JavaScript内核与高级编程之：`JavaScript`的`Monad`：其在处理副作用和异步操作中的抽象。 - 智猿学院-前后端，数据库，人工智能，云计算等领域前沿技术讲座

咳咳，各位观众，欢迎来到今天的“JavaScript奇技淫巧”讲座！今天我们要聊一个听起来高深莫测，但其实理解起来也没那么难的东西：Monad。

别怕，虽然名字有点唬人，但它其实是帮助我们优雅地处理副作用和异步操作的好帮手。我们今天就用幽默风趣（尽量）的方式，把这个“Monad”扒个精光！

第一幕：什么是副作用？（以及为什么我们需要处理它）

首先，我们要搞清楚什么是“副作用”。在编程的世界里，函数应该像一个黑盒子：你给它一些输入，它给你一些输出。理想情况下，这个过程不应该影响黑盒子之外的任何东西。

但是，现实往往很骨感。有些函数就是不安分，它们会偷偷摸摸地干一些“坏事”，比如：

修改全局变量
发送网络请求
写入文件
操作DOM

这些“坏事”就是副作用。副作用本身不是坏事，毕竟我们的程序最终还是要和外部世界交互的。但是，如果副作用太多太乱，我们的代码就会变得难以理解、难以测试、难以维护。

想象一下，你写了一个函数，本以为它只是简单地计算两个数的和，结果它还顺便把你的银行账户给清空了。这谁顶得住啊！

第二幕：Monad闪亮登场！

Monad就是来拯救我们的。它可以帮我们把副作用“包裹”起来，让我们的代码更加纯粹、更加可控。

你可以把Monad想象成一个容器，这个容器里装着一个值，但同时也装着一些关于如何处理副作用的信息。

Monad的核心思想是：控制副作用的执行方式，而不是阻止副作用的发生。

这就像你想吃冰淇淋，但是你妈不让你吃太多，于是她把冰淇淋装在一个特殊的碗里，这个碗每次只能让你吃一小口。这个碗就是Monad，它控制了你吃冰淇淋的方式，但并没有阻止你吃冰淇淋。

第三幕：Monad的三大件

一个Monad通常需要满足三个条件（或者说，需要提供三个函数）：

Unit/Return (构造函数)： 将一个普通的值“装入”Monad容器。
Bind/flatMap (核心函数)： 将一个返回Monad的函数应用到Monad容器里的值，并“展开”结果。
(可选)Join：将嵌套的Monad “压平”成一个Monad

让我们用代码来演示一下：

// 一个简单的Identity Monad（最简单的Monad，几乎不做任何事情，主要用于理解概念）
const Identity = (value) => ({
  value,
  flatMap: (fn) => fn(value), //bind
  map: (fn) => Identity(fn(value)),
  join: () => value
});

Identity.of = (value) => Identity(value); //return/unit

解释一下：

Identity(value): 构造函数，创建一个包含value的Identity Monad。
flatMap(fn): 核心函数，将函数fn应用到value，fn需要返回一个Identity Monad。
map(fn): 将函数 fn 应用到 value，并返回一个新的 Identity Monad。
join(): 将嵌套的 Monad 压平。例如，如果 Identity 包含另一个 Identity，join 会将内部的 Identity 提取出来。
Identity.of(value): 静态方法，用于创建Identity Monad，通常被称为of或return。

使用示例：

const result = Identity.of(5)
  .flatMap(x => Identity.of(x + 5))
  .map(x => x * 2);

console.log(result.value); // 输出 20

在这个例子中，我们首先用Identity.of(5)创建了一个包含值5的Identity Monad。然后，我们用flatMap将值5加上5，并将结果装入一个新的Identity Monad。最后，我们用map将值乘以2。

虽然Identity Monad本身并没有处理任何副作用，但它演示了Monad的基本结构和用法。

第四幕：常用的Monad：Maybe/Optional

Maybe Monad 用于处理可能为空的值。它可以避免我们写大量的if (value !== null && value !== undefined)判断。

const Maybe = (value) => ({
  value,
  flatMap: (fn) => (value == null ? Maybe(null) : fn(value)), //bind
  map: (fn) => (value == null ? Maybe(null) : Maybe(fn(value))),
  isNothing: () => value == null,
  join: () => value
});

Maybe.of = (value) => Maybe(value); //return/unit
Maybe.nothing = () => Maybe(null);

解释一下：

如果value是null或undefined，flatMap和map会直接返回Maybe(null)，避免后续操作出错。
isNothing(): 判断value是否为null或undefined。

使用示例：

const getName = (user) => Maybe.of(user).flatMap(u => Maybe.of(u.name));

const user1 = { name: 'Alice' };
const user2 = {};

console.log(getName(user1).value); // 输出 "Alice"
console.log(getName(user2).value); // 输出 null (避免了报错)

在这个例子中，如果user没有name属性，getName函数会返回Maybe(null)，避免了TypeError: Cannot read property 'name' of undefined错误。

第五幕：常用的Monad：Either/Result

Either Monad 用于处理可能出错的操作。它可以让我们显式地处理错误，而不是抛出异常。

const Either = {
  Left: (value) => ({
    value,
    flatMap: () => Either.Left(value),//bind
    map: () => Either.Left(value),
    isLeft: true,
    isRight: false,
    join: () => value
  }),
  Right: (value) => ({
    value,
    flatMap: (fn) => fn(value),//bind
    map: (fn) => Either.Right(fn(value)),
    isLeft: false,
    isRight: true,
    join: () => value
  }),
  of: (value) => Either.Right(value)
};

解释一下：

Either.Left(value): 表示操作失败，value是错误信息。
Either.Right(value): 表示操作成功，value是结果。
flatMap: 如果当前是Left，直接返回Left；如果是Right，将函数应用到value。
map: 如果当前是Left，直接返回Left；如果是Right，将函数应用到value。

使用示例：

const divide = (x, y) => {
  if (y === 0) {
    return Either.Left('Division by zero');
  } else {
    return Either.Right(x / y);
  }
};

const result1 = divide(10, 2);
const result2 = divide(10, 0);

console.log(result1.value); // 输出 5
console.log(result2.value); // 输出 "Division by zero"

在这个例子中，如果除数为0，divide函数会返回Either.Left('Division by zero')，显式地表示操作失败。

第六幕：常用的Monad：IO

IO Monad 用于处理输入输出操作。它可以让我们延迟执行副作用，直到真正需要的时候。

const IO = (fn) => ({
    fn,
    flatMap: (f) => IO(() => f(fn()).fn()),
    map: (f) => IO(() => f(fn())),
    unsafePerformIO: fn,
    join: () => fn()
});

IO.of = (value) => IO(() => value);

解释一下：

IO(fn): 构造函数，fn是一个函数，用于执行副作用。
flatMap: 将一个返回IO的函数应用到fn的结果。
map: 将一个函数应用到fn的结果。
unsafePerformIO(): 危险操作！ 真正执行副作用。 谨慎使用！
IO.of(value): 创建一个包含value的IO Monad，value是一个常量，不会触发副作用。

使用示例：

const readLine = IO(() => prompt('Please enter your name:'));
const writeLine = (name) => IO(() => console.log('Hello, ' + name + '!'));

const program = readLine
  .flatMap(writeLine);

// 只有调用 unsafePerformIO 才会真正执行副作用
program.unsafePerformIO();

在这个例子中，readLine和writeLine都是IO Monad，它们分别封装了prompt和console.log这两个副作用操作。只有调用unsafePerformIO()才会真正执行这些副作用。

第七幕：Promise与Monad

Promise和Monad有很多相似之处。实际上，Promise可以看作是一个特殊的Monad，用于处理异步操作。

Promise的then方法类似于Monad的flatMap方法。它可以将一个返回Promise的函数应用到Promise的结果，并“展开”结果。

const fetchUser = (id) =>
  fetch(`https://api.example.com/users/${id}`)
    .then(response => response.json());

const displayUserName = (user) => {
  console.log(`User name: ${user.name}`);
};

fetchUser(123)
  .then(displayUserName)
  .catch(error => console.error('Error fetching user:', error));

在这个例子中，fetchUser返回一个Promise，then方法将displayUserName函数应用到Promise的结果。

第八幕：Monad的优势

使用Monad可以带来很多好处：

提高代码的可读性： Monad可以将副作用“包裹”起来，让我们的代码更加纯粹，更容易理解。
提高代码的可测试性： 由于副作用被隔离，我们可以更容易地测试我们的代码。
提高代码的可维护性： Monad可以让我们更好地控制副作用的执行方式，让我们的代码更容易维护。
避免回调地狱： Monad可以让我们用链式调用的方式处理异步操作，避免回调地狱。

第九幕：总结

Monad是一种强大的抽象，可以帮助我们优雅地处理副作用和异步操作。虽然Monad的概念可能有点难以理解，但只要掌握了它的基本原理，就可以在实际开发中灵活运用。

记住，Monad不是银弹，它不能解决所有问题。但是，在处理副作用和异步操作时，Monad绝对是一个值得尝试的好工具。

附录：各种Monad的对比

Monad	适用场景	关键方法
Identity	理解Monad概念	`flatMap`, `map`
Maybe/Optional	处理可能为空的值	`flatMap`, `map`, `isNothing`
Either/Result	处理可能出错的操作	`flatMap`, `map`, `Left`, `Right`
IO	处理输入输出操作	`flatMap`, `map`, `unsafePerformIO`
Promise	处理异步操作	`then`, `catch`

好了，今天的讲座就到这里。希望大家对Monad有了更深入的了解。感谢大家的观看！下次再见！

发表回复 取消回复

发表回复取消回复