1. Elixirの基本理解
Elixir（エリクサー）は一体何なのでしょうか？ それを理解するためには、Elixirが誕生した背景や基本構造、特徴といった概念を習得することが必要となります。
このセクションでは、Elixirを理解するために必要となる基本情報について詳しく解説しています。
それでは、まずはElixirがどのような背景から誕生したのかについて見ていきましょう。
1.1 Elixirが誕生した背景
Elixirは、2012年に開発された新興言語です。 このプログラミング言語は、Ruby on Railsのコアチームメンバーとして活躍したジョセ・バリム氏によって設計・開発されました。
バリム氏の目指したのは、より人間にとって分かりやすく、かつ柔軟なプログラミングを実現することでした。そのため、Elixirは関数型言語であり、Erlang仮想マシン上で動作します。
このようにElixirは、人間中心のプログラミングを可能にしようという願望から生まれた言語と言えるでしょう。
1.2 Elixirの基本構造
Elixirは、軽量なスレッドで動作します。 そのため、垂直拡張や水平拡張といった拡張性が非常に高いのが特徴と言えます。
さらに、Elixirはプロセスが並行して動作するため、高度な並行処理が可能となっています。 プロセスがお互いに独立しているため、一部のプロセスに障害が発生したとしても、他のプロセスに影響を与えることなく動作を続けることができます。
また、Elixirの仮想マシンErlangは「スーパーバイザー」と呼ばれる耐障害性の高いシステムを持っています。 スーパーバイザーは障害が発生した部分を自動で再起動させる能力を持っており、これによってシステム全体の安定性を高めています。
1.3 Elixirの特徴とストロングポイント
Elixirの大きな特徴のひとつは、信頼性の高さです。 これは、上述のスーパーバイザー機能によって実現されています。
また、Elixirは非常に開発しやすい言語であり、特に「Phoenix」と「Nerves」などの高度なフレームワークが利用できます。 これにより、開発者はより短時間で高品質なアプリケーションを作成することが可能となります。
さらに、ElixirはRubyと非常に似たプログラミングスタイルを持っているので、Rubyの経験者はElixirへの移行が容易となっています。 これによりElixirは、Rubyと同じくWeb開発に非常に向いた言語となっています。
1.4 Elixirの普及状況と今後の展望
Elixirはまだ新しい言語のため、普及率は必ずしも高くはありませんが、その拡張性と障害耐性の高さから、特に大規模なシステムの開発でその力を発揮します。
実際に、TwitterやLINE、WhatsAppなどの大規模なアプリケーションではElixirが採用されています。 これは、Elixirの持つ機能が高負荷な状況での堅牢性を保つのに適しているからです。
Elixirを用いれば、高速で大量のプロセスを同時に動かすことが可能です。 この性能は、大規模なWebアプリケーションを動かすのに必要不可欠な要素であり、そのためElixirは今後も注目されていくでしょう。
2. Elixirの開発環境
ElixirはErlang仮想マシン上で動作し、それにより高度な並行性と優れた耐障害性を実現します。その開発環境はきわめて柔軟で、多くのツールとライブラリでサポートされています。この章では、Elixirの開発環境を設定し、最重要なツールとライブラリを調べ、基本的なコーディング習慣を習得し、最後にElixirの開発エコシステムを理解します。
2.1 Elixirの開発環境の設定
Elixirの開発環境を設定する方法は、使用しているオペレーティングシステムによります。例えば、MacOSではHomebrewを使用してElixirをインストールしますが、Windowsでは公式サイトからインストーラーをダウンロードしてElixirをセットアップします。また、Unix/Linuxでは、各ディストリビューションのパッケージ管理システムを使用してElixirをインストールします。
また、Elixirのインタラクティブシェルであるiexを使用して、リアルタイムでElixirコードを試すことができます。これは書いたコードが正しく動作するかテストする際に非常に便利です。
さらに、Elixirのプロジェクト管理とビルドツールであるmixも忘れずにセットアップしましょう。mixを使えば、新しいプロジェクトの作成、テストの実行、依存関係の管理など、開発作業を効率的に処理することが可能です。
2.2 Elixir開発に欠かせないツールとライブラリ
Elixirの開発において役立つツールとライブラリは数多くありますが、その中でも一部のツールとライブラリは特に注目に値します。
例えば、PhoenixはElixirで最も人気のあるWebフレームワークで、リアルタイム通信機能を備えています。これを使えば、効率的にスケーラブルでメンテナンス性の高いWebアプリケーションを構築することができます。
また、組み込みシステムの開発にはNervesを、モックやスタブを作成するためのライブラリとしてはMoxを、そしてHTTPクライアントとしてはHTTPoisonを使用することが一般的です。これらのツールとライブラリは、Elixir開発の生産性を大幅に向上させます。
2.3 Elixirでのコーディングの基本
Elixirでは、コーディングの基本となるのは関数型プログラミングの理念です。それは、データの状態を直接変更したり、コードの実行を制御するための命令形式の文を避けるべきだと主張します。
関数型プログラミングにおけるコードは、一般的に副作用がなく、データ変換に焦点を当て、より予測可能でテストしやすいです。
また、Elixirでは、各関数に明確な責任を持たせ、各モジュールが一連の関連関数を含むようにします。そして、コードを再利用可能かつメンテナンス性の高いものにするため、ユーティリティ関数の使用とDRY（Don’t Repeat Yourself）原則の遵守を推奨します。
2.4 Elixirの開発エコシステム
Elixirは、有用なツール、ライブラリ、フレームワークから成る健康な開発エコシステムが特徴です。
HexはElixirのパッケージマネージャで、開発者が彼らのライブラリやアプリケーションを簡単に公開、共有、利用することができます。また、ExDocはElixirプロジェクトのためのドキュメンテーション生成ツールで、ソースコードからHTMLとEPUBフォーマットのドキュメンテーションを作成することが可能です。
さらに、さまざまなテストフレームワークやライブラリ、デバッガ、エディタプラグイン、IDEが整備されており、これらが開発者の作業を効率的に支援します。
3. Elixirのプログラミング思想
Elixirは役立つツールとしての認識が高まっています。プログラミング言語としての特性と、ソフトウェア開発に対するその独自のアプローチがそれを可能にします。以下では、その核となる思想について詳しく説明します。
3.1 Elixirの関数型プログラム
関数型プログラミングはElixirの主要な思想の一つで、これは人間にとって分かりやすく、テストがしやすいという利点があります。変数が不変であるため、状態を追跡することなく、同じ入力に対して常に同じ出力を得ることができます。その結果、バグの数が減り、プログラムの品質が向上します。
Elixirの関数型プログラムはメッセージ経由でのプログラミングにも活かされています。これは、システムの部分を個別に考え、それらが相互にやり取りするメッセージを考慮することができるという方法です。
3.2 Elixirでの並行処理管理
強力な並行処理再現機能もElixirの重要な特性です。プロセスが並行で動作し、お互いに独立しているため、互いに影響を与えずに多くのプロセスを同時に処理できます。
また、プロセスは軽量であり、メモリを共有せず、軽量であるため、数十万のプロセスを同時に動かすことができます。さらに、Elixirの並行処理は強固な隔離を提供し、プロセスがお互いに影響を与えることなく失敗することを許容します。
3.3 Elixirでのエラーハンドリング
エラーハンドリングはElixirのもう一つの強力な機能で、これはスーパーバイザ機能を通じて実現されています。スーパーバイザはエラーが発生した場合にその部分を再起動するため、障害状態から素早く立ち直ることが可能です。
スーパーバイザ機能はエラーハンドリングにおけるレット・イット・クラッシュ哲学を具体化しています。これは、エラーが発生した場合にはその部分をただクラッシュさせ、スーパーバイザが再起動するという復旧策です。
3.4 Elixirによるソフトウェア設計の指針
Elixirでは、環境を抽象化してシステム設計をしやすくしたり、テストを行いやすくするといった、ソフトウェア設計に対する特有の観点をもっています。また、コードのきれいさや読みやすさにも重きを置いています。
Elixirはその関係性からオブジェクト指向プログラミングと比べてシンプルなコードが書けるといわれています。これは、関数由来の仕組みが少ないためで、結果として開発者は、他のプログラマーが書いたコードを把握しやすくなります。
4. Elixirの実践的な使い方
Elixirはその優れた特性から様々な領域で活用されています。一部はその強力な並列処理能力と耐障害性により、大規模かつ高負荷なシステムに取り組む開発者たちから注目を浴びています。また、高い読みやすさと柔軟性を備えた構文は、開発者の生産性を高める一助となっています。
ここでは、Elixirがどのように現実世界の問題解決に活用されているのか、具体的な使用例とその強みを紹介します。
注意すべき点は、Elixirの特性がすべてのプロジェクトに適しているわけではないということです。各プロジェクトの要件によって採用するべきツールは異なるため、Elixirの強みを理解し適切に使い分けることが重要です。
4.1 ElixirでのWebアプリケーション開発
ElixirはPhoenixという堅牢で信頼性の高いフレームワークを用いて、Webアプリケーションの開発が可能です。PhoenixはElixirによって書かれており、その高い拡張性と信頼性から多くの開発者に支持されています。
また、Phoenixを使ったWebアプリケーション開発は、他の主要なWebフレームワークと比較しても高速に行うことが可能です。これは、Elixirが持つ強力な並行処理能力と、Phoenixが提供するリアルタイム通信能力によるものです。
ElixirとPhoenixの組み合わせは、特にリアルタイムな通信が必要なWebアプリケーションの開発において強力なツールとなります。Chatアプリケーションやゲームサーバーなど、多数のクライアントからの接続を高速に処理することが求められる場合には、その強みを最大限に活かすことができます。
4.2 ElixirでのAPI開発
ElixirとPhoenixはRESTful APIの開発にも適しています。Phoenixが提供するURLルーティング、リクエストハンドリング、レスポンスレンダリングといった基本的なWebフレームワークの機能を活用することで、効率的にAPIを構築することができます。
また、Elixirは関数型言語であるため、純粋な関数と不変性を活用して、副作用の少ない安定したAPIの設計が可能です。これにより、テストの容易性と保守性の向上を実現します。
加えて、Elixirの並列性と耐障害性は、多数の同時接続を処理しながら、障害発生時にも迅速に回復する、堅牢なAPIを作るための要素となります。
4.3 Elixirでのデータ解析
Elixirは、あらゆる種類のデータを効率的に扱うためのツールも提供しています。Elixirで書かれたコードは高速に実行される上、Erlang仮想マシンの軽量プロセスを活用することで、並行に大量のデータを処理することが可能です。
これにより、Elixirはビッグデータの解析にも利用することができます。さらに、ElixirとEctoライブラリを組み合わせることで、SQLクエリの書き方を学ぶことなく、データベースから情報を効率よく取り出すことができます。
しかし、Elixirはデータ分析という観点から見てもまだ成熟していないという課題があります。そのため、データ分析の用途でElixirを使用する場合は、場合によっては他のデータ分析に特化した言語を組み合わせる必要があります。
4.4 Elixirでの分散システム開発
分散システムとは、複数のハードウェアまたはソフトウェアコンポーネントがネットワークを介して接続され、一体として動作するシステムを指します。Elixirはこの分散システムの開発に特化した言語であり、その能力を最大限に活かすことができます。
分散システムの開発で必要なことの一部は、非同期通信、並行性、合意形成といった複雑な問題を効率的に解決する能力です。Elixirはこれらの問題を解決するためのプリミティブを提供し、開発者が分散システムの開発に必要なコードを効率的に書くことを可能にします。
特に、Elixirが持つ耐障害性とホットコードアップデートという機能は、実行中の分散システムの保守やアップグレードを容易にします。
5. Elixirのメリットとデメリット
Elixirは新鋭のプログラミング言語として注目を集めており、その性能は非常に高く、特定のシーン下では際立った強みを発揮します。しかし、全てのプログラミング言語には良い面と悪い面、そして適切な使用シーンが存在します。Elixirについてもその点について見ていきましょう。
5.1 Elixirのパフォーマンス
Elixirは、同時に数十万のプロセスを動かすことができるという非常に高い性能を持つプログラミング言語です。これにより並行処理の高速化が可能となり、大規模なシステムに特に有効です。
また、ElixirはErlangのVMであるBEAM上で動作します。これにより、Erlangが有する分散システムやフォールトトレランスの機能を引き継ぎ、極めて安定したシステムを実現します。
5.2 Elixirのメリット
Elixirの大きなメリットとして、その開発効率の高さが挙げられます。純粋な関数型プログラミング言語であり、宣言的にコードを書くことができます。
また、ElixirはRubyから多くの良い要素を引き継いでおり、Rubyに慣れている開発者も比較的容易にElixirへ移行することができます。これは、開発者集団のスキル移転コスト低減に大いに貢献します。
さらにスーパーバイザー機能が提供するフォールトトレランス性は、障害からすばやく復旧可能なシステムを作ることを可能にします。
5.3 Elixirのデメリット
Elixirは非常に優れた性能を持つ一方で、全てのシーンに適しているわけではありません。たとえば、CPU集中型のタスクに対しては、Elixirのパフォーマンスは最適とは言えません。
また、Elixirは新鋭の言語であるため、ライブラリの数やコミュニティの規模など、ある程度の環境が整備されているとはいえまだまだ発展途上とも言えます。
さらに、関数型言語としての特性や、ErlangのVM上で動作する特性など、他の言語から移行する開発者が学習しなければならない新たな概念が多いという点も挙げることができます。
5.4 Elixirの適用シーンとは
Elixirは、特に大規模な分散システムでの使用に適しています。その高いパフォーマンスと、スーパーバイザーによる障害復旧性は、大きな負荷が予想されるウェブアプリケーションや、障害による長時間のダウンタイムが許されないクリティカルなシステムに有効です。
また、その特性から大型のチャット機能など、リアルタイムに大量のデータを取り扱うシステムにも適しています。LINEやTwitterといった大規模なコミュニケーションアプリがElixirを使用しているのはそのためです。
一方、高度な数値計算などのCPU集中型のタスクや、純粋なユーティリティスクリプトのような小規模な用途には適していません。それらには、他の言語の特性を活かした方が効率的です。
6. Elixir学習のステップとリソース
プログラミング世界が広がる専門的な知識を持つために、最新の言語として注目されつつあるElixirをマスターしましょう。以下ではElixirの学習を始めるためのリソース、学習コミュニティ、資格と認証制度、上達を加速するコツを詳しく解説しています。
6.1 Elixirの学習を始めるためのリソース
Elixirを習得するには正確なリソースを利用することが重要です。Elixirの公式ドキュメントは分かりやすく実践的で、初心者でも理解できる内容となっているためおすすめです。また、オンライン学習プラットフォームUdemyなどでは、有料でも無料でも高品質なElixirの初級から上級までのコースが提供されています。
さらに、Elixir Schoolと呼ばれるウェブサイトも優秀な学習リソースと言えます。多くの言語に対応したコンテンツが提供されており、新規または経験者向けに向けた詳細なガイドが特徴です。
また、Github上にも多数のElixir関連プロジェクトやチュートリアルがあります。実際のコードを見ることで、天然の学習環境を提供します。
6.2 Elixirの学習コミュニティ
Elixirの学習コミュニティは活発で、学習者や開発者が互いに情報をシェアしたり、問題を解決したりするための素晴らしい場です。Stack OverflowではElixirのタグが付いた何千もの質問が存在します。
また、Elixir ForumではElixirの最新ニュースや、開発や運用のベストプラクティス、ライブラリやツールのレビューなどが集められ、いかなる問題も解決することが可能です。
さらに、ElixirのSlackチャンネルは開発者同士がリアルタイムに助け合い、情報を交換できる場所となっており、すぐに質問に答えてもらえることが大きな魅力となっています。
6.3 Elixirの資格と認証制度
現時点では、Elixir専門の資格や認証制度はありません。しかし、Elixirの知識を証明するためにはGithubなどでの貢献が有効でしょう。多くの開発者はオープンソースプロジェクトへの貢献により自身のスキルを証明しています。
その他にも、Elixirを用いたプロジェクトの経験をポートフォリオに加えることで、利害関係者に対して自分のスキルを示すことが可能です。
さらに、一部のオンラインコースではコースの完了証明書を発行しており、これも自己の学習の証明になります。
6.4 Elixirの上達を加速するコツ
Elixirを効率よく習得し、上達を加速するための最良の方法の一つは、日々の実践的な練習です。シンボルやパターンマッチングなど、Elixir特有の概念をよく理解し、小さいプロジェクトから開始することがおすすめです。
また、Elixirの公式ドキュメントやオンラインで利用できるリソースをフルに活用しましょう。質問があればコミュニティで尋ねたり、他の人の質問に答えることも効果的な学習方法です。
そして、他の人が書いたコードを読むことも大切です。Githubなどで公開されているプロジェクトのコードを読むことで、新たな知識を得ることが可能です。
