Создаем веб-приложение на Haskell с использованием Reflex. Часть 1

  • Tutorial

Часть 2.


Часть 3.


Введение


Всем привет! Меня зовут Никита, и мы в Typeable для разработки фронтенда для части проектов используем FRP-подход, а конкретно его реализацию на Haskell – веб-фреймоворк reflex. На русскоязычных ресурсах отсутствуют какие-либо руководства по данному фреймворку (да и в англоязычном интернете их не так много), и мы решили это немного исправить.


В этой серии статей будет рассмотрено создание веб-приложения на Haskell с использованием платформы reflex-platform. reflex-platform предоставляет пакеты reflex и reflex-dom. Пакет reflex является реализацией Functional reactive programming (FRP) на языке Haskell. В библиотеке reflex-dom содержится большое число функций, классов и типов для работы с DOM. Эти пакеты разделены, т.к. FRP-подход можно использовать не только в веб-разработке. Разрабатывать мы будем приложение Todo List, которое позволяет выполнять различные манипуляции со списком задач.



Для понимания данной серии статей требуется ненулевой уровень знания языка программирования Haskell и будет полезно предварительное ознакомление с функциональным реактивным программированием.

Здесь не будет подробного описания подхода FRP. Единственное, что действительно стоит упомянуть — это два основных полиморфных типа, на которых базируется этот подход:


  • Behavior a — реактивная переменная, изменяющаяся во времени. Представляет собой некоторый контейнер, который на протяжении всего своего жизненного цикла содержит значение.
  • Event a — событие в системе. Событие несет в себе информацию, которую можно получить только во время срабатывания события.

Пакет reflex предоставляет еще один новый тип:


  • Dynamic a — является объединением Behavior a и Event a, т.е. это контейнер, который всегда содержит в себе некоторое значение, и, подобно событию, он умеет уведомлять о своем изменении, в отличие от Behavior a.

В reflex используется понятие фрейма — минимальной единицы времени. Фрейм начинается вместе с возникшим событием и продолжается, пока данные в этом событии не перестанут обрабатываться. Событие может порождать другие события, полученные, например, через фильтрацию, маппинг и т.д., и тогда эти зависимые события также будут принадлежать этому фрейму.


Подготовка


В первую очередь потребуется установленный пакетный менеджер nix. Как это сделать описано здесь.


Чтобы ускорить процесс сборки, имеет смысл настроить кэш nix. В случае, если вы не используете NixOS, то вам нужно добавить следующие строки в файл /etc/nix/nix.conf:


binary-caches = https://cache.nixos.org https://nixcache.reflex-frp.org
binary-cache-public-keys = cache.nixos.org-1:6NCHdD59X431o0gWypbMrAURkbJ16ZPMQFGspcDShjY= ryantrinkle.com-1:JJiAKaRv9mWgpVAz8dwewnZe0AzzEAzPkagE9SP5NWI=
binary-caches-parallel-connections = 40

Если используете NixOS, то в файл /etc/nixos/configuration.nix:


nix.binaryCaches = [ "https://nixcache.reflex-frp.org" ];
nix.binaryCachePublicKeys = [ "ryantrinkle.com-1:JJiAKaRv9mWgpVAz8dwewnZe0AzzEAzPkagE9SP5NWI=" ];

В этом туториале мы будем придерживаться стандартной структуры с тремя пакетами:


  • todo-client — клиентская часть;
  • todo-server — серверная часть;
  • todo-common — содержит общие модули, которые используются сервером и клиентом (например типы API).

Далее необходимо подготовить окружение для разработки. Для этого надо повторить действия из документации:


  • Создать директорию приложения: todo-app;
  • Создать проекты todo-common (library), todo-server (executable), todo-client (executable) в todo-app;
  • Настроить сборку через nix (файл default.nix в директории todo-app);
    • Также надо не забыть включить опцию useWarp = true;;
  • Настроить сборку через cabal (файлы cabal.project и cabal-ghcjs.project).

На момент публикации статьи default.nix будет выглядеть примерно следующим образом:


{ reflex-platform ? ((import <nixpkgs> {}).fetchFromGitHub {
    owner = "reflex-frp";
    repo = "reflex-platform";
    rev = "efc6d923c633207d18bd4d8cae3e20110a377864";
    sha256 = "121rmnkx8nwiy96ipfyyv6vrgysv0zpr2br46y70zf4d0y1h1lz5";
    })
}:
(import reflex-platform {}).project ({ pkgs, ... }:{
  useWarp = true;

  packages = {
    todo-common = ./todo-common;
    todo-server = ./todo-server;
    todo-client = ./todo-client;
  };

  shells = {
    ghc = ["todo-common" "todo-server" "todo-client"];
    ghcjs = ["todo-common" "todo-client"];
  };
})

Примечание: в документации предлагается вручную склонировать репозиторий reflex-platform. В данном примере мы воспользовались средствами nix для получения платформы из репозитория.

Во время разработки клиента удобно пользоваться инструментом ghcid. Он автоматически обновляет и перезапускает приложение при изменении исходников.


Чтобы убедиться, что все работает, добавим в todo-client/src/Main.hs следующий код:


{-# LANGUAGE OverloadedStrings #-}
module Main where

import Reflex.Dom

main :: IO ()
main = mainWidget $ el "h1" $ text "Hello, reflex!"

Вся разработка ведется из nix-shell, поэтому в самом начале необходимо войти в этот shell:


$ nix-shell . -A shells.ghc

Для запуска через ghcid требуется ввести следующую команду:


$ ghcid --command 'cabal new-repl todo-client' --test 'Main.main'

Если все работает, то по адресу localhost:3003 вы увидите приветствие Hello, reflex!



Почему 3003?


Номер порта ищется в переменной окружения JSADDLE_WARP_PORT. Если эта переменная не установлена, то по умолчанию берется значение 3003.


Как это работает


Вы можете заметить, мы использовали при сборке не GHCJS, а обычный GHC. Это возможно благодаря пакетам jsaddle и jsaddle-warp. Пакет jsaddle предоставляет интерфейс для JS для работы из-под GHC и GHCJS. С помощью пакета jsaddle-warp мы можем запустить сервер, который посредством веб-сокетов будет обновлять DOM и играть роль JS-движка. Как раз для этого и был установлен флаг useWarp = true;, иначе по умолчанию использовался бы пакет jsaddle-webkit2gtk, и при запуске мы бы увидели десктопное приложение. Стоит отметить, что еще существуют прослойки jsaddle-wkwebview (для iOS приложений) и jsaddle-clib (для Android приложений).


Простейшее приложение TODO


Приступим к разработке!


Добавим следующий код в todo-client/src/Main.hs.


{-# LANGUAGE MonoLocalBinds #-}
{-# LANGUAGE OverloadedStrings #-}
module Main where

import Reflex.Dom

main :: IO ()
main = mainWidgetWithHead headWidget rootWidget

headWidget :: MonadWidget t m => m ()
headWidget = blank

rootWidget :: MonadWidget t m => m ()
rootWidget = blank

Можно сказать, что функция mainWidgetWithHead представляет собой элемент <html> страницы. Она принимает два параметра — head и body. Существуют еще функции mainWidget и mainWidgetWithCss. Первая функция принимает только виджет с элементом body. Вторая — первым аргументом принимает стили, добавляемые в элемент style, и вторым аргументом — элемент body.


Виджетами мы будем называть любой HTML элемент, или группу элементов. Виджет может обладать своей сетью событий и продуцирует некоторый HTML код. По сути, любая функция, требующая классов типов, ответственных за построения DOM, в типе выходного значения, будет называться виджетом.

Функция blank равносильна pure () и она ничего не делает, никак не изменяет DOM и никак не влияет на сеть событий.


Теперь опишем элемент <head> нашей страницы.


headWidget :: MonadWidget t m => m ()
headWidget = do
  elAttr "meta" ("charset" =: "utf-8") blank
  elAttr "meta"
    (  "name" =: "viewport"
    <> "content" =: "width=device-width, initial-scale=1, shrink-to-fit=no" )
    blank
  elAttr "link"
    (  "rel" =: "stylesheet"
    <> "href" =: "https://stackpath.bootstrapcdn.com/bootstrap/4.4.1/css/bootstrap.min.css"
    <> "integrity" =: "sha384-Vkoo8x4CGsO3+Hhxv8T/Q5PaXtkKtu6ug5TOeNV6gBiFeWPGFN9MuhOf23Q9Ifjh"
    <> "crossorigin" =: "anonymous")
    blank
  el "title" $ text "TODO App"

Данная функция сгенерирует следующее содержимое элемента head:


<meta charset="utf-8">
<meta content="width=device-width, initial-scale=1, shrink-to-fit=no" name="viewport">
<link crossorigin="anonymous" href="https://stackpath.bootstrapcdn.com/bootstrap/4.4.1/css/bootstrap.min.css"
  integrity="sha384-Vkoo8x4CGsO3+Hhxv8T/Q5PaXtkKtu6ug5TOeNV6gBiFeWPGFN9MuhOf23Q9Ifjh" rel="stylesheet">
<title>TODO App</title>

Класс MonadWidget позволяет строить или перестраивать DOM, а также определять сеть событий, которые происходят на странице.


Функция elAttr имеет следующий тип:


elAttr :: forall t m a. DomBuilder t m => Text -> Map Text Text -> m a -> m a

Она принимает название тэга, атрибуты и содержимое элемента. Возвращает эта функция, и вообще весь набор функций, строящих DOM, то, что возвращает их внутренний виджет. В данном случае наши элементы пустые, поэтому используется blank. Это одно из наиболее частых применений этой функции — когда требуется сделать тело элемента пустым. Так же используется функция el. Ее входными параметрами являются только название тэга и содержимое, другими словами — это упрощенная версия функции elAttr без атрибутов. Другая функция, используемая здесь — text. Ее задача — вывод текста на странице. Эта функция экранирует все возможные служебные символы, слова и тэги, и поэтому именно тот текст, который передан в нее, будет выведен. Для того чтобы встроить кусок html, существует функция elDynHtml.


Надо сказать, что в приведенном выше примере использование MonadWidget является избыточным, т.к. эта часть строит неизменяемый участок DOM. А, как было сказано выше, MonadWidget позволяет строить или перестраивать DOM, а также позволяет определять сеть событий. Функции, которые используются здесь, требуют только наличие класса DomBuilder, и тут, действительно, мы могли написать только это ограничение. Но в общем случае, ограничений на монаду гораздо больше, что затрудняет и замедляет разработку, если мы будем прописывать только те классы, которые нам нужны сейчас. Поэтому существует класс MonadWidget, которые представляет собой эдакий швейцарский нож. Для любопытных приведём список всех классов, которые являются надклассами MonadWidget:


type MonadWidgetConstraints t m =
  ( DomBuilder t m
  , DomBuilderSpace m ~ GhcjsDomSpace
  , MonadFix m
  , MonadHold t m
  , MonadSample t (Performable m)
  , MonadReflexCreateTrigger t m
  , PostBuild t m
  , PerformEvent t m
  , MonadIO m
  , MonadIO (Performable m)
#ifndef ghcjs_HOST_OS
  , DOM.MonadJSM m
  , DOM.MonadJSM (Performable m)
#endif
  , TriggerEvent t m
  , HasJSContext m
  , HasJSContext (Performable m)
  , HasDocument m
  , MonadRef m
  , Ref m ~ Ref IO
  , MonadRef (Performable m)
  , Ref (Performable m) ~ Ref IO
  )

class MonadWidgetConstraints t m => MonadWidget t m

Теперь перейдем к элементу body страницы, но для начала определим тип данных, который будем использовать для задания:


newtype Todo = Todo
  { todoText :: Text }

newTodo :: Text -> Todo
newTodo todoText = Todo {..}

Тело будет иметь следующую структуру:


rootWidget :: MonadWidget t m => m ()
rootWidget =
  divClass "container" $ do
    elClass "h2" "text-center mt-3" $ text "Todos"
    newTodoEv <- newTodoForm
    todosDyn <- foldDyn (:) [] newTodoEv
    delimiter
    todoListWidget todosDyn

Функция elClass на вход принимает название тэга, класс (классы) и содержимое. divClass это сокращенная версия elClass "div".


Все выше описанные функции отвечают за визуальное представление и не несут в себе никакой логики, в отличие от функции foldDyn. Она является частью пакета reflex и имеет следующую сигнатуру:


foldDyn :: (Reflex t, MonadHold t m, MonadFix m) => (a -> b -> b) -> b -> Event t a -> m (Dynamic t b)

Она похожа на foldr :: (a -> b -> b) -> b -> [a] -> b и, по сути, выполняет такую же роль, только в роли списка здесь событие. Результирующее значение обернуто в контейнер Dynamic, т.к. оно будет обновляться после каждого события. Процесс обновления задаётся функцией-параметром, которая принимает на вход значение из возникшего события и текущее значение из Dynamic. На их основе формируется новое значение, которое будет находиться в Dynamic. Это обновление будет происходить каждый раз при возникновении события.


В нашем примере функция foldDyn будет обновлять динамический список заданий (изначально пустой), как только будет добавлено новое задание из формы ввода. Новые задания добавляются в начало списка, т.к. используется функция (:).


Функция newTodoForm строит ту часть DOM, в которой будет форма ввода описания задания, и возвращает событие, которое несет в себе новое Todo. Именно при возникновении этого события будет обновляться список заданий.


newTodoForm :: MonadWidget t m => m (Event t Todo)
newTodoForm = rowWrapper $
  el "form" $
    divClass "input-group" $ do
      iEl <- inputElement $ def
        & initialAttributes .~
          (  "type" =: "text"
          <> "class" =: "form-control"
          <> "placeholder" =: "Todo" )
      let
        newTodoDyn = newTodo <$> value iEl
        btnAttr = "class" =: "btn btn-outline-secondary"
          <> "type" =: "button"
      (btnEl, _) <- divClass "input-group-append" $
        elAttr' "button" btnAttr $ text "Add new entry"
      pure $ tagPromptlyDyn newTodoDyn $ domEvent Click btnEl

Первое нововведение, которое мы встречаем тут, это функция inputElement. Ее название говорит само за себя, она добавляет элемент input. В качестве параметра она принимает тип InputElementConfig. Он имеет много полей, наследует несколько различный классов, но в данном примере нам наиболее интересно добавить нужные атрибуты этому тегу, и это можно сделать при помощи линзы initialAttributes. Функция value является методом класса HasValue и возвращает значение, которое находится в данном input. В случае типа InputElement оно имеет тип Dynamic t Text. Это значение будет обновляться при каждом изменении, происходящем в поле input.


Следующее изменение, которое тут можно заметить, это использование функции elAttr'. Отличие функций со штрихом от функций без штриха для построения DOM заключается в том, что эти функции вдобавок возвращают сам элемент страницы, с которым мы можем производить различные манипуляции. В нашем случае он необходим, чтобы мы могли получить событие нажатия на этот элемент. Для этого служит функция domEvent. Эта функция принимает название события, в нашем случае Click и сам элемент, с которым связано это событие. Функция имеет следующую сигнатуру:


domEvent :: EventName eventName -> target -> Event t (DomEventType target eventName)

Ее возвращаемый тип зависит от типа события и типа элемента. В нашем случае это ().


Следующая функция, которую мы встречаем — tagPromptlyDyn. Она имеет следующий тип:


tagPromptlyDyn :: Reflex t => Dynamic t a -> Event t b -> Event t a

Ее задача заключается в том, чтобы при срабатывании события, поместить в него значение, которое находится в данный момент внутри Dynamic. Т.е. событие, являющееся результатом функции tagPromptlyDyn valDyn btnEv возникает одновременно с btnEv, но несёт в себе значение, которое было в valDyn. Для нашего примера это событие будет происходить при нажатии кнопки и нести в себе значение из текстового поля ввода.


Тут следует сказать про то, что функции, которые содержат в своём названии слово promptly, потенциально опасные — они могут вызывать циклы в сети событий. Внешне это будет выглядеть так, как будто приложение зависло. Вызов tagPromplyDyn valDyn btnEv, по возможности, надо заменять на tag (current valDyn) btnEv. Функция current получает Behavior из Dynamic. Эти вызовы не всегда взаимозаменяемые. Если обновление Dynamic и событие Event в tagPromplyDyn возникают в один момент, т.е. в одном фрейме, то выходное событие будет содержать те данные, которые получил Dynamic в этом фрейме. В случае, если мы будем использовать tag (current valDyn) btnEv, то выходное событие будет содержать те данные, которыми исходный current valDyn, т.е. Behavior, обладал в прошлом фрейме.


Здесь мы подошли к еще одному различию между Behavior и Dynamic: если Behavior и Dynamic получают обновление в одном фрейме, то Dynamic будет обновлен уже в этом фрейме, а Behavior приобретет новое значение в следующем. Другими словами, если событие произошло в момент времени t1 и в момент времени t2, то Dynamic будет обладать значением, которое принесло событие t1 в промежутке времени [t1, t2), а Behavior(t1, t2].


Задача функции todoListWidget заключается в выводе всего списка Todo.


todoListWidget :: MonadWidget t m => Dynamic t [Todo] -> m ()
todoListWidget todosDyn = rowWrapper $
  void $ simpleList todosDyn todoWidget

Здесь встречается функция simpleList. Она имеет следующую сигнатуру:


simpleList
  :: (Adjustable t m, MonadHold t m, PostBuild t m, MonadFix m)
  => Dynamic t [v]
  -> (Dynamic t v -> m a)
  -> m (Dynamic t [a])

Эта функция является частью пакета reflex, и в нашем случае она используется для построения повторяющихся элементов в DOM, где это будут подряд идущие элементы div. Она принимает Dynamic список, который может изменяться во времени, и функцию для обработки каждого элемента в отдельности. В данном случае это просто виджет для вывода одного элемента списка:


todoWidget :: MonadWidget t m => Dynamic t Todo -> m ()
todoWidget todoDyn =
  divClass "d-flex border-bottom" $
    divClass "p-2 flex-grow-1 my-auto" $
      dynText $ todoText <$> todoDyn

Функция dynText отличается от функции text тем, что на вход принимает текст, обернутый в Dynamic. В случае, если элемент списка будет изменен, то это значение также обновится в DOM.


Также было использовались 2 функции, о которых не было ничего сказано: rowWrapper и delimiter. Первая функция является оберткой над виджетом. В ней нет ничего нового и выглядит следующим образом:


rowWrapper :: MonadWidget t m => m a -> m a
rowWrapper ma =
  divClass "row justify-content-md-center" $
    divClass "col-6" ma

Функция delimiter просто добавляет элемент-разделитель.


delimiter :: MonadWidget t m => m ()
delimiter = rowWrapper $
  divClass "border-top mt-3" blank


Полученный результат можно посмотреть в нашем репозитории.


Это все, что требуется для построения простого и урезанного приложения Todo. В этой части мы рассмотрели настройку окружения и приступили непосредственно к самой разработке приложения. В следующей части будет добавлена работа с элемента списка.

Typeable
Functional programming, High assurance, Consulting

Comments 2

    0
    Были какие-либо трудности с GHCJS? Сейчас использую purescript для фронта, но смотрю в сторону GHCJS для унификации фронта и бэка.
      0
      Я бы не сказал что что-то значимое, но изначально было сложновато разбираться в инструментарии. Чтобы другим было проще после нас — пишется эта серия туториалов.

    Only users with full accounts can post comments. Log in, please.