函数式响应式编程
函数式响应式编程(FRP) 是一种编程范式,它采用函数式编程的基础部件(如map、reduce、filter等),进行响应式编程(异步数据流程编程)。FRP被用于GUI、机器人和音乐方面的编程,旨在通过显式的建模时间来简化这些问题。
FRP的形式
函数式响应编程,自从1997年由Conal Elliott和保罗·胡达客在ICFP 97论文《函数式响应式动画》中提出以来[1],产生了多种形式。其多样性的一条轴线,是离散与连续语义对比。另一条轴线,是怎样让FRP系统可以动态地更改。[2]
交互式FRP
Conal Elliott在2008年已经指出,从输入到输出,这种普通的FRP模型,不太适合交互式程序。[7]在从输入映射到输出的过程中缺乏“运行”程序的能力,可能意味着必须使用以下解决方案之一:
- 创建表示行动的一个数据结构,它表现为输出。行动必须被一个外部的解释器或环境来运行。它继承了最初Haskell的流式I/O的全部难点。[8]
- 使用箭头化的FRP,和有能力实行行动的嵌入箭头。行动也必须有身份标识,比如说使得它们可以做维护各自的可变存储。采取这种办法的是Fudgets库[9],和更一般性的单子流函数[10]。
- 最新颖的方法就是允许行动现在运行(于IO单子中),但将它们结果的接收推迟到以后。[11]它利用了事件和IO单子之间的交互,并兼容于更加面向表达式的FRP:
planNow :: Event (IO a) -> IO (Event a)
实现问题
存在两种类型的FRP系统,基于推送的和基于拉取的。基于推送的系统接收事件,并将它们推过一个信号网络来达成结果。基于拉取的系统会等待对结果的需求,并逆向通过该网络检索所需求的值。
某些FRP系统例如Yampa使用采样,这里将采样推过一个信号网络。这种方法有个缺点:网络在一个计算步骤持续期间必须等待,然后才能发现输入上的变更。采样就是个基于推送的FRP示例。
Hackage上的Reactive和Etage库介入了一种叫做“推送-拉取FRP”的方式。按照这种方式,只在需求纯粹定义的流(如随时间推移的固定事件的列表)上的下一个事件时,才会构造该事件。这些纯粹定义的流的行为类似于Haskell中的惰性列表。此为基于拉取的部分。基于推送的部分会在系统外部的事件被带入系统时使用到。外部的事件会被推送给消费者,这样它们就可以在它发布的瞬间找到该事件。
实现
- Yampa[12],是一个箭头化、高效的、纯Haskell实现,支持SDL、SDL2、OpenGL和HTML DOM。
- reflex[13],是一个高效的,用Haskell实现的推送/拉取式FRP,主要宿主是浏览器/DOM、SDL和Gloss。
- reactive-banana[14],是一个用Haskell实现的目标不可知的推送式FRP。
- netwire[15]和varying[16],是箭头化的,用Haskell实现的拉取式FRP。
- Flapjax,是一个用JavaScript实现的行为/事件式FRP。
- React[17],是用于函数式响应编程的一个OCaml模块。
- Sodium[18],是独立于UI框架的推送式FRP实现,支持多种编程语言比如Java、TypeScript和C#。
- ReactiveX,由它的JavaScript实现rxjs[19]而流行,是实现函数式响应式编程的综合性跨平台范型,将数据当作可观测者的流来处理。
- Dunai[20],是支持类和箭头化FPR的,使用单子流函数的一个Haskell的快速实现。
参考来源
- Elliott, Conal; Hudak, Paul, , , 1997 [2018-04-13], (原始内容存档于2020-11-11).
- Nilsson, Henrik; Courtney, Antony; Peterson, John, (PDF), (PDF) (2), Feb 2011 [2002] [2018-04-13], (原始内容 (PDF)存档于2017-10-10).
- Courtney, Antony; Elliott, Conal, , , Yale, Feb 2011 [2001] [2018-04-13], (原始内容存档于2022-04-13).
- Taha, Walid; Wan, Zhanyong; Hudak, Paul, , , Yale, 2002 [2021-03-02], (原始内容存档于2021-02-10).
- Czaplicki, Evan; Chong, Stephen, , , Harvard, 2013 [2018-04-13], (原始内容存档于2018-11-09).
- Wan, Zhanyong; Taha, Walid; Hudak, Paul, , (PDF) (1), Feb 2011.
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- Perez, Ivan; Barenz, Manuel; Nilsson, Henrik, , (PDF), July 2016 [2021-03-02], (原始内容存档 (PDF)于2017-05-18).
- Atze van der Ploeg; Koen Claessen. . [2021-03-04]. (原始内容存档于2020-04-25).
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- Czaplicki, Evan, (PDF) (thesis), Harvard, Apr 2012 [2021-03-02], (原始内容存档 (PDF)于2021-04-16).
- Czaplicki, Evan. . elm. [14 July 2018]. (原始内容存档于2019-05-31).
外部链接
- cellx(页面存档备份,存于) – 一个 JavaScript 实现的超快速反应式库
- Haskell 相关的 FRP(页面存档备份,存于) 研究
- "Deprecating the Observer Pattern with Scala.React(页面存档备份,存于)," – Scala.React, 一个 FRP 的 Scala 实现
- probability of living chart example - 使用ReactiveChart FRP 的无毛刺实现,详见文档 https://web.archive.org/web/20170927112527/https://reactivechart.com/knowledge/reactive/
- What is (functional) reactive programming?(页面存档备份,存于) – Stack Overflow 的问答
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