Elm Architektūra: Išsamus Model-View-Update modelio vadovas

Elm architektūra, dažnai vadinama MVU (Model-View-Update), yra tvirtas ir nuspėjamas modelis, skirtas kurti vartotojo sąsajas naudojant Elm – funkcinę programavimo kalbą, sukurtą front-endui. Ši architektūra užtikrina, kad jūsų programos būsena būtų valdoma aiškiai ir nuosekliai, todėl kodas tampa lengviau prižiūrimas, plečiamas ir testuojamas. Šiame vadove pateikiama išsami Elm architektūros apžvalga, jos pagrindiniai principai, privalumai ir praktinis įgyvendinimas, iliustruotas pavyzdžiais, aktualiais pasaulinei auditorijai.

Kas yra Elm architektūra?

Savo esme Elm architektūra yra vienakrypčio duomenų srauto architektūra. Tai reiškia, kad duomenys jūsų programoje juda viena kryptimi, todėl ją lengviau suprasti ir derinti. Architektūrą sudaro trys pagrindiniai komponentai:

• Modelis (Model): Atspindi programos būseną. Tai yra vienintelis tiesos šaltinis visiems duomenims, kuriuos jūsų programa turi rodyti ir su kuriais sąveikauti.
• Vaizdas (View): Grynoji funkcija, kuri priima modelį kaip įvestį ir sukuria HTML (ar kitus vartotojo sąsajos elementus), rodomus vartotojui. Vaizdas yra atsakingas tik už dabartinės būsenos atvaizdavimą; jis neturi jokių šalutinių poveikių.
• Atnaujinimas (Update): Funkcija, kuri priima pranešimą (vartotojo ar sistemos inicijuotą įvykį ar veiksmą) ir dabartinį modelį kaip įvestį ir grąžina naują modelį. Čia slypi visa programos logika. Ji nustato, kaip programos būsena turėtų keistis reaguojant į skirtingus įvykius.

Šie trys komponentai sąveikauja gerai apibrėžtame cikle. Vartotojas sąveikauja su vaizdu, kuris sugeneruoja pranešimą. Atnaujinimo funkcija gauna šį pranešimą ir dabartinį modelį ir sukuria naują modelį. Tada vaizdas gauna naują modelį ir atnaujina vartotojo sąsają. Šis ciklas kartojasi nuolat.

Diagrama, iliustruojanti vienakryptį Elm architektūros duomenų srautą

Pagrindiniai principai

• Nekintamumas (Immutability): Modelis yra nekintamas. Tai reiškia, kad jo negalima keisti tiesiogiai. Vietoj to, atnaujinimo funkcija sukuria visiškai naują modelį, pagrįstą ankstesniu modeliu ir gautu pranešimu. Šis nekintamumas leidžia lengviau suprasti programos būseną ir apsaugo nuo nenumatytų šalutinių poveikių.
• Grynasis funkcionalumas (Purity): Vaizdo ir atnaujinimo funkcijos yra grynosios funkcijos. Tai reiškia, kad jos visada grąžina tą patį rezultatą esant tai pačiai įvesčiai ir neturi jokių šalutinių poveikių. Dėl šio grynumo šias funkcijas lengva testuoti ir suprasti.
• Vienakryptis duomenų srautas (Unidirectional Data Flow): Duomenys programoje teka viena kryptimi: nuo modelio į vaizdą ir nuo vaizdo į atnaujinimo funkciją. Šis vienakryptis srautas palengvina pakeitimų sekimą ir problemų derinimą.
• Aiškus būsenos valdymas (Explicit State Management): Modelis aiškiai apibrėžia programos būseną. Dėl to aišku, kokius duomenis programa valdo ir kaip jie naudojami.
• Kompiliavimo laiko garantijos (Compile-Time Guarantees): Elm kompiliatorius užtikrina stiprų tipų tikrinimą ir garantuoja, kad jūsų programoje nebus vykdymo laiko klaidų, susijusių su null reikšmėmis, neapdorotomis išimtimis ar duomenų neatitikimais. Tai leidžia kurti patikimesnes ir tvirtesnes programas.

Elm architektūros privalumai

• Nuspėjamumas: Dėl vienakrypčio duomenų srauto lengva suprasti, kaip sukeliami programos būsenos pokyčiai ir kaip atnaujinama vartotojo sąsaja. Šis nuspėjamumas supaprastina derinimą ir palengvina programos priežiūrą.
• Priežiūros paprastumas: Aiškus atsakomybių atskyrimas tarp modelio, vaizdo ir atnaujinimo funkcijų palengvina programos modifikavimą ir plėtimą. Pakeitimai viename komponente mažiau paveikia kitus komponentus.
• Testuojamumas: Dėl vaizdo ir atnaujinimo funkcijų grynumo jas lengva testuoti. Galima tiesiog pateikti skirtingas įvestis ir patikrinti, ar išvestys yra teisingos.
• Plėtros galimybės (Scalability): Elm architektūra padeda kurti programas, kurias lengva plėsti. Augant programai, galite pridėti naujų funkcijų ir funkcionalumo, neįvesdami sudėtingumo ar nestabilumo.
• Patikimumas: Elm kompiliatorius užtikrina stiprų tipų tikrinimą ir garantuoja, kad jūsų programoje nebus vykdymo laiko klaidų, susijusių su null reikšmėmis, neapdorotomis išimtimis ar duomenų neatitikimais. Tai drastiškai sumažina klaidų, patenkančių į produkciją, skaičių.
• Našumas: Elm virtualaus DOM įgyvendinimas yra labai optimizuotas, todėl užtikrinamas puikus našumas. Elm kompiliatorius taip pat atlieka įvairias optimizacijas, kad jūsų programa veiktų efektyviai.
• Bendruomenė ir ekosistema: Elm turi palaikančią ir aktyvią bendruomenę, teikiančią gausybę išteklių, bibliotekų ir įrankių, padedančių kurti programas.

Praktinis įgyvendinimas: paprastas skaitiklio pavyzdys

1. Modelis

Modelis atspindi dabartinę skaitiklio būseną. Šiuo atveju tai tiesiog sveikasis skaičius:

            type alias Model = Int
            

              
                Copy
              
            
          

2. Pranešimai

Pranešimai atspindi skirtingus veiksmus, kuriuos galima atlikti su skaitikliu. Apibrėžiame du pranešimus: „Increment“ (Padidinti) ir „Decrement“ (Sumažinti).

            type Msg
    = Increment
    | Decrement
            

              
                Copy
              
            
          

3. Atnaujinimo funkcija

Atnaujinimo funkcija priima pranešimą ir dabartinį modelį kaip įvestį ir grąžina naują modelį. Ji nustato, kaip skaitiklis turėtų būti atnaujintas, atsižvelgiant į gautą pranešimą.

            update : Msg -> Model -> Model
update msg model =
    case msg of
        Increment ->
            model + 1

        Decrement ->
            model - 1
            

              
                Copy
              
            
          

4. Vaizdas

Vaizdo funkcija priima modelį kaip įvestį ir sukuria HTML, kuris bus rodomas vartotojui. Ji atvaizduoja dabartinę skaitiklio reikšmę ir pateikia mygtukus skaitikliui padidinti ir sumažinti.

            view : Model -> Html Msg
view model =
    div []
        [ button [ onClick Decrement ] [ text "-" ]
        , span [] [ text (String.fromInt model) ]
        , button [ onClick Increment ] [ text "+" ]
        ]
            

              
                Copy
              
            
          

5. Pagrindinė funkcija

Pagrindinė funkcija inicializuoja Elm programą ir sujungia modelio, vaizdo ir atnaujinimo funkcijas. Ji nurodo pradinę modelio reikšmę ir nustato įvykių ciklą.

            main : Program Never Model Msg
main =
    Html.beginnerProgram
        { model = 0  -- Pradinis modelis
        , view = view
        , update = update
        }
            

              
                Copy
              
            
          

Sudėtingesnis pavyzdys: internacionalizuotas darbų sąrašas

1. Modelis

Modelis atspindi darbų sąrašo būseną. Jį sudaro užduočių sąrašas ir šiuo metu pasirinkta kalba.

            type alias Task = { id : Int, description : String, completed : Bool }

type alias Model = { tasks : List Task, language : String }

            

              
                Copy
              
            
          

2. Pranešimai

Pranešimai atspindi skirtingus veiksmus, kuriuos galima atlikti su darbų sąrašu, pvz., pridėti užduotį, perjungti užduoties įvykdymo būseną ir pakeisti kalbą.

            type Msg
    = AddTask String
    | ToggleTask Int
    | ChangeLanguage String

            

              
                Copy
              
            
          

3. Atnaujinimo funkcija

Atnaujinimo funkcija apdoroja skirtingus pranešimus ir atitinkamai atnaujina modelį.

            update : Msg -> Model -> Model
update msg model =
    case msg of
        AddTask description ->
            { model | tasks = model.tasks ++ [ { id = List.length model.tasks + 1, description = description, completed = False } ] }

        ToggleTask taskId ->
            { model | tasks = List.map (\task -> if task.id == taskId then { task | completed = not task.completed } else task) model.tasks }

        ChangeLanguage language ->
            { model | language = language }

            

              
                Copy
              
            
          

4. Vaizdas

Vaizdo funkcija atvaizduoja darbų sąrašą ir pateikia valdiklius užduotims pridėti, jų įvykdymo būsenai perjungti ir kalbai pakeisti. Ji naudoja pasirinktą kalbą lokalizuotam tekstui rodyti.

            view : Model -> Html Msg
view model =
    div []
        [ input [ onInput AddTask, placeholder (translate "addTaskPlaceholder" model.language) ] []
        , ul [] (List.map (viewTask model.language) model.tasks)
        , select [ onChange ChangeLanguage ]
            [ option [ value "en", selected (model.language == "en") ] [ text "English" ]
            , option [ value "fr", selected (model.language == "fr") ] [ text "French" ]
            , option [ value "es", selected (model.language == "es") ] [ text "Spanish" ]
            ]      
        ]

viewTask : String -> Task -> Html Msg
viewTask language task =
    li []
        [ input [ type_ "checkbox", checked task.completed, onClick (ToggleTask task.id) ] []
        , text (task.description ++ " (" ++ (translate (if task.completed then "completed" else "pending") language) ++ ")")
        ]

translate : String -> String -> String
translate key language =
    case language of
        "en" ->
            case key of
                "addTaskPlaceholder" -> "Add a task..."
                "completed" -> "Completed"
                "pending" -> "Pending"
                _ -> "Translation not found"

        "fr" ->
            case key of
                "addTaskPlaceholder" -> "Ajouter une tâche..."
                "completed" -> "Terminée"
                "pending" -> "En attente"
                _ -> "Traduction non trouvée"

        "es" ->
            case key of
                "addTaskPlaceholder" -> "Añadir una tarea..."
                "completed" -> "Completada"
                "pending" -> "Pendiente"
                _ -> "Traducción no encontrada"

        _ -> "Translation not found"

            

              
                Copy
              
            
          

5. Pagrindinė funkcija

Pagrindinė funkcija inicializuoja Elm programą su pradiniu darbų sąrašu ir numatytąja kalba.

            main : Program Never Model Msg
main =
    Html.beginnerProgram
        { model = { tasks = [], language = "en" }
        , view = view
        , update = update
        }

            

              
                Copy
              
            
          

Šis pavyzdys parodo, kaip Elm architektūra gali būti naudojama kuriant sudėtingesnes programas su internacionalizacijos palaikymu. Atsakomybių atskyrimas ir aiškus būsenos valdymas palengvina programos logikos ir vartotojo sąsajos valdymą.

Geroji praktika naudojant Elm architektūrą

• Modelis turi būti paprastas: Modelis turėtų būti paprasta duomenų struktūra, tiksliai atspindinti programos būseną. Venkite modelyje saugoti nereikalingus duomenis ar sudėtingą logiką.
• Naudokite prasmingus pranešimus: Pranešimai turėtų būti aprašomieji ir aiškiai nurodyti veiksmą, kurį reikia atlikti. Naudokite unijas (unions) skirtingiems pranešimų tipams apibrėžti.
• Rašykite grynąsias funkcijas: Užtikrinkite, kad vaizdo ir atnaujinimo funkcijos būtų grynosios funkcijos. Taip jas bus lengviau testuoti ir suprasti.
• Apdorokite visus galimus pranešimus: Atnaujinimo funkcija turėtų apdoroti visus galimus pranešimus. Naudokite case sakinį skirtingiems pranešimų tipams apdoroti.
• Skaidykite sudėtingus vaizdus: Jei vaizdo funkcija tampa per sudėtinga, suskaidykite ją į mažesnes, lengviau valdomas funkcijas.
• Naudokite Elm tipų sistemą: Išnaudokite visas Elm stiprios tipų sistemos galimybes, kad aptiktumėte klaidas kompiliavimo metu. Apibrėžkite pasirinktinius tipus, kad atspindėtumėte duomenis savo programoje.
• Rašykite testus: Rašykite vienetinius testus (unit tests) vaizdo ir atnaujinimo funkcijoms, kad užtikrintumėte, jog jos veikia teisingai.

Pažangesnės koncepcijos

• Komandos (Commands): Komandos leidžia atlikti šalutinius poveikius, pvz., siųsti HTTP užklausas ar sąveikauti su naršyklės API. Komandas grąžina atnaujinimo funkcija, o jas vykdo Elm vykdymo aplinka.
• Prenumeratos (Subscriptions): Prenumeratos leidžia klausytis įvykių iš išorinio pasaulio, pvz., klaviatūros paspaudimų ar laikmačio įvykių. Prenumeratos apibrėžiamos pagrindinėje funkcijoje ir naudojamos pranešimams generuoti.
• Pasirinktiniai elementai (Custom Elements): Pasirinktiniai elementai leidžia kurti daugkartinio naudojimo UI komponentus, kuriuos galima naudoti jūsų Elm programose.
• Prievadai (Ports): Prievadai leidžia bendrauti tarp Elm ir JavaScript. Tai gali būti naudinga integruojant Elm su esamomis JavaScript bibliotekomis arba sąveikaujant su naršyklės API, kurių Elm dar nepalaiko.

Išvada

Elm architektūra yra galingas ir nuspėjamas modelis, skirtas kurti vartotojo sąsajas naudojant Elm. Laikydamiesi nekintamumo, grynumo ir vienakrypčio duomenų srauto principų, galite kurti programas, kurias lengva suprasti, prižiūrėti ir testuoti. Elm architektūra padeda rašyti patikimesnį ir tvirtesnį kodą, o tai lemia geresnę vartotojo patirtį. Nors pradinė mokymosi kreivė gali būti statesnė nei kai kurių kitų front-end karkasų, ilgalaikė Elm architektūros nauda ją paverčia verta investicija kiekvienam rimtam svetainių kūrėjui. Pasinaudokite Elm architektūra ir pamatysite, kad kuriate lengviau prižiūrimas ir malonesnes svetaines, net ir dirbdami pasauliniu mastu paskirstytose komandose su skirtingais įgūdžių lygiais ir laiko juostomis. Jos aiški struktūra ir tipų saugumas suteikia tvirtą pagrindą bendradarbiavimui ir ilgalaikei projekto sėkmei.