使用 RxJS 实现一个简易的仿 Elm 架构应用

使用 RxJS 实现一个简易的仿 Elm 架构应用

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什么是 Elm 架构

Elm 架构是一种使用 Elm 语言编写 Web 前端应用的简单架构，在代码模块化、代码重用以及测试方面都有较好的优势。使用 Elm 架构，可以非常轻松的构建复杂的 Web 应用，无论是面对重构还是添加新功能，它都能使项目保持良好的健康状态。

Elm 架构的应用通常由三部分组成——模型、更新、视图。这三者之间使用 Message 来相互通信。

模型

模型通常是一个简单的 POJO 对象，包含了需要展示的数据或者是界面显示逻辑的状态信息，在 Elm 语言中，通常是自定义的“记录类型”，模型对象及其字段都是不可变的（immutable）。使用 TypeScript 的话，可以简单的用接口来描述模型：

export interface IHabbitPresetsState {
    presets: IHabbitPreset[];
    isLoading: boolean;
    isOperating: boolean;
    isOperationSuccess: boolean;
    isEditing: boolean;
}

这时候，我们就需要在心中谨记，永远不要去修改模型的字段！

Message

Message 用来定义应用程序在运行过程中可能会触发的事件，例如，在一个秒表应用中，我们会定义“开始计时”、“暂停计时”、“重置”这三种事件。在 Elm 中，可以使用 Union Type 来定义 Message，如果使用 TypeScript 的话，可以定义多个消息类，然后再创建一个联合类型定义：

export type HabbitPresetsMsg =
    Get | Receive
    | Add | AddResp
    | Delete | DeleteResp
    | Update | UpdateResp
    | BeginEdit | StopEdit;

export class Get {
}

export class Receive {
    constructor(public payload: IHabbitPreset[]) { }
}

export class Add {
    constructor(public payload: IHabbitPreset) { }
}

export class AddResp {
    constructor(public payload: IHabbitPreset) {
    }
}

export class Delete {
    constructor(public payload: number) {
    }
}

export class DeleteResp {
    constructor(public payload: number) { }
}

export class Update {

    constructor(public payload: IHabbitPreset) {
    }
}

export class UpdateResp {
    constructor(public payload: IHabbitPreset) {
    }
}

export class BeginEdit {
    constructor(public payload: number) { }
}

export class StopEdit {
}

我们的应用程序一般从视图层来触发 Message，比如，在页面加载完毕后，就立即触发“加载数据”这个 Message，被触发的 Message 由更新模块来处理。

更新

更新，即模型的更新方式，通常是一个函数，用 TypeScript 来描述这个函数就是：

update(state: IHabbitPresetsState, msg: HabbitPresetsMsg): IHabbitPresetsState

每当一个新的 Message 被触发的时候，Elm 架构便会将应用程序当前的模型跟接受到 Message 传入 update 函数，再把执行结果作为应用程序新的模型——这就是模型的更新。

在 Elm 程序中，视图的渲染仅依赖模型中的数据，所以，模型的更新往往会导致视图的更新。

视图

Elm 语言自带了一个前端的视图库，其特点是视图的更新仅依赖模型的更新，几乎所有的 Message 也都是由视图来触发。但在这篇文章里面，我将使用 Angular5 来演示效果，当然了，也可以使用 React 或者 jQuery 来实现视图，这取决于个人爱好。

小结

至此，我们大致的了解了一下 Elm 架构的几个要点：模型、更新、视图以及 Message。一个 Elm 架构的程序，通常是视图因为用户的动作触发特定 Message，然后由这个触发的 Message 跟当前应用的模型计算得出新的模型，新的模型的产生使得视图产生变化。

开始实现

首先让我们写出一个空的框架：

export class ElmArch<TState, TMsgType> {
}

TState 表示应用程序的模型类型，TMsgType 表示应用程序的消息联合类型。

由上一节可以知道，Message 是应用程序能够运行的关键，Message 在运行时要能够手动产生，并且，Message 的触发还要能被监听，所以，可以使用 RxJS/Subject 来构建一个 Message 流。

export class ElmArch<TState, TMsgType> {
    private readonly $msg = new Subject<TMsgType>();
    send(msg: TMsgType) {
        this.$msg.next(msg);
    }
}

这里之所以定义一个 send 函数是为了更好的将代码封装起来，消息流对外只暴露一个触发消息的接口。

接下来，我们可以考虑一下模型流的实现。他跟消息流很类似，首先要能被监听，其次，还接收到消息后还要能手动产生，所以也可以使用 Subject 来实现。但是这里我用的是 BehaviorSubject ，因为 Behavior Subject 能够保留最后产生的对象，这样我们就可以随时访问模型里面的数据，而不需要使用 Subscribe。

$res = new BehaviorSubject<TState>(initState);

至此，1/3 的工作已经完成了，现在来按照我们的要求，使用 rxjs 让消息流能正确的触发模型流的更新。

this.$msg.scan(this.update, initState)
            .subscribe((s: TState) => {
                    $res.next(s);
            });

scan 是 rxjs 的一个操作符，类似于 JS 中的 reduce，LINQ 中的 Aggregate。因为设置了一个初始模型（initState），所以在消息流每次产生新的消息的时候，update 函数就可以接收到上一次计算出来的模型，以及最新接收到的消息，然后返回新的模型。也就是说，scan 将消息流转化为了新的模型流。接着订阅这个模型流，并用之前定义的 BehaviorSubject 来广播新的模型。

这里就接近完成 1/2 的工作了，模型跟消息这两个的东西已经实现好了，接下来就继续实现更新。

Elm 是一门函数式语言，模式匹配的能力比 js 不知道高到哪里去了，既然要模仿 Elm 架构，那么这个地方也要仿出来。

type Pattern<TMsg, TState, TMsgType> =
    [new (...args: any[]) => TMsg, (acc: TState, msg: TMsg, $msg: Subject<TMsgType>) => TState];

    /**
     * Pattern matching syntax
     * @template TMsg
     * @param {new (...args: any[]) => TMsg} type constructor of Msg
     * @param {(acc: TState, msg: TMsg, $msg: Subject<TMsgType>) => TState} reducer method to compute new state
     * @returns {Pattern<TMsg, TState, TMsgType>}
     * @memberof ElmArch
     */
    caseOf<TMsg>(
        type: new (...args: any[]) => TMsg,
        reducer: (acc: TState, msg: TMsg, $msg: Subject<TMsgType>) => TState)
        : Pattern<TMsg, TState, TMsgType> {
        return [type, reducer];
    }

    matchWith<TMsg>($msg: Subject<TMsgType>, patterns: Pattern<TMsg, TState, TMsgType>[]) {
        return (acc: TState, msg: TMsg) => {
            const state = acc;
            for (const it of patterns) {
                if (msg instanceof it[0]) {
                    return it[1](state, msg, $msg);
                }
            }
            throw new Error('Invalid Message Type');
        };
    }

首先我们定义了一个元组类型 Pattern 用来表示模式匹配的语法，在这里面，主要需要实现的是基于类型的匹配，所以元组的第一个元素是消息类，第二个参数是当匹配成功时要执行的回调函数，用来计算新的模型，使用 caseOf 函数可以创建这种元组。matchWith 函数的返回值是一个函数，与 scan 的第一个参数的签名相符合，第一个参数是最后被创建出来的模型，第二个参数是接收到的消息。在这个函数中，我们找到与接收到的消息相匹配的 pattern 元组，然后用这个元组的第二个元素计算出新的模型。

用上面的东西就可以比较好的模拟模式匹配的功能了，写出来的样子像这样：

const newStateAcc = matchWith(msg, [
            caseOf(GetMonth, (s, m, $m) => {
                // blablabla
            }),
            caseOf(GetMonthRecv, (s, m) => {
                // blablabla
            }),
            caseOf(ChangeDate, (s, m) => {
                // blablabla
            }),
            caseOf(SaveRecord, (s, m, $m) => {
                // blablabla
            }),
            caseOf(SaveRecordRecv, (s, m) => {
                // blablabla
            })
        ])

这样，之前用来构建模型流的地方就需要做一些改动：

this.$msg.scan(this.matchWith(this.$msg, patterns), initState)
            .subscribe((s: TState) => {
                    $res.next(s);
            });

现在构建模型流需要依赖一个初始状态跟一个模式数组，那么就可以用一个函数封装起来，将这两个依赖项作为参数传入：

begin(initState: TState, patterns: Pattern<any, TState, TMsgType>[]) {
        const $res = new BehaviorSubject<TState>(initState);
        this.$msg.scan(this.matchWith(this.$msg, patterns), initState)
            .subscribe((s: TState) => {
                    $res.next(s);
            });
        return $res;
    }

到目前为止，2/3 的工作就已经完成了，我们设计出了消息流、模型流以及处理消息的更新方法，做一个简单的计数器是完全没有问题的。点击查看样例

但是实际上，我们需要面对的问题远不止一个计数器这么简单，更多的情况是处理请求，有时候还需要处理消息的时候触发新的消息。对于异步的请求，需要在请求的响应中触发新的消息，可以直接调用 $msg.next() ，对于需要在更新的操作中触发新的消息，也可以主动调用 $msg.next() 这个函数就好了。

不过，事情往往没有这么简单，因为模型流并不是从消息流直接通过 rxjs 的操作符转换出来的，而更新函数中模式匹配部分执行时间长短不一，这可能导致消息与模型更新顺序不一致的问题。我想出的解决方法是：对于同步的操作需要触发新的消息，就必须要保证当前消息处理完成后，模型的更新被广播出去后才能触发新的消息。基于这一准则，我就又添加了一些代码：

type UpdateResult<TState, TMsgType> = TState | [TState, TMsgType[]];

/**
* Generate a result of a new state with a sets of msgs, these msgs will be published after new state is published
* @param {TState} newState
* @param {...TMsgType[]} msgs
* @returns {UpdateResult<TState, TMsgType>}
* @memberof ElmArch
*/
nextWithCmds(newState: TState, ...msgs: TMsgType[]): UpdateResult<TState, TMsgType> {
    if (arguments.length === 1) {
        return newState;
    } else {
        return [newState, msgs];
    }
}

在这里，我添加了新的类型—— UpdateResult<TState, TMsgType>，这个类型表示模型类型或模型类型与消息数组类型的元组类型。这么说起来确实有些绕口，这个类型存在的意义就是：Update 函数除了返回新的模型之外，还可以选择性的返回接下来要触发的消息。这样，单纯的模型流就变成了模型消息流，接着在 subscribe 的地方，在原先的模型流产生新的模型的地方后面再去触发新的消息流，如果返回结果中有需要触发的消息的话。

完整代码在此：https://gist.github.com/ZeekoZhu/c10b30815b711db909926c172789dfd2

使用样例

在上面的 gits 中提到了一个样例，但是不是很完整，之后会放出完整例子。

总结

看到这里，你可能已经发现了，本文实现的这个小工具看起来跟 redux 挺像的，确实，redux 也是 js 程序员对 Elm 架构的致敬。通过把 Web 应用的逻辑拆解成一个个状态间改变的逻辑，可以帮助我们更好的理解所编写的东西，同时，也让 MV* 的思想得到进一步的展现，因为在编写 update 相关的代码的时候，可以在实现业务逻辑的同时而毫不碰触 UI 层面的东西，所以，正如本文开头提到的，视图可以是任何东西：React、Angular、jQuery，这都没关系，只要能够对模型的 Observable 流的改变做出响应， DOM API 也是可以的，可能，这就是所谓的响应式编程吧。

对于普通的 Angular 应用来说意味这什么？

在我自己将这个小工具结合 Angular 的使用体验来看，最大的改变就是代码变得更加有规律了，特别是处理异步并改变 UI 的场景，变得更容易套路化，更容易套路化就意味着更方便生成代码了。再一个，在 Angualr 中，如果组件依赖的所有输入都是 Observable 对象，那么可以将默认的变更检查策略改为：OnPush。这样，Angular 就不用对这个组件进行“脏检查”了，只有在 Observable 发生更新的时候，才会去重新改变组件，这个好处，不言而喻。