以类hooks编程践行代数效应

React hooks在框架编程上具有明显特征，在推广functional组件的进程中，javascript是天然具有函数式编程优势的语言，因此，react团队越来越倾向并重视hooks的应用。hooks编程之所以拥有比较大的魅力，除了它抹平class组件和functional组件在生命周期上的差异之外，更重要的是，它让react开发者践行代数效应。React核心团队成员Sebastian Markbåge（React Hooks的发明者）曾说：

我们在React中做的就是践行代数效应（Algebraic Effects）。

本文就将从践行代数效应的角度出发，探索我们在其他场景（非react functional组件）下践行代数效应的可能性。

什么是代数效应？

在理解什么是“代数效应”之前，请先阅读一下这篇文章。为了理解“代数”，我们举一个例子：

已知：
y + 2x = 9 (1)
2y + x = 15 (2)

求：
x + y = ?

--------------------------

由 (1) 可得：
y = 9 - 2x (3)

将 (3) 代入 (2) 可得：
2(9 - 2x) + x = 15 
=> 18 - 3x = 15 
=> x = 1 (4)

将 (4) 代入 (3) 可得：
y = 7

将求得的x, y代入x + y可得
x + y = 8

这就是代数，本质上，代数是研究函数（数的关系）的科学，它的精髓在于“代入”这个动作，它的主要方法是解方程。

想象一下，上面的题，如何用程序来解决呢？不，我的意思是，你所写的程序，如何解出 3x2 + y2 = ? 甚至更多的算式？这和我们往常的编程思路恰恰相反，我们以往的编程思路，是通过不同点测算出函数，再根据函数获得另一个点，这是机器学习的基本思路。但是，我们的编程，尚未有以代数为基本的思路。

常见的编程思路，已知A、B，求C点

代数要解决的问题，已知A在1、2函数上，求函数3的方程

在第2个图中，已知的是1、2两个函数都通过A点，但A点具体值我们并不知道，要求出的，是任何可能穿过A的其他函数的方程。

JS原生代数效应

在本节开头引用的那篇文章里提到了，总结而言，代数效应，是让编程（代码）可以自上而下书写，但让程序的执行可以在不同函数间跳跃的编程效果。代数效应对我们编程有什么启示呢？实际上，在js里面已经有这样的编程方式：

async function doSome() {
  const v1 = do1()
  const v2 = await do2(v1)
  const v3 = do3(v2)
  const v4 = await do4(v3)
  return v4
}

或者：

function* doSome() {
  const v1 = do1()
  const v2 = yield do2(v1)
  const v3 = do3(v2)
  const v4 = yield do4(v3)
  return v4
}

以及for await...of语法，都是具有代数效应的编程方式。简单说，js中的代数效应表达方式，让我们通过await和yield语法，让程序从原有的函数执行流中，跳到另外一个执行流中完成副作用，并将副作用结果返回给当前执行流，再用这个结果进行剩下的计算。所以说，上面说的“函数间跳跃”的主要目的，是将函数式和副作用进行分离，保持函数式编程的同时，又支持副作用操作。

但是，async/await和generator函数具有传染性，它们要求所有外部编程在语法上必须采用不可替代的表示式，从而让代数效应的实现不具备普适性和通用性。

模拟代数效应的实现

在js领域，不止一人提出了新的语法以支持这种编程方法。比较典型的编程方法如下：

try {
  const v1 = do1()
  const v2 = raise '1'
  const v3 = do3(v2)
  const v4 = raise '3'
  return v4
} 
handle (e) {
  if (e === '1') {
    resume 'v2'
  }
  else if (e === '3') {
    resume 'v4'
  }
}

关键字都用红色标注出来了。它和 try...catch 一样，通过 throw 抛出异常，通过 catch 捕获异常一样，在这段代码中，通过 raise 抛出代数陷阱，通过 handle 捕获陷阱，在捕获块中应对（处理）陷阱，通过 resume 跳出陷阱，将处理结果带出陷阱作为值继续执行 try 块中的剩余代码。它和 try...catch的区别仅仅在于try...catch一旦throw，后续代码就不会再执行。而try...handle不仅可以持续执行至代码块结束，而且由于resume的使用可以是随意的，所以在handle中可以写异步操作，从而在无await/yeild的情况下，让异步操作变得更加像同步操作。

除了在形式上的新颖有趣，更重要的是实用性。

在以前，我们要为一个函数提供某种修改的能力，我们也会尝试类似的方法，例如：

function calcZ() {
  const x = calcX()
  const y = calcY()
  const z = x + y
  return z
}

我们有这样一个函数，我们将这个函数提供给其他人，他就可以用它来计算z的值。对于使用它的人而言，需要提供calcX和calcY函数，这样，他就可以自定义x和y的计算逻辑。这在简单全局场景是可以的，但在模块化的今天，则不可行，除非要求写全局的calcX和calcY函数。

但通过try...handle则让这个自定义x和y的计算逻辑变得简单：

function calcZ() {
  const x = raise 'x'
  const y = raise 'y'
  const z = x + y
  return z
}

对于使用者而言：

try {
  const z = calcZ()
}
handle (e) {
  switch (e) {
    case 'x': {
      resume 10
      break
    }
    case 'y': {
      resume 15
      break
    }
  }
}

甚至，在handle中进行异步操作：

try {
  const z = calcZ()
}
handle (e) {
  switch (e) {
    case 'x': {
      setTimeout(() => {
        resume 10
      }, 1000)
      break
    }
    case 'y': {
      resume 15
      break
    }
  }
}

这样，对于原始函数calcZ而言，它完全是同步的，但我们却可以异步的获取x的值，在异步求x值后，代入原来的函数中继续执行后续计算。

Hooks中的代数效应

既然hooks的发明者Sebastian Markbåge说hooks在践行代数效应，那么我们是否需要换一种思维，去理解hooks的运行原理。

function App() {
  const [num, updateNum] = useState(0)
  return (
    <button onClick={() => updateNum(num => num + 1)}>{num}</button>  
  )
}

我们将上面这段代码进行翻译：

function App() {
  const num = raise 'state_num'
  return <button>{num}</button>
}

我们去掉干扰信息，得到上面这段简单代码，而hooks帮我们在react库内部完成了如下工作：

function render() {
  let state_num // 建立了一个变量用于缓存

  try {
    return App()
  }
  handle (e) {
    if (e === 'state_num') {
      return typeof state_num === 'undefined' ? 0 : state_num
    }
  }
}

这就是hooks在践行的代数效应。将上面的代码进行扩展，我们可以非常方便的再写出updateNum的实现方式。

当然，除了hooks，Suspense还有Reconciler，都是对代数效应的践行，它们本质上就如我前文所说，在正常的程序流程中，允许我们停下来，去做另外一件事，做完之后，我们可以再从被打断的地方继续往下执行，而另外的那件事，可以是同步的，也可以是异步的，理论上，它的执行过程与我们当前的流程无关，我们仅关心（或根本不关心）它的结果。

类hooks编程

React hooks在实践代数效应，我们能否在其他环境下（非react相关）也仿造hooks的思想，践行代数效应？问题的关键点在于，js并没有try...handle语法！

我希望创建一种类hooks的编程。例如：

function calc() {
  const x = get('x')
  const y = get('y')
  return x + y
}

如何实现呢？我们可以再提供一个接口，让开发者规定get('x')要做什么事情：

define('x', function(set) {
  setTimeout(() => {
    set(100)
  }, 1000)
})

看，当执行get('x')时，define的第二个参数会被执行，这个参数，就是try...handle中的handle部分。但是，calc是同步的，而获取x的过程是异步的，怎么办呢？再计算一次！

setup(function() {
  const z = calc()
})

当set(100)被执行时，setup内的函数再次执行，这样，z就可以被再计算一次，而此时get('x')的结果为100。

结语

我最近写了一个新的小项目Algeb，我试图用代数效应的方式，去推翻我之前写databaxe这个库时的思想。我在这篇文章中提出了服务层的构想，但没有给出实现。我在新库中，仍然延续“数据源”这个概念，同时也引入hooks的思想，对于数据源而言，它是固定的，它将从api接口获得某一个源的具体数据，但是，在使用时，却可以是同步的写法（类hooks），通过“再计算一次”的方式，让数据的下游（视图层）对数据的变化进行响应。当然，这还只是一次尝试。我看到有人提出了try...handle的议案，或许未来不久，我们就可以在es中原生支持这种方案了。

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