ReactiveCocoa学习笔记（三）：响应式和函数响应式编程

上一篇谈了谈我自己对函数式编程的理解。这篇文章会讲到，响应式编程，函数响应式编程这些又是个啥，以及我们为什么要使用它们。

响应式编程

对于响应式编程，我没有找到比这篇文章更为生动详尽的文章了，因此这里大部分是翻译自原文，加上了一些我自己的思考。

输入和输出

本质上来说，我们构建应用时，都是在做一件事情：等待一些事件的发生，来提供一些信息作为输入。我们根据这些输入的信息，进行某些处理，生成特定的结果并输出。

输入可以是多种多样的：「用户点击了一个按钮」是一种输入；「服务器有数据返回了」是一种输入；某个方法的回调是一种输入；或者某个对象的某个属性的变化也可以是一种输入。看着很眼熟哈，我们每天都在和这些输入打交道：

///
// delegate
- (void) tableView:(UITableView *)tableView didSelectRowAtIndexPath:(NSIndexPath *)indexPath {
}
// block based callbacks
[TCAPI getCategoriesOnComplete:^(NSArray *objects, HTTPOperation *operation, NSError *error) {
}];
// target action
- (IBAction)buttonAction:(id)sender {
}
// timers
[NSTimer scheduledTimerWithTimeInterval:.1 target:self 
                               selector:@selector(spinIt:) userInfo:nil repeats:YES];
                               
// KVO
- (void)observeValueForKeyPath:(NSString *)keyPath ofObject:(id)object 
                        change:(NSDictionary *)change context:(void *)context {
}

这些都是Objective-C提供的通信机制，来给我们传达一些输入信息：某个事件发生了，怎么处理你看着办吧。（题外话：objc.io的这篇文章对于这些通信机制讲的很好）

而我们的输出也是各种各样的：我们可以将一些信息保存在本地；或者我们可以通过网络协议将一些信息保存在服务器上；当然，对于移动端app来说，我们最主要的输出，还是根据情况去更新UI界面，以便展示新的信息给用户。

线性编程(Linear Programming)

然而，麻烦的事情来了：我们的每个输出，几乎不会只和一个输入相关：当收到一个用户点击事件的输入时，我们需要更新一个UI界面，但是界面的更新往往也依赖于服务器的数据返回，或是之前用户的其他操作；更麻烦的是，我们的输入和输出是异步的：我们的输出和输入在时间顺序上是分离的。

造成这个麻烦的原因是：我们传统的编程处理输入和输出的方式是线性的(Linear Programming)，比如下面这段代码：

可以看到，我们的每段代码在时间顺序上都是一段彼此独立的的时间范围。即使是异步的操作，比如各种callback，也不过是让我们在时间轴中间插入一段代码去执行。（这里没有说到多线程。然而即使是多线程，也只是在另一个线程上开辟了一条新的时间轴，开始一段新的线性编程的故事……）

现在让我们来看看上面说的麻烦事儿吧——当我们接收到某个输入事件的时候，我们往往需要作出相应的输出，这个输出往往不仅取决于当前的输入，而且是和时间轴上处于前面的输入造成的结果相关的：

哎呀用户点击这个「菜单」按钮了，这个时候应当展示出下拉菜单了。但是，首先要确认的是，用户当前是否已经登录了呢？这个菜单所需要的数据是否已经从服务器拿到了呢？用户之前点过这个按钮了么？现在是应当展示这个菜单还是收起这个菜单呢？……

相信我们对这样的逻辑也是再熟悉不过了，我们每天都在这样写代码（手动滑稽）。我们的程序像个傻瓜金鱼，只有7秒钟的记忆。这样说太夸张了，其实我们的程序连1毫秒的记忆也没有:）。我们只好在有输入到来的时候，回过头再去check一遍之前时间轴上发生的事情，检查一些必要的信息，然后做出输出。

好，回忆一下我们是怎么去做到的呢？用什么去追踪时间轴上前面发生的故事的呢？我们也很无奈啊，我们只好引入了一个又一个的「状态」。

状态（State）

什么是「状态」？「状态」是程序运行中的参数的记录，是程序“现在长啥样”的描述。

@property (nonatomic, assign) BOOL userIsLoggedIn;
@property (nonatomic, assign) BOOL menuDataIsLoaded;
@property (nonatomic, assign) BOOL isMenuShowing;
...

这些是为了解决上面那个恼人的问题所需要记录的状态。当时间轴上有事件发生的时候，我们去更新这些状态；如果某个输出需要用到这些信息，我们再去检查这些property当前的值。我们手动去追踪程序的状态，在各个必要的地方去更新它们，然后在一个名为xxxUpdate的方法中，写一些复杂的判断逻辑来根据这些状态给出我们的输出：

// a central function that checks all our states and generates the appropriate output
- (void) checkAndUpdateMenuStatus {
    if (self.menuShouldBeShowing && !self.isMenuShowing 
        && self.menuDataIsLoaded && self.userIsLoggedIn) {
        [self showMenu];
    } else if (!self.menuShouldBeShowing && self.isMenuShowing) {
        [self hideMenu];
    }
}
// sets initial states and sets up our notification observation
- (void) viewDidLoad {
    // Set initial states
    // Let's assume you can't get to this page without being logged in
    self.userIsLoggedIn = YES;
    self.isMenuShowing = NO;
    self.menuDataIsLoaded = NO;
    self.menuShouldBeShowing = NO;
    // Need to handle in case the user logs out while on this page
    [[NSNotificationCenter defaultCenter] addObserverForName:kUserLoggedOutNotification 
                                                      object:nil 
                                                       queue:nil 
                                                  usingBlock:^(NSNotification *note) {
        self.userIsLoggedIn = NO;
        [self checkAndUpdateMenuStatus];
    }];
    // set the initial state (somewhat unnecessary since our menu starts hidden
    // but a good safety check)
    [self checkAndUpdateMenuStatus];
}
// Loads the menu data from the network
- (void) loadMenuData {
    [TCPAPI fetchUserMenuData onComplete:^(NSArray *objects, NSError *error) {
        [self hideLoadingView];
        if(!error) {
            self.menuDataIsLoaded = YES;
            [self checkAndUpdateMenuStatus];
        }
    }];
}
// handles showing and hiding a loading view
- (void) startLoadingView {
    if(self.isLoadingShowing) return;
    self.isLoadingShowing = YES;
    // do work to show loading view
}
- (void) hideLoadingView {
    if(!self.isLoadingShowing) return;
    self.isLoadingShowing = NO;
    // do work to hide loading view
}
- (void) showMenu {
    // show menu
    self.isMenuShowing = YES;
}
- (void) hideMenu {
    // hide menu
    self.isMenuShowing = NO;
}
- (IBAction) userTappedMenuButton:(UIButton *menuButton) {
    // kick off loading of our menu data lazily if it isn't loaded yet
    if(!self.menuDataIsLoaded) {
        [self loadMenuData];
    }
    self.menuShouldBeShowing = !self.menuShouldBeShowing;
    [self checkAndUpdateMenuStatus];
}

（心累……原文作者你平时是在看着我写程序吗，还是说天下程序猿都是一样的傻的可爱）

上面列举的仅仅是更新一个UI所需要的状态。糟糕的是，当我们需要新的信息的时候，我们往往会不假思索地再添上一个property，毕竟已经形成了肌肉记忆了。慢慢地，我们的代码里充满了这些property，以及状态判断的if...else...逻辑。如果有一个地方出了bug，我们得慢慢去找，哪个环节让我们亲爱的状态出了问题。更可怕的是，状态带来的复杂度是随着状态数量增加呈指数级增长的——上面3种状态便能带来2^3种情况，前提还是这3种状态都是一个BOOL值……

响应式编程（Reactive Programming）

既然状态这么不好，那我们可不可以不要它了呢？聪明的猿们想到了种种方法，让计算机来帮我追踪和记录这些状态。而我们的工作是在时间轴的开始，就向计算机解释清楚：我需要哪些输入信息才能做出一个特定的输出，对于一些输入，我需要做出什么输出，剩下的事情，就交给计算机去做啦。

最常见的例子就是我们的「AutoLayout」：我们向计算机说道：“嗯，这个页面放在这个页面里，它的高度是父页面的一半，上边距为10dp，左右居中展示”。然后就哦啦。计算机会在父页面的大小和布局发生改变的时候，帮我们去调整子页面的大小和位置，而不需要我们在各个地方手动去写一堆setFrame:方法。

这就是响应式编程（Reactive Programming）：我们代码里，只是说明了各个事件（输入）的关系，以及它们相应的输出。当这些事件（输入）发生的时候，计算机根据我们的说明，去进行恰当的响应。「状态」依然是存在的，只不过我们将它们托付给了计算机去处理。响应式编程处理了时间轴上输入和输出的异步问题，让我们轻装上阵，对付各种各样的业务逻辑。

移动app时代，随着UI元素越来越多，用户交互越来越复杂，处理越来越频繁，需要的实时性也越来越高，这也是响应式编程越来越受到开发者们的青睐的原因吧。

函数响应式编程

响应式编程给我们带来了许多的好处，Cocoa框架中也为我们提供了不少响应式编程的支持，例如Autolayout，KVO等等。但是，有没有可能更进一步呢？

上一篇文章讲到，函数式编程中，可以将「数据」和「副作用」等封装成一个monad，然后就可以尽享函数式编程的链式编程的丝滑体验了。那如果将我们响应式编程中的「输入」和处理它们的「异步」的逻辑，抽象成一个monad呢？那么，我们将可以使用链式语法和各种强大的函数式编程的工具，处理各种「输入」，以及让「输入」在函数式的“管道”中经过一步步地处理，最终成为我们需要的「输出」。

没错，这就是函数响应式编程的魅力了！它将一个随时间变化的值抽象成一个流，并通过monad使其可以利用到函数式编程的强大工具，最终让我们可以方便直观地处理各种「输入」和「输出」的异步处理逻辑。

Functional reactive programming (FRP) is a programming paradigm for reactive programming (asynchronous dataflow programming) using the building blocks of functional programming (e.g. map, reduce, filter). – Wikipedia