在功能域设计中使用 Free Monad

Question

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，我为 定义了 PortfolioService一个代数，为PortfolioRepository.

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

但是，如果我这样做，在PortfolioService解释器中，PortfolioRepository由于使用的 monad 不同，我无法使用 the 的代数。例如，我不能使用 monads Either[List[String], Portfolio]，并且Free[PortfolioRepoF, Portfolio]在同一个for-comprehension 中:(

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。

这是真的吗？

我正在使用 Scala 和 Cats 2.2.0。

Answer 1

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

• 你可以Free[S, *]作为你的Monad实例传递
• 你可以.foldMap Free[S, A]使用S ~> F映射Monad[F]到F[A]

唯一的区别是您何时解释：

• tagless 立即解释，因此它需要您为您的 传递类型类实例F，但由于它F是一个类型参数，它给人的印象是它被推迟 - 因为它推迟了选择类型的那一刻
• 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vals 中的objects，对类型类没有依赖关系。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上的能力（例如 only Functor， onlyApplicative等，以更好地控制依赖关系中的效果）。

如今，事情变得有利于无标签 final。Free monad 在 IO monad 实现（Cats Effect IO、Monix Task、ZIO）和例如 Doobie 内部使用（尽管我听说 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，可以阅读 Gabriel Volpe - Practical FP in Scala 的一本书，它使用无标签 final 以及我自己的使用 Cats、FS2、Tapir、无标签等的小项目，它们可以展示一些想法。

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 = ...

您可以使用Free[DomainA, *]，使用结合起来.map，.flatMap等等，以解释它interpretA。

然后添加另一个域DomainB. 乐趣开始了：

• 你不能仅仅因为它们是不同的类型而结合Free[DomainA, *]使用Free[DomainB, *]，你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)))
  

• 你的口译员现在也更复杂了：

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

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

在无标签 final 中，总是存在依赖关系，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，但它更容易使用。但这不是科学论证，因此您可以随意尝试自己的 free monad。参见例如这篇关于同时使用多个 DSL 的Underscore 文章。

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，以便您可以将其用于单个组件，这是在其边缘解释的。