plot(sin, -pi, pi)

или

plot([0.0, 0.1, 0.4, 0.3, 0.4])

^[11].

Julia Studio — первая настольная интегрированная среда разработки для Julia^[12], впоследствии её заменила среда Juno^[13], являющаяся надстройкой над текстовым редактором Atom.