Haskell代码中到处都是TVar操作和函数，带有许多参数:代码嗅觉？

Question

我正在用Haskell编写一个MUD服务器(MUD =多用户地下城:基本上是一个多用户文本冒险/角色扮演游戏)。游戏世界的数据/状态用大约15个不同的IntMap表示。我的单台转换器堆栈看起来如下：ReaderT MudData IO，其中MudData类型是包含IntMaps的记录类型，每个都在自己的TVar中(我使用STM进行并发)：

data MudData = MudData { _armorTblTVar    :: TVar (IntMap Armor)
                       , _clothingTblTVar :: TVar (IntMap Clothing)
                       , _coinsTblTVar    :: TVar (IntMap Coins)

...and等。(我用的是镜头，因此是下划线。)

有些函数需要某些IntMap，而另一些函数则需要其他函数。因此，让每个IntMap都在自己的TVar中提供粒度。

但是，在我的代码中出现了一种模式。在处理播放器命令的函数中，我需要在STM中读取(有时是稍后写)我的TVar。因此，这些函数最终在它们的where块中定义了一个STM助手。这些STM帮助程序通常有相当多的readTVar操作，因为大多数命令都需要访问少数几个IntMap。此外，一个给定命令的函数可能会调用一些也需要部分或全部IntMap的纯帮助函数。因此，这些纯帮助函数有时会接受大量的参数(有时超过10个)。

因此，我的代码变得“杂乱无章”，包含了大量的readTVar表达式和函数，这些表达式和函数包含大量的参数。以下是我的问题:这是一种代码气味吗？我是不是缺少了一些能使我的代码更加优雅的抽象？是否有更理想的方法来构造我的数据/代码？

谢谢!

Answer 1

是的，这显然会使您的代码变得复杂，并将重要的代码与许多样板细节混淆在一起。有超过4个参数的函数是问题的标志。

我想问一个问题：TVar**s?**，，你真的是通过单独的获得任何东西吗?难道不是过早优化吗？在做出将数据结构拆分到多个独立TVar的设计决策之前，我肯定会做一些度量(参见标准)。您可以创建一个示例测试，对预期的并发线程数和数据更新频率进行建模，并检查通过拥有多个TVar和一个IORef而真正获得或丢失了什么。

请记住：

• 如果在STM事务中存在多个线程争用公共锁，则事务可以在成功完成之前重新启动几次。因此，在某些情况下，拥有多个锁实际上会使事情变得更糟。
• 如果最终只需要同步一个数据结构，则可以考虑使用单个IORef。它的原子操作非常快，这可以补偿有一个中央锁。
• 在Haskell中，一个纯函数很难长时间阻止原子STM或IORef事务。原因是懒惰:您只需要在这样的事务中创建块，而不是评估它们。对于单个原子IORef尤其如此。在这样的事务之外(通过一个检查它们的线程，或者如果您需要更多的控制，您可以决定强制它们；在您的情况下，这是需要的，就好像您的系统在没有任何人观察的情况下进化一样，您可以很容易地积累未评估的块)。

如果发现拥有多个TVar确实很关键，那么我可能会用一个自定义monad (在编写我的答案时由@Cirdec描述)编写所有的代码，其实现将被隐藏在主代码中，它将提供读取(或者可能也写)状态部分的功能。然后，它将作为单个STM事务运行，只读取和写入所需的内容，您可以有一个纯版本的monad进行测试。

Answer 2

这个问题的解决方案是更改纯辅助函数。我们并不是真的希望它们是纯的，我们想泄漏出一个单一的副作用--不管它们是否读取特定的数据。

假设我们有一个纯粹的功能，它只使用衣服和硬币：

moreVanityThanWealth :: IntMap Clothing -> IntMap Coins -> Bool
moreVanityThanWealth clothing coins = ...

通常很高兴知道一个函数只关心衣服和硬币，但是在你的例子中，这个知识是不相关的，只是让人头疼。我们要故意忘记这个细节。如果我们遵循mb14的建议，我们将向助手函数传递一个完整的纯MudData'，如下所示。

data MudData' = MudData' { _armorTbl    :: IntMap Armor
                         , _clothingTbl :: IntMap Clothing
                         , _coinsTbl    :: IntMap Coins

moreVanityThanWealth :: MudData' -> Bool
moreVanityThanWealth md =
    let clothing = _clothingTbl md
        coins    = _coinsTbl    md
    in  ...

MudData和MudData'几乎完全相同。它们中的一个用TVar包装它的字段，而另一个没有。我们可以修改MudData，这样它就可以使用一个额外的类型参数(类似于* -> *)来包装字段。MudData将有一种稍微与众不同的(* -> *) -> *，它与镜片密切相关，但没有太多的库支持。我称这种模式为模型。

data MudData f = MudData { _armorTbl    :: f (IntMap Armor)
                         , _clothingTbl :: f (IntMap Clothing)
                         , _coinsTbl    :: f (IntMap Coins)

我们可以用MudData恢复原始的MudData TVar。我们可以通过在Identity，newtype Identity a = Identity {runIdentity :: a}中包装字段来重新创建纯版本。就MudData Identity而言，我们的函数将编写为

moreVanityThanWealth :: MudData Identity -> Bool
moreVanityThanWealth md =
    let clothing = runIdentity . _clothingTbl $ md
        coins    = runIdentity . _coinsTbl    $ md
    in  ...

我们已经成功地忘记了我们使用过的MudData的哪些部分，但是现在我们没有我们想要的锁粒度。我们需要恢复，作为一个副作用，这正是我们刚刚忘记的。如果我们编写了帮助器的STM版本，它将类似于

moreVanityThanWealth :: MudData TVar -> STM Bool
moreVanityThanWealth md =
    do
        clothing <- readTVar . _clothingTbl $ md
        coins    <- readTVar . _coinsTbl    $ md
        return ...

这个用于STM的MudData TVar版本与我们刚刚为MudData Identity编写的纯版本几乎完全相同。它们仅根据引用的类型(TVar与Identity)、用于从引用中获取值的函数(readTVar与runIdentity)以及结果如何返回(以STM或作为普通值)而有所不同。如果可以使用相同的函数来同时提供这两种功能，那就太好了。我们将提取这两个函数之间的共同点。为此，我们将引入一个类型类MonadReadRef r m，用于我们可以从其中读取某种类型引用的Monad。r是引用的类型，readRef是从引用中获取值的函数，m是返回结果的方式。下面的MonadReadRef与来自参考文献的MonadRef类密切相关。

{-# LANGUAGE FunctionalDependencies #-}

class Monad m => MonadReadRef r m | m -> r where
    readRef :: r a -> m a

只要代码在所有MonadReadRef r m上都是参数化的，它就是纯的。我们可以通过使用以下MonadReadRef实例来运行Identity中保存的普通值，从而看到这一点。id in readRef = id与return . runIdentity相同。

instance MonadReadRef Identity Identity where
    readRef = id

我们将以moreVanityThanWealth的形式重写MonadReadRef。

moreVanityThanWealth :: MonadReadRef r m => MudData r -> m Bool
moreVanityThanWealth md =
    do
        clothing <- readRef . _clothingTbl $ md
        coins    <- readRef . _coinsTbl    $ md
        return ...

当我们在MonadReadRef中为TVar添加一个STM实例时，我们可以在STM中使用这些“纯”计算，但是泄漏了读取TVars的副作用。

instance MonadReadRef TVar STM where
    readRef = readTVar