介绍

目标受众 : 中级至高级 Kotlin 开发者。

在Kotlin的函数式编程世界中,Arrow库提供了强大的工具来处理错误和替代情况。在这些工具中,单子`Either`以其能够表示两种可能状态的能力而脱颖而出:成功(Right)或失败(Left)。但是如何在这两种状态之间高效导航?这就是我们将在本文中探讨的内容。

Either 单子是什么?

单子`Either`是一种表示两种互斥可能性的数据结构。在 Kotlin 中使用 Arrow 时,它通常用于处理操作的成功和失败情况,提供了一种优雅的替代传统异常的方案。

为什么使用 Either?

  1. 显式错误处理:迫使开发者考虑失败情况。

  2. 函数式组合:便于链式操作,这些操作可能会失败。

  3. Type-safety : 错误是有类型的,这有助于更精确地处理它们。

  4. 没有例外:避免副作用和执行流的意外中断。

上下文

想象一下,你正在开发一个REST APIhttps://spring.io/projects/spring-boot/[Spring Boot,windows=稍后读取] et Kotlin, 使用该库https://arrow-kt.io/[箭头,窗口=稍后阅读]. 您有一个功能`findOneUserByEmail`返回一个`Either<Throwable, User>`. 您如何能以优雅且功能性的方式处理此结果?

我们有一个 User 类:

@file:Suppress(
    "RemoveRedundantQualifierName",
    "MemberVisibilityCanBePrivate",
    "SqlNoDataSourceInspection"
)

package webapp.users

import arrow.core.Either
import arrow.core.left
import arrow.core.right
import com.fasterxml.jackson.annotation.JsonIgnore
import com.fasterxml.jackson.databind.ObjectMapper
import jakarta.validation.constraints.NotNull
import jakarta.validation.constraints.Pattern
import jakarta.validation.constraints.Size
import org.springframework.beans.factory.getBean
import org.springframework.context.ApplicationContext
import org.springframework.data.r2dbc.core.R2dbcEntityTemplate
import org.springframework.r2dbc.core.DatabaseClient
import org.springframework.r2dbc.core.awaitOne
import org.springframework.r2dbc.core.awaitRowsUpdated
import webapp.core.property.ANONYMOUS_USER
import webapp.core.property.EMPTY_STRING
import webapp.core.utils.AppUtils.cleanField
import webapp.users.EntityModel.Companion.ID_MEMBER
import webapp.users.User.UserDao.Attributes.EMAIL_ATTR
import webapp.users.User.UserDao.Attributes.ID_ATTR
import webapp.users.User.UserDao.Attributes.LANG_KEY_ATTR
import webapp.users.User.UserDao.Attributes.LOGIN_ATTR
import webapp.users.User.UserDao.Attributes.PASSWORD_ATTR
import webapp.users.User.UserDao.Attributes.VERSION_ATTR
import webapp.users.User.UserDao.Constraints.LOGIN_REGEX
import webapp.users.User.UserDao.Fields.EMAIL_FIELD
import webapp.users.User.UserDao.Fields.ID_FIELD
import webapp.users.User.UserDao.Fields.LANG_KEY_FIELD
import webapp.users.User.UserDao.Fields.LOGIN_FIELD
import webapp.users.User.UserDao.Fields.PASSWORD_FIELD
import webapp.users.User.UserDao.Fields.VERSION_FIELD
import webapp.users.User.UserDao.Relations.INSERT
import webapp.users.security.Role
import webapp.users.security.Role.RoleDao
import webapp.users.security.UserRole.UserRoleDao
import java.util.*
import jakarta.validation.constraints.Email as EmailConstraint

data class User(
    override val id: UUID? = null,

    @field:NotNull
    @field:Pattern(regexp = LOGIN_REGEX)
    @field:Size(min = 1, max = 50)
    val login: String,

    @JsonIgnore
    @field:NotNull
    @field:Size(min = 60, max = 60)
    val password: String = EMPTY_STRING,

    @field:EmailConstraint
    @field:Size(min = 5, max = 254)
    val email: String = EMPTY_STRING,

    @JsonIgnore
    val roles: MutableSet<Role> = mutableSetOf(Role(ANONYMOUS_USER)),

    @field:Size(min = 2, max = 10)
    val langKey: String = EMPTY_STRING,

    @JsonIgnore
    val version: Long = -1,
) : EntityModel<UUID>() {

    companion object {
        @JvmStatic
        fun main(args: Array<String>) = println(UserDao.Relations.sqlScript)
    }

    object UserDao {
        object Constraints {
            // Regex for acceptable logins
            const val LOGIN_REGEX =
                "^(?>[a-zA-Z0-9!$&*+=?^_`{|}~.-]+@[a-zA-Z0-9-]+(?:\\.[a-zA-Z0-9-]+)*)|(?>[_.@A-Za-z0-9-]+)$"
            const val PASSWORD_MIN: Int = 4
            const val PASSWORD_MAX: Int = 16
            const val IMAGE_URL_DEFAULT = "https://placehold.it/50x50"
            const val PHONE_REGEX = "^(\\+|00)?[1-9]\\d{0,49}\$"
        }

        object Members {
            const val PASSWORD_MEMBER = "password"
            const val ROLES_MEMBER = "roles"
        }

        object Fields {
            const val ID_FIELD = "`id`"
            const val LOGIN_FIELD = "`login`"
            const val PASSWORD_FIELD = "`password`"
            const val EMAIL_FIELD = "`email`"
            const val LANG_KEY_FIELD = "`lang_key`"
            const val VERSION_FIELD = "`version`"
        }

        object Attributes {
            val ID_ATTR = ID_FIELD.cleanField()
            val LOGIN_ATTR = LOGIN_FIELD.cleanField()
            val PASSWORD_ATTR = PASSWORD_FIELD.cleanField()
            val EMAIL_ATTR = EMAIL_FIELD.cleanField()
            const val LANG_KEY_ATTR = "langKey"
            val VERSION_ATTR = VERSION_FIELD.cleanField()
        }

        object Relations {
            const val TABLE_NAME = "`user`"
            const val SQL_SCRIPT = """
            CREATE TABLE IF NOT EXISTS $TABLE_NAME (
                $ID_FIELD                     UUID default random_uuid() PRIMARY KEY,
                $LOGIN_FIELD                  VARCHAR,
                $PASSWORD_FIELD               VARCHAR,
                $EMAIL_FIELD                  VARCHAR,
                $LANG_KEY_FIELD               VARCHAR,
                $VERSION_FIELD                bigint
            );
            CREATE UNIQUE INDEX IF NOT EXISTS `uniq_idx_user_login`
            ON $TABLE_NAME ($LOGIN_FIELD);
            CREATE UNIQUE INDEX IF NOT EXISTS `uniq_idx_user_email`
            ON $TABLE_NAME ($EMAIL_FIELD);
"""

            @Suppress("SqlDialectInspection")
            const val INSERT = """
            insert into $TABLE_NAME (
                $LOGIN_FIELD, $EMAIL_FIELD,
                $PASSWORD_FIELD, $LANG_KEY_FIELD,
                $VERSION_FIELD
            ) values ( :login, :email, :password, :langKey, :version)"""

            @JvmStatic
            val sqlScript: String
                get() = setOf(
                    UserDao.Relations.SQL_SCRIPT,
                    RoleDao.Relations.SQL_SCRIPT,
                    UserRoleDao.Relations.SQL_SCRIPT
                ).joinToString("")
                    .trimMargin()
        }

        object Dao {
            val Pair<User, ApplicationContext>.toJson: String
                get() = second.getBean<ObjectMapper>().writeValueAsString(first)

            suspend fun Pair<User, ApplicationContext>.save(): Either<Throwable, Long> = try {
                second.getBean<R2dbcEntityTemplate>()
                    .databaseClient
                    .sql(INSERT)
                    .bind(LOGIN_ATTR, first.login)
                    .bind(EMAIL_ATTR, first.email)
                    .bind(PASSWORD_ATTR, first.password)
                    .bind(LANG_KEY_ATTR, first.langKey)
                    .bind(VERSION_ATTR, first.version)
                    .fetch()
                    .awaitRowsUpdated()
                    .right()
            } catch (e: Throwable) {
                e.left()
            }


            suspend fun ApplicationContext.findOneUserByEmail(
                email: String
            ): Either<Throwable, User> = try {
                getBean<DatabaseClient>()
                    .sql("SELECT * FROM `user` WHERE LOWER(email) = LOWER(:email)")
                    .bind("email", email)
                    .fetch()
                    .awaitOne()
                    .let { row ->
                        User(
                            id = row[ID_ATTR] as UUID?,
                            login = row[LOGIN_ATTR] as String,
                            password = row[PASSWORD_ATTR] as String,
                            email = row[EMAIL_ATTR] as String,
                            langKey = row[LANG_KEY_ATTR] as String,
                            version = row[VERSION_ATTR] as Long
                        )
                    }.right()
            } catch (e: Throwable) {
                e.left()
            }
        }
    }

    /** Account REST API URIs */
    object UserRestApis {
        const val API_AUTHORITY = "/api/authorities"
        const val API_USERS = "/api/users"
        const val API_SIGNUP = "/signup"
        const val API_SIGNUP_PATH = "$API_USERS$API_SIGNUP"
        const val API_ACTIVATE = "/activate"
        const val API_ACTIVATE_PATH = "$API_USERS$API_ACTIVATE?key="
        const val API_ACTIVATE_PARAM = "{activationKey}"
        const val API_ACTIVATE_KEY = "key"
        const val API_RESET_INIT = "/reset-password/init"
        const val API_RESET_FINISH = "/reset-password/finish"
        const val API_CHANGE = "/change-password"
        const val API_CHANGE_PATH = "$API_USERS$API_CHANGE"
    }
}

// Abstract entity model with Generic ID, which can be of any type
abstract class EntityModel<T>(
    open val id: T? = null
) {
    companion object {
        const val ID_MEMBER = "id"
    }
}

// Generic extension function that allows the ID to be applied to any EntityModel type
inline fun <reified T : EntityModel<ID>, ID> T.withId(id: ID): T {
    // Use reflection to create a copy with the passed ID
    return this::class.constructors.first { it.parameters.any { param -> param.name == ID_MEMBER } }
        .call(id, *this::class.constructors.first().parameters.drop(1).map { param ->
            this::class.members.first { member -> member.name == param.name }.call(this)
        }.toTypedArray())
}

不同的方法

经典方法与 `when

val user: User by lazy { userFactory(USER) }

val result: Either<Throwable, User> = context.findOneUserByEmail(user.email)

when (result) {
    is Either.Left -> {
        val error = result.value
        println("Erreur : ${error.message}")
    }
    is Either.Right -> {
        val user = result.value
        println("Utilisateur trouvé : ${user.login}")
    }
}

虽然简单易读,但它没有充分利用Arrow的函数式能力。

使用 fold 以获得更简洁的方法

result.fold(
{ error -> println("Erreur : ${error.message}") },
{ user -> println("Utilisateur trouvé : ${user.login}") }
)

`fold`可以为 Left 和 Right 两种情况定义操作,简洁且优雅。

使用 map 和 mapLeft 进行转换

val processedResult = result
    .map { user -> "Utilisateur trouvé : ${user.login}" }
    .mapLeft { error -> "Erreur : ${error.message}" }

println(processedResult.merge())

这种方法可以在保持 Either 结构不变的情况下转换其中的值,适用于更复杂的处理链。

使用 getOrElse 的错误处理

val user = result.getOrElse { error ->
    println("Erreur : ${error.message}")
    User(login = "default", email = "[email protected]") // utilisateur par défaut
}
println("Login : ${user.login}")

`getOrElse`它提供了一种优雅的错误处理方式,通过允许提供默认值。

使用 onLeft 和 onRight 的侧向动作

result.onLeft { error -> println("Erreur : ${error.message}") }
.onRight { user -> println("Utilisateur trouvé : ${user.login}") }

这些方法可以在每一边执行操作而不修改 Either,非常适合用于日志记录或轻微的副作用。

使用 flatMap 进行操作链

fun findUser(email: String): Either<Throwable, User> = // ... implémentation

fun getUserPermissions(user: User): Either<Throwable, List<String>> = // ... implémentation

val userPermissions = findUser("[email protected]")
    .flatMap { user -> getUserPermissions(user) }

flatMap`有助于将那些自身返回的操作链接起来`Either,从而避免了`Either`嵌套的

双向转换使用 `bimap

val result: Either<Throwable, User> = // ... obtention du résultat
val processedResult = result.bimap(
    { error -> "Erreur: ${error.message}" },
    { user -> "Utilisateur: ${user.login}" }
)

`bimap`可以在一次操作中同时转换左侧和右侧。

使用 swap 进行侧面反转

val result: Either<Throwable, User> = // ... obtention du résultat
val swapped = result.swap()

swap`在您想要反转某物的两侧时很有用`Either, 例如,用于将一个函数的接口适配到另一个函数。

使用 tap 和 tapLeft :

result.tap { user -> println("Utilisateur trouvé : ${user.login}") }
.tapLeft { error -> println("Erreur : ${error.message}") }

类似于`onLeft` et onRight, 但是这些方法返回原始的 Either,这对于链式操作很有用。

使用 recover :

val recoveredUser = result.recover { error ->
    println("Erreur récupérée : ${error.message}")
    User(login = "recovered", email = "[email protected]")
}
println("Login : ${recoveredUser.login}")

此方法通过提供一个替换值将 Either.Left 转换为 Either.Right。

实际使用案例

  • 使用`fold`适用于需要逐案处理的简单操作。 - 更倾向于`map` et mapLeft`用于数据转换而不更改结构的`Either. - 选择`flatMap`在可能失败的操作链中。 - 使用`recover`为提供默认值以防出错。 - 选择`onLeft` et onRight (ou tap et tapLeft) 用于诸如日志记录之类的副作用。 - 使用`bimap`将两边转换为单一操作。 - 应用`swap`当您需要将一个函数的接口适配到另一个函数时。

结论

每种方法根据使用情境各有其优势。诸如这些方法`fold`, map(Empty)mapLeft, et `recover`在您希望链式执行多个操作或以函数式方式转换数据时特别有用。

单子`Either`Arrow 提供了出色的灵活性,用于在 Kotlin 应用程序中处理成功和错误情况。通过掌握这些不同的方法,您将能够编写更健壮、更易读且更具功能性的代码。

在您的下一个项目中,不要犹豫去探索这些技术,以充分利用 Kotlin 和 Arrow 的函数式编程!

更进一步

Arrow 的官方文档:https://arrow-kt.io/docs/apidocs/arrow-core/arrow.core/-either/[箭头 任一] - Kotlin 协程与 Arrow :https://arrow-kt.io/docs/fx/[Arrow Fx 协程]

别忘记分享你的经验和你最喜欢的工作技巧`Either`在下面的评论中!

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