在功能域设计中使用 Free Monad

问题描述

我对函数式编程很陌生。但是，我阅读了有关 Free Monad 的文章，并且正在尝试在玩具项目中使用它。在这个项目中，我对股票的投资组合域进行建模。正如许多书中所建议的那样，我定义了 PortfolioService 的代数和 PortfolioRepository 的代数。

我想在 PortfolioRepository 代数和解释器的定义中使用 Free monad。目前，我没有根据 Free monad 定义 PortfolioService 代数。

但是，如果我这样做，在 PortfolioService 解释器中，由于使用了不同的 monad，我无法使用 PortfolioRepository 的代数。例如，我不能在同一个 for-comprehension 中使用单子 Either[List[String],Portfolio] 和 Free[PortfolioRepoF,Portfolio] :(

我怀疑如果我开始使用 Free monad 来模拟代数，那么所有其他需要与它组合的代数都必须根据 Free monad 来定义。

是真的吗？

我使用的是 Scala 和 Cats 2.2.0。

解决方法

99% 的情况下 Free monad 可以与 Tagless final 互换：

• 您可以将 Free[S,*] 作为您的 Monad 实例传递
• 您可以.foldMap Free[S,A] 使用S ~> F 映射和Monad[F] 到F[A]

唯一的区别是你什么时候解释：

• tagless 会立即解释，因此它需要您为 F 传递类型类实例，但是由于 F 是一个类型参数，因此给人的印象是它被推迟了 - 因为它推迟了时刻选择类型时
• free monad 允许您立即创建值而不依赖于类型类，您可以将它们存储为 val 中的 object，对类型类没有依赖。您付出的代价是中间表示，一旦您能够将其解释为有用的结果，您最终希望将其丢弃。另一方面，它缺少 tagless 将您的操作限制在某些代数（例如，仅 Functor、仅 Applicative 等以更好地控制依赖项中的效果）的能力。

如今，事情变得有利于无标签决赛。 Free monad 在 IO monad 实现（Cats Effect IO、Monix Task、ZIO）内部使用，例如Doobie（虽然我听说 Doobie 的作者正在考虑将其重写为无标签，或者至少后悔没有使用无标签？）。

如果您想学习如何在建模中使用它，可以参考 Gabriel Volpe 的一本书 - Practical FP in Scala 使用无标签 final 以及我的 own small project 使用 Cats、FS2、Tapir、无标签等可以展示一些想法。

如果您打算使用 Free，那么有一些挑战：

sealed trait DomainA[A] extends Product with Serializable
object DomainA {
  case class Service1(input1: X,input2: Y) extends DomainA[Z]
  // ...

  def service1(input1: X,input2: Y): Free[DomainA,Z] =
    Free.liftF(Service1(input1,input2))
}

val interpreterA: DomainA ~> IO = ...

您使用 Free[DomainA,*]，使用 .map、.flatMap 等组合它，用 interpretA 解释它。

然后添加另一个域 DomainB。乐趣开始了：

• 您不能仅仅将 Free[DomainA,*] 与 Free[DomainB,*] 结合，因为它们是不同的类型，您需要将它们对齐以使其成为可能！
• 因此，您必须将所有代数合二为一：

  type BusinessLogic[A] = EitherK[DomainA,DomainB,A]
  implicit val injA: InjectK[DomainA,BusinessLogic] = ...
  implicit val injB: InjectK[DomainB,BusinessLogic] = ...
  

• 您的服务不能硬编码一个代数，您必须将当前代数注入“更大”的代数：

  def service1[Total[_]](input1: X,input2: Y)(
     implicit inject: InjectK[DomainA,Total]
  ): Free[Total,Z] =
     Free.liftF(inject.inj(Service1(input1,input2)))
  

• 你的解释器现在也更复杂了：

  val interpreterTotal: EitherK[DomainA,*] ~> IO =
     new (EitherK[DomainA,*] ~> IO) {
       def apply[A](fa: EitherK[DomainA,A]) =
         fa.run.fold(interpreterA,interpreterB)
     }
  

• 随着每个新添加的代数 (EitherK[DomainA,EitherK[DomainB,...,*],*])，它变得更加复杂。

在无标签 final 中总是存在依赖，但几乎总是依赖于一种类型 - F - 许多人的经验证据表明，尽管理论上与自由 monad 的权力相同，但它更易于使用。但这不是科学论证，因此您可以随意尝试自己的 free monad。见例如this Underscore article 关于一次使用多个 DSL。

无论您选择一个还是另一个，您都不会被迫在任何地方使用它 - 免费的所有内容都可以（应该）解释为特定的实现，无标签让您将特定的实现作为参数传递，因此您可以将其用于单个组件，在其边缘进行解释。