面向 JavaScript 开发人员的 Monads

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ZFE @ZFE

面向 JavaScript 开发人员的 Monads

和别的程序员一样，我也很想知道 Monads 到底是什么。但每当我在网上搜索 Monads 的时候，都只会找到大量的 Monads 理论范畴文章，而其它的资源似乎也并没有什么参考意义。

为了搞清楚什么是 Monads，我花费了大量的时间精力。我开始去学习 Haskell，但在学了几个月后，我才突然意识到，大家都在 Monads 上面太小题大做了。如果你是一名 JavaScript 开发人员，那么你肯定每天都在使用它，只是你并没有意识到而已。

本文并不会提及太多有关 Monads 的理论范畴或 Haskell 的细节，但有一件事我们始终需要知道 —— 当我们在互联网上搜索 Monads 时，不能错过这个定义：

(>>=) :: m a -> (a -> m b) -> m b

这是 Haskell 中 bind 运算符的定义。不同的语言对这个操作有不同的叫法，但意思都是一样的。比如一些替代名称是 chain、bind、flatMap、then、andThen。

Monadic 上下文

(>>=) :: m a -> (a -> m b) -> m b

m    :: monadic 上下文
a, b :: 上下文的值 (string, number, ..)

Monadic 上下文（Monadic Context） 只是一个盒子，它实现了使该盒子成为一个 Monad 所需的全部功能。一个很简单的（非 Monadic）盒子可能是这样的：

const Box = val => ({ val }); 
const foo = Box("John");

这是一个只包装了值的盒子，该盒子没有任何功能，因为它没有任何方法实现。

要使某个东西成为一个 Monad，你必须使其表现得像一个 Monad。

接着让我们回到 (>>=) :: m a -> (a -> m b) -> m b。(>>=) 用作 m a >>= (a -> m b) 的中缀运算符，而 (>>=) 运算的结果是 m b。

存在的问题

你有没有注意到我们有 m a，但是函数以 a 为参数？这就是 Monads 的意义所在。

(>>=) 操作是在 Monadic 上下文 m a 中取一个值展开它，所以我们只得到 a，再将其传递给函数 (a -> m b)。这并不奇怪，你还要自己制定这种行为准则，我们稍后会介绍。

JavaScript 的 Promises

JavaScript 中的 Promises 类似于 Monads，更确切地说，他们都有 Monad 式（Monad-ish）行为。要成为 Monad，它还必须实现一个仿函数（Functor）和应用程序接口（Applicative）。我提这一点只是为了表述完整，但我们不会更深入地讨论这些。

JavaScript 的 Promises 使用 .then() 方法实现 Monadic 接口。我们来看以下示例：

// p :: m a :: Promise { 42 }
const p = Promise.resolve(42);

这通常会创建一个箱子，在 Promise 中有一个值为 42。 ☝️ 这是我们的 m a。

接着我们有一个将数字除以二的函数，输入的内容没有包装在 Promise 中，但是返回的函数包装在 Promise 中。

// divideByTwo :: (a -> m b)
const divideByTwo = val => Promise.resolve(val / 2);

☝️ 这就是我们的 (a -> m b)。

再次注意，我们在 Promise 中有一个值 42，但是函数 divideByTwo 接受一个未包装的值，并且我们仍然可以链接这些。

// p :: m a :: Promise { 42 }
const p = Promise.resolve(42);
// p2 :: m a :: Promise { 21 }
const p2 = p.then(divideByTwo);
// p3 :: m a :: Promise { 10.5 }
const p3 = p2.then(divideByTwo);

或者更明显的是：

// p :: m a :: Promise { 10.5 }
const p4 = p.then(divideByTwo).then(divideByTwo);

这是 Monads 最重要的特性。

箱子中有一个值 —— Promise { 42 }，你有一个采用展开值 42 的函数。m a 与 a 的类型不匹配，你仍然可以将该函数应用于封装的值。

那怎么可能呢？

这是因为 Promise 实现 then 方法并以这种方式工作。大多数时候，在 Promise 中运行的代码是异步的。但是 Promise 的单步行为使得它可以链接一系列函数。

Monads 抽象出辅助数据管理、控制流或函数副作用（side-effects），将可能复杂的函数序列转换成简明的管道。

自定义 Monad 式类

我使用 TypeScript 整理了一个非常简单的 Monad 式类例子，它不产生任何函数副作用，并且允许链接函数。

class Dummy<T> {
  constructor(private val: T) {}

  chain<TResult>(fn: (value: T) => Dummy<TResult>): Dummy<TResult> {
    return fn(this.val);
  }

  static unit<T>(val: T): Dummy<T> {
    return new Dummy(val);
  }
}

const d = new Dummy(41);
d.chain(val => new Dummy(val + 1))
 .chain(val => new Dummy("The answer is: " + val));

Monad 规则

具有 Monad 特性的类必须遵循一些规则。

  • 左单位元
  • 右单位元
  • 可结合性

你可以在网上查找更多有关信息。在这里放一段代码，以证明 Dummy 类遵循这些规则。

const m = Dummy.unit(1);
const f = (val: number) => new Dummy(val + 1);
const g = (val: number) => new Dummy(val + 2);

// 1. 左单位元
Dummy.unit(1).chain(f) ==== f(1)

// 2. 右单位元
m.chain(Dummy.unit) ==== m

// 3. 可结合性
const m1 = Dummy.unit(1);
m.chain(f).chain(g) ==== m.chain(val => f(val).chain(g)

== 或 === 在这里不起作用，因为对象引用是不同的。为此，我使用不存在的 ====，但可以理解为 Monad 式类的对象的内部值。

本文总结

我希望本文能使你了解 Monads，如果你是 JavaScript 开发人员，则每天都会使用它们。例如将 Promise 中装箱的值提供给需要未包装值的函数，并再次返回包装在 Promise 中的新值。

参考资料

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