Haskell中关系数据的安全建模

我发现在我的函数程序中建立关系数据模型是很常见的。例如，在开发网站时，我可能希望使用以下数据结构来存储有关用户的信息：

data User = User 
  { name :: String
  , birthDate :: Date
  }

接下来，我想存储有关用户在我的网站上发布的消息的数据：

data Message = Message
  { user :: User
  , timestamp :: Date
  , content :: String
  }

此数据结构存在多个相关问题：

• 我们没有任何方法来区分名字和出生日期相似的用户
• 用户数据将在序列化/反序列化时复制
• 比较用户需要比较他们的数据，这可能是一项成本高昂的操作
• 对

  User

  字段的更新是脆弱的——您可能会忘记更新数据结构中出现的所有

  User

这些问题是可以管理的，而我们的数据可以表示为一棵树。例如，您可以像这样重构：

data User = User
  { name :: String
  , birthDate :: Date
  , messages :: [(String, Date)] -- you get the idea
  }

data User =
  User
  { name :: String
  , birthDate :: Date
  } deriving (Ord, Typeable)

data Message =
  Message
  { user :: User
  , timestamp :: Date
  , content :: String
  } deriving (Ord, Typeable)

instance Indexable Message where
  empty = ixSet [ ixGen (Proxy :: Proxy User) ]

user1 = User "John Doe" undefined
user2 = User "John Smith" undefined

messageSet =
  foldr insert empty
  [ Message user1 undefined "bla"
  , Message user2 undefined "blu"
  ]

data User =
  User
  { name :: String
  , birthDate :: Date
  , messages :: [Message]
  } deriving (Ord, Typeable)

data Message =
  Message
  { users :: [User]
  , timestamp :: Date
  , content :: String
  } deriving (Ord, Typeable)

但是，您可以将数据形状设置为DAG（想象任意多对多关系），甚至可以设置为一般图形（好的，可能不是）。在这种情况下，我倾向于通过将数据存储在

Map

s中来模拟关系数据库：

newtype Id a = Id Integer
type Table a = Map (Id a) a

这种方法可行，但由于多种原因不安全且丑陋：

• 您只是一个

  Id

  构造函数调用，远离无意义的查找
• 在查找时，您会得到

  可能是一个
  ，但通常数据库在结构上确保存在一个值

• 它很笨拙
• 很难确保数据的引用完整性
• 管理索引（这对于性能非常必要）并确保其完整性更加困难和笨拙

目前是否有克服这些问题的工作？

---

看起来Template Haskell可以解决这些问题（通常是这样），但我不想重新发明轮子。

我没有一个完整的解决方案，但我建议看一下软件包；它提供了一个集合类型，其中包含任意数量的索引，可以使用这些索引执行查找。（它打算与一起使用以实现持久性。）

您仍然需要为每个表手动维护一个“主键”，但您可以通过以下几种方式使其变得更加简单：

将类型参数添加到

Id

，以便，例如，

用户

包含

Id用户

，而不仅仅是

Id

。这可确保您不会将

Id

s与单独的类型混淆

将

Id

类型抽象化，并提供一个安全的接口，以便在某些上下文中生成新的

State

monad，它跟踪相关的

IxSet

和当前最高的

Id

）

例如，编写包装函数，允许您提供一个

用户

，其中查询中需要

Id用户

，并强制执行不变量（例如，如果每条

消息

都持有有效

用户

的密钥，则可以允许您查找相应的

用户

，而无需处理

可能

值；此帮助器函数中包含“不安全性”）

另外，常规数据类型实际上不需要树结构，因为它们可以表示任意图形；但是，这使得更新用户名等简单操作变得不可能。

库（或更安全的类型版本）该库支持的是的关系部分，它还处理数据的版本化序列化和/或并发保证，以备需要

这本书有一个主题

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关于

ixset

的一点是，它自动管理数据条目的“键”

例如，可以为您的数据类型创建一对多关系，如下所示：

data User = User
  { name :: String
  , birthDate :: Date
  , messages :: [(String, Date)] -- you get the idea
  }

data User =
  User
  { name :: String
  , birthDate :: Date
  } deriving (Ord, Typeable)

data Message =
  Message
  { user :: User
  , timestamp :: Date
  , content :: String
  } deriving (Ord, Typeable)

instance Indexable Message where
  empty = ixSet [ ixGen (Proxy :: Proxy User) ]

user1 = User "John Doe" undefined
user2 = User "John Smith" undefined

messageSet =
  foldr insert empty
  [ Message user1 undefined "bla"
  , Message user2 undefined "blu"
  ]

data User =
  User
  { name :: String
  , birthDate :: Date
  , messages :: [Message]
  } deriving (Ord, Typeable)

data Message =
  Message
  { users :: [User]
  , timestamp :: Date
  , content :: String
  } deriving (Ord, Typeable)

然后，您可以找到特定用户的消息。如果您建立了如下

IxSet

：

data User = User
  { name :: String
  , birthDate :: Date
  , messages :: [(String, Date)] -- you get the idea
  }

data User =
  User
  { name :: String
  , birthDate :: Date
  } deriving (Ord, Typeable)

data Message =
  Message
  { user :: User
  , timestamp :: Date
  , content :: String
  } deriving (Ord, Typeable)

instance Indexable Message where
  empty = ixSet [ ixGen (Proxy :: Proxy User) ]

user1 = User "John Doe" undefined
user2 = User "John Smith" undefined

messageSet =
  foldr insert empty
  [ Message user1 undefined "bla"
  , Message user2 undefined "blu"
  ]

data User =
  User
  { name :: String
  , birthDate :: Date
  , messages :: [Message]
  } deriving (Ord, Typeable)

data Message =
  Message
  { users :: [User]
  , timestamp :: Date
  , content :: String
  } deriving (Ord, Typeable)

…然后，您可以通过

user1

查找消息，方法是：

user1Messages = toList $ messageSet @= user1

如果您需要查找消息的用户，只需像正常情况一样使用

user

功能。这将建立一对多关系模型

现在，对于多对多关系，在这样的情况下：

data User = User
  { name :: String
  , birthDate :: Date
  , messages :: [(String, Date)] -- you get the idea
  }

data User =
  User
  { name :: String
  , birthDate :: Date
  } deriving (Ord, Typeable)

data Message =
  Message
  { user :: User
  , timestamp :: Date
  , content :: String
  } deriving (Ord, Typeable)

instance Indexable Message where
  empty = ixSet [ ixGen (Proxy :: Proxy User) ]

user1 = User "John Doe" undefined
user2 = User "John Smith" undefined

messageSet =
  foldr insert empty
  [ Message user1 undefined "bla"
  , Message user2 undefined "blu"
  ]

data User =
  User
  { name :: String
  , birthDate :: Date
  , messages :: [Message]
  } deriving (Ord, Typeable)

data Message =
  Message
  { users :: [User]
  , timestamp :: Date
  , content :: String
  } deriving (Ord, Typeable)

…您可以使用

ixFun

创建索引，该索引可与索引列表一起使用。如下所示：

instance Indexable Message where
  empty = ixSet [ ixFun users ]

instance Indexable User where
  empty = ixSet [ ixFun messages ]

要按用户查找所有消息，您仍然使用相同的功能：

user1Messages = toList $ messageSet @= user1

此外，如果您有用户索引：

userSet =
  foldr insert empty
  [ User "John Doe" undefined [ messageFoo, messageBar ]
  , User "John Smith" undefined [ messageBar ]
  ]

…您可以找到消息的所有用户：

messageFooUsers = toList $ userSet @= messageFoo

如果您不想在添加新用户/消息时更新消息的用户或用户的消息，则应创建一个中间数据类型，该数据类型模拟用户和消息之间的关系，就像在SQL中一样（并删除

users

和

messages

字段）：

创建一组这些关系将允许您通过消息和用户消息查询用户，而无需更新任何内容

考虑到它的功能，该库有一个非常简单的界面

编辑：关于您的“需要比较的昂贵数据”：

ixset

仅比较您在索引中指定的字段（因此，要查找第一个示例中用户的所有消息，它会比较“整个用户”）

您可以通过更改

Ord

实例来调整它所比较的索引字段的哪些部分。因此，如果比较用户对您来说代价高昂，您可以添加

userId

字段，并修改

实例Ord User

，以仅比较此字段，例如

这也可以用来解决鸡和蛋的问题：如果您有一个id，但既没有

用户

，也没有

消息

，该怎么办

---

然后，您可以简单地为id创建一个显式索引，通过该id找到用户（使用

userSet@=（12423:：id）

），然后进行搜索