JavaScript efektų tipai: šalutinių efektų stebėjimo įvaldymas patikimoms programoms

JavaScript programavimo pasaulyje, kuriant patikimas ir lengvai prižiūrimas programas, būtinas gilus supratimas, kaip valdyti šalutinius efektus. Šalutiniai efektai, iš esmės, yra operacijos, kurios keičia būseną už dabartinės funkcijos apimties ribų arba sąveikauja su išorine aplinka. Tai gali būti bet kas – nuo globalaus kintamojo atnaujinimo iki API iškvietimo. Nors šalutiniai efektai yra būtini kuriant realias programas, jie taip pat gali įnešti sudėtingumo ir apsunkinti kodo analizę. Šiame straipsnyje nagrinėsime efektų tipų koncepciją ir kaip efektyviai stebėti bei valdyti šalutinius efektus jūsų JavaScript projektuose, kas leis sukurti labiau nuspėjamą ir testuojamą kodą.

Šalutinių efektų supratimas JavaScript

Prieš gilinantis į efektų tipus, aiškiai apibrėžkime, ką turime omenyje sakydami šalutiniai efektai. Šalutinis efektas atsiranda, kai funkcija ar išraiška keičia kokią nors būseną už savo vietinės apimties ribų arba sąveikauja su išoriniu pasauliu. Dažniausi šalutinių efektų pavyzdžiai JavaScript yra:

• Globalaus kintamojo keitimas.
• HTTP užklausos siuntimas (pvz., duomenų gavimas iš API).
• Rašymas į konsolę (pvz., naudojant console.log).
• DOM (Document Object Model) atnaujinimas.
• Laikmačio nustatymas (pvz., naudojant setTimeout ar setInterval).
• Vartotojo įvesties skaitymas.
• Atsitiktinių skaičių generavimas.

Nors daugumoje programų šalutiniai efektai yra neišvengiami, nekontroliuojami šalutiniai efektai gali lemti nenuspėjamą elgseną, sudėtingą derinimą ir padidėjusį sudėtingumą. Todėl juos valdyti efektyviai yra itin svarbu.

Pristatome efektų tipus

Efektų tipai yra būdas klasifikuoti ir stebėti šalutinių efektų rūšis, kurias funkcija gali sukelti. Aiškiai deklaruojant funkcijos efektų tipus, galima lengviau suprasti, ką funkcija daro ir kaip ji sąveikauja su likusia programos dalimi. Ši koncepcija dažnai siejama su funkcinio programavimo paradigmomis.

Iš esmės, efektų tipai yra tarsi anotacijos ar metaduomenys, apibūdinantys galimus šalutinius efektus, kuriuos funkcija gali sukelti. Jie tarnauja kaip signalas tiek programuotojui, tiek kompiliatoriui (jei naudojama kalba su statiniu tipų tikrinimu) apie funkcijos elgseną.

Efektų tipų naudojimo privalumai

• Geresnis kodo aiškumas: Efektų tipai aiškiai parodo, kokius šalutinius efektus funkcija gali sukelti, pagerindami kodo skaitomumą ir priežiūrą.
• Patobulintas derinimas: Žinant galimus šalutinius efektus, galima lengviau atsekti klaidų ir netikėtos elgsenos šaltinį.
• Padidintas testuojamumas: Kai šalutiniai efektai yra aiškiai deklaruoti, tampa lengviau imituoti (mock) ir testuoti funkcijas izoliuotai.
• Kompiliatoriaus pagalba: Kalbos su statiniu tipų tikrinimu gali naudoti efektų tipus, kad įgyvendintų apribojimus ir išvengtų tam tikrų klaidų kompiliavimo metu.
• Geresnė kodo organizacija: Efektų tipai gali padėti struktūrizuoti kodą taip, kad būtų sumažinti šalutiniai efektai ir skatinamas moduliškumas.

Efektų tipų diegimas JavaScript

JavaScript, būdama dinamiškai tipizuojama kalba, natūraliai nepalaiko efektų tipų taip, kaip tai daro statiškai tipizuojamos kalbos, pavyzdžiui, Haskell ar Elm. Tačiau mes vis tiek galime įdiegti efektų tipus, naudodami įvairias technikas ir bibliotekas.

1. Dokumentacija ir susitarimai

Paprasčiausias būdas – naudoti dokumentaciją ir pavadinimų susitarimus, nurodant funkcijos efektų tipus. Pavyzdžiui, galite naudoti JSDoc komentarus, apibūdinančius šalutinius efektus, kuriuos funkcija gali sukelti.

/**
 * Gauna duomenis iš API galinio taško.
 *
 * @effect HTTP - Atlieka HTTP užklausą.
 * @effect Console - Rašo į konsolę.
 *
 * @param {string} url - URL, iš kurio gauti duomenis.
 * @returns {Promise} - Promise, kuris išsisprendžia su duomenimis.
 */
async function fetchData(url) {
  console.log(`Fetching data from ${url}...`);
  const response = await fetch(url);
  const data = await response.json();
  return data;
}

Nors šis metodas priklauso nuo programuotojo disciplinos, jis gali būti naudingas atspirties taškas suprantant ir dokumentuojant šalutinius efektus jūsų kode.

2. TypeScript naudojimas statiniam tipizavimui

TypeScript, JavaScript viršrinkinys, prideda kalbai statinį tipizavimą. Nors TypeScript neturi aiškaus efektų tipų palaikymo, galite naudoti jo tipų sistemą šalutiniams efektams modeliuoti ir stebėti.

Pavyzdžiui, galite apibrėžti tipą, kuris atspindi galimus šalutinius efektus, kuriuos funkcija gali sukelti:

type Effect = "HTTP" | "Console" | "DOM";

type Effectful = {
  value: T;
  effects: E[];
};

async function fetchData(url: string): Promise> {
  console.log(`Fetching data from ${url}...`);
  const response = await fetch(url);
  const data = await response.json();
  return { value: data, effects: ["HTTP", "Console"] };
}

Šis metodas leidžia stebėti galimus funkcijos šalutinius efektus kompiliavimo metu, padedant anksčiau aptikti klaidas.

3. Funkcinio programavimo bibliotekos

Funkcinio programavimo bibliotekos, tokios kaip fp-ts ir Ramda, suteikia įrankius ir abstrakcijas šalutiniams efektams valdyti kontroliuojamu ir nuspėjamu būdu. Šios bibliotekos dažnai naudoja tokias koncepcijas kaip monados ir funktoriai, kad inkapsuliuotų ir komponuotų šalutinius efektus.

Pavyzdžiui, galite naudoti IO monadą iš fp-ts, kad pavaizduotumėte skaičiavimą, kuris gali turėti šalutinių efektų:

import { IO } from 'fp-ts/IO'

const logMessage = (message: string): IO => new IO(() => console.log(message))

const program: IO = logMessage('Hello, world!')

program.run()

IO monada leidžia atidėti šalutinių efektų vykdymą, kol aiškiai neiškviesite run metodo. Tai gali būti naudinga testuojant ir komponuojant šalutinius efektus kontroliuojamu būdu.

4. Reaktyvusis programavimas su RxJS

Reaktyviojo programavimo bibliotekos, tokios kaip RxJS, suteikia galingus įrankius asinchroniniams duomenų srautams ir šalutiniams efektams valdyti. RxJS naudoja stebimiuosius (observables) duomenų srautams atvaizduoti ir operatorius tiems srautams transformuoti bei derinti.

Galite naudoti RxJS, kad inkapsuliuotumėte šalutinius efektus stebimiuosiuose ir valdytumėte juos deklaratyviu būdu. Pavyzdžiui, galite naudoti ajax operatorių, kad atliktumėte HTTP užklausą ir apdorotumėte atsakymą:

import { ajax } from 'rxjs/ajax';

const data$ = ajax('/api/data');

data$.subscribe(
  data => console.log('data: ', data),
  error => console.error('error: ', error)
);

RxJS suteikia gausų operatorių rinkinį klaidoms, bandymams iš naujo ir kitiems įprastiems šalutinių efektų scenarijams tvarkyti.

Šalutinių efektų valdymo strategijos

Be efektų tipų naudojimo, yra keletas bendrų strategijų, kurias galite taikyti šalutiniams efektams valdyti savo JavaScript programose.

1. Izoliavimas

Kuo labiau izoliuokite šalutinius efektus. Tai reiškia, kad kodą, sukeliantį šalutinius efektus, reikia laikyti atskirai nuo grynųjų funkcijų (funkcijų, kurios visada grąžina tą patį rezultatą esant tai pačiai įvesčiai ir neturi šalutinių efektų). Izoliuodami šalutinius efektus, galite padaryti savo kodą lengviau testuojamą ir analizuojamą.

2. Priklausomybių injekcija

Naudokite priklausomybių injekciją, kad šalutiniai efektai būtų labiau testuojami. Užuot „įkodavę“ priklausomybes, kurios sukelia šalutinius efektus (pvz., window, document ar duomenų bazės ryšį), perduokite jas kaip argumentus savo funkcijoms ar komponentams. Tai leidžia jums imituoti (mock) tas priklausomybes savo testuose.

function updateTitle(newTitle, dom) {
  dom.title = newTitle;
}

// Naudojimas:
updateTitle('My New Title', document);

// Teste:
const mockDocument = { title: '' };
updateTitle('My New Title', mockDocument);
expect(mockDocument.title).toBe('My New Title');

3. Nekintamumas

Priimkite nekintamumą (immutability). Užuot modifikavę esamas duomenų struktūras, kurkite naujas su norimais pakeitimais. Tai gali padėti išvengti netikėtų šalutinių efektų ir palengvinti programos būsenos analizę. Bibliotekos, tokios kaip Immutable.js, gali padėti dirbti su nekintamomis duomenų struktūromis.

4. Būsenos valdymo bibliotekos

Naudokite būsenos valdymo bibliotekas, tokias kaip Redux, Vuex ar Zustand, kad valdytumėte programos būseną centralizuotai ir nuspėjamai. Šios bibliotekos paprastai suteikia mechanizmus būsenos pokyčiams sekti ir šalutiniams efektams valdyti.

Pavyzdžiui, Redux naudoja reduktorius (reducers), kad atnaujintų programos būseną reaguojant į veiksmus (actions). Reduktoriai yra grynosios funkcijos, kurios priima ankstesnę būseną ir veiksmą kaip įvestį ir grąžina naują būseną. Šalutiniai efektai paprastai tvarkomi tarpinėje programinėje įrangoje (middleware), kuri gali perimti veiksmus ir atlikti asinchronines operacijas ar kitus šalutinius efektus.

5. Klaidų apdorojimas

Įdiekite patikimą klaidų apdorojimą, kad grakščiai tvarkytumėte netikėtus šalutinius efektus. Naudokite try...catch blokus, kad gaudytumėte išimtis ir pateiktumėte vartotojui prasmingus klaidų pranešimus. Apsvarstykite galimybę naudoti klaidų sekimo paslaugas, tokias kaip Sentry, kad stebėtumėte ir registruotumėte klaidas produkcinėje aplinkoje.

6. Registravimas ir stebėjimas

Naudokite registravimą (logging) ir stebėjimą (monitoring), kad sektumėte savo programos elgseną ir nustatytumėte galimas šalutinių efektų problemas. Registruokite svarbius įvykius ir būsenos pokyčius, kad suprastumėte, kaip jūsų programa veikia, ir derintumėte iškilusias problemas. Įrankiai, tokie kaip Google Analytics ar individualūs registravimo sprendimai, gali būti naudingi.

Praktiniai pavyzdžiai

Pažvelkime į keletą praktinių pavyzdžių, kaip taikyti efektų tipus ir šalutinių efektų valdymo strategijas skirtingose situacijose.

1. React komponentas su API iškvietimu

import React, { useState, useEffect } from 'react';

function UserProfile({ userId }) {
  const [user, setUser] = useState(null);
  const [loading, setLoading] = useState(true);
  const [error, setError] = useState(null);

  useEffect(() => {
    async function fetchUser() {
      try {
        const response = await fetch(`/api/users/${userId}`);
        if (!response.ok) {
          throw new Error(`HTTP error! status: ${response.status}`);
        }
        const data = await response.json();
        setUser(data);
      } catch (e) {
        setError(e);
      } finally {
        setLoading(false);
      }
    }

    fetchUser();
  }, [userId]);

  if (loading) {
    return 
Loading...
;
  }

  if (error) {
    return 
Error: {error.message}
;
  }

  return (
    

      
{user.name}
      
Email: {user.email}
    
  );
}

export default UserProfile;

Šiame pavyzdyje UserProfile komponentas atlieka API iškvietimą, kad gautų vartotojo duomenis. Šalutinis efektas yra inkapsuliuotas useEffect kabliuke. Klaidų apdorojimas įdiegtas naudojant try...catch bloką. Įkėlimo būsena valdoma naudojant useState, kad vartotojui būtų suteiktas grįžtamasis ryšys.

2. Node.js serveris su duomenų bazės sąveika

const express = require('express');
const mongoose = require('mongoose');

const app = express();
const port = 3000;

mongoose.connect('mongodb://localhost:27017/mydatabase', {
  useNewUrlParser: true,
  useUnifiedTopology: true
});

const db = mongoose.connection;
db.on('error', console.error.bind(console, 'connection error:'));
db.once('open', function() {
  console.log('Connected to MongoDB');
});

const userSchema = new mongoose.Schema({
  name: String,
  email: String
});

const User = mongoose.model('User', userSchema);

app.get('/users', async (req, res) => {
  try {
    const users = await User.find({});
    res.json(users);
  } catch (err) {
    console.error(err);
    res.status(500).send('Server error');
  }
});

app.listen(port, () => {
  console.log(`Server listening at http://localhost:${port}`);
});

Šis pavyzdys demonstruoja Node.js serverį, kuris sąveikauja su MongoDB duomenų baze. Šalutiniai efektai apima prisijungimą prie duomenų bazės, užklausų siuntimą į duomenų bazę ir atsakymų siuntimą klientui. Klaidų apdorojimas įdiegtas naudojant try...catch blokus. Registravimas naudojamas stebėti duomenų bazės ryšį ir serverio paleidimą.

3. Naršyklės plėtinys su vietine saugykla

// background.js

chrome.runtime.onInstalled.addListener(() => {
  chrome.storage.sync.set({ color: '#3aa757' }, () => {
    console.log('Default background color set to #3aa757');
  });
});

chrome.action.onClicked.addListener((tab) => {
  chrome.scripting.executeScript({
    target: { tabId: tab.id },
    function: setPageBackgroundColor
  });
});

function setPageBackgroundColor() {
  chrome.storage.sync.get('color', ({ color }) => {
    document.body.style.backgroundColor = color;
  });
}

Šis pavyzdys rodo paprastą naršyklės plėtinį, kuris keičia tinklalapio fono spalvą. Šalutiniai efektai apima sąveiką su naršyklės saugyklos API (chrome.storage) ir DOM modifikavimą (document.body.style.backgroundColor). Fono scenarijus klauso, kada plėtinys yra įdiegtas, ir nustato numatytąją spalvą vietinėje saugykloje. Kai paspaudžiama plėtinio piktograma, jis vykdo scenarijų, kuris nuskaito spalvą iš vietinės saugyklos ir pritaiko ją dabartiniam puslapiui.

Išvada

Efektų tipai ir šalutinių efektų stebėjimas yra esminės koncepcijos kuriant patikimas ir lengvai prižiūrimas JavaScript programas. Suprasdami, kas yra šalutiniai efektai, kaip juos klasifikuoti ir kaip juos efektyviai valdyti, galite rašyti kodą, kurį lengviau testuoti, derinti ir analizuoti. Nors JavaScript natūraliai nepalaiko efektų tipų, galite naudoti įvairias technikas ir bibliotekas jiems įdiegti, įskaitant dokumentaciją, TypeScript, funkcinio programavimo bibliotekas ir reaktyviojo programavimo bibliotekas. Tokių strategijų kaip izoliavimas, priklausomybių injekcija, nekintamumas ir būsenos valdymas taikymas gali dar labiau pagerinti jūsų gebėjimą kontroliuoti šalutinius efektus ir kurti aukštos kokybės programas.

Tęsdami savo, kaip JavaScript programuotojo, kelionę, atminkite, kad šalutinių efektų valdymo įvaldymas yra pagrindinis įgūdis, kuris leis jums kurti sudėtingas ir patikimas sistemas. Priimdami šiuos principus ir technikas, galite kurti programas, kurios yra ne tik funkcionalios, bet ir lengvai prižiūrimos bei keičiamo dydžio.

Papildomi mokymosi šaltiniai

• Funkcinis programavimas JavaScript: Tyrinėkite funkcinio programavimo koncepcijas ir kaip jos taikomos JavaScript kūrime.
• Reaktyvusis programavimas su RxJS: Išmokite naudoti RxJS asinchroniniams duomenų srautams ir šalutiniams efektams valdyti.
• Būsenos valdymo bibliotekos: Ištirkite skirtingas būsenos valdymo bibliotekas, tokias kaip Redux, Vuex ir Zustand.
• TypeScript dokumentacija: Giliau pasinerkite į TypeScript tipų sistemą ir kaip ją naudoti šalutiniams efektams modeliuoti ir stebėti.
• fp-ts biblioteka: Tyrinėkite fp-ts biblioteką, skirtą funkciniam programavimui TypeScript.