Part VI: 実践的なアプリケーション構築とテスト

本章では、これまで学んだ関数型プログラミングの概念を統合し、実践的なアプリケーションを構築します。また、関数型プログラミングにおけるテスト戦略についても学びます。

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第11章: 実践的なアプリケーション構築

11.1 TravelGuide アプリケーション

旅行ガイドアプリケーションを例に、実践的な FP アプリケーションの構築方法を学びます。

11.2 ドメインモデルの定義

ソースファイル: app/typescript/src/ch11_application.ts

ブランド型による型安全性

// LocationId - ブランド型で型安全な識別子
type LocationId = string & { readonly _brand: unique symbol }

const LocationId = {
  of: (value: string): LocationId => value as LocationId,
  value: (id: LocationId): string => id,
}

// ロケーション
interface Location {
  readonly id: LocationId
  readonly name: string
  readonly population: number
}

// アトラクション（観光地）
interface Attraction {
  readonly name: string
  readonly description: Option<string>
  readonly location: Location
}

// 旅行ガイド
interface TravelGuide {
  readonly attraction: Attraction
  readonly subjects: readonly string[]
  readonly searchReport: SearchReport
}

import { createLocation, createAttraction, LocationId } from './ch11_application'
import * as O from 'fp-ts/Option'

// ロケーションの作成
const paris = createLocation('Q90', 'Paris', 2161000)

// アトラクションの作成
const eiffelTower = createAttraction(
  'Eiffel Tower',
  O.some('Iconic iron lattice tower on the Champ de Mars'),
  paris
)

11.3 SearchReport - 可観測性のための構造

テスト可能性と可観測性を高めるため、SearchReport を導入します。

interface SearchReport {
  readonly attractionsSearched: number
  readonly artistsFound: number
  readonly moviesFound: number
  readonly errors: readonly string[]
}

import { createSearchReport, combineSearchReports, emptySearchReport } from './ch11_application'

// 空のレポート
const empty = emptySearchReport
// { attractionsSearched: 0, artistsFound: 0, moviesFound: 0, errors: [] }

// レポートの作成
const report1 = createSearchReport(3, 2, 1, ['Error A'])
const report2 = createSearchReport(2, 1, 1, ['Error B'])

// レポートの合成
const combined = combineSearchReports(report1, report2)
// { attractionsSearched: 5, artistsFound: 3, moviesFound: 2, errors: ['Error A', 'Error B'] }

11.4 DataAccess インターフェース

外部データソースへのアクセスをインターフェースで抽象化します。

interface DataAccess {
  readonly findAttractions: (
    name: string,
    ordering: AttractionOrdering,
    limit: number
  ) => Task<readonly Attraction[]>

  readonly findArtistsFromLocation: (
    locationId: LocationId,
    limit: number
  ) => Task<Either<string, readonly MusicArtist[]>>

  readonly findMoviesAboutLocation: (
    locationId: LocationId,
    limit: number
  ) => Task<Either<string, readonly Movie[]>>

  readonly findHotelsNearLocation: (
    locationId: LocationId,
    limit: number
  ) => Task<Either<string, readonly Hotel[]>>
}

11.5 Resource パターン

リソースの安全な取得と解放を保証する Resource パターン:

interface Resource<A> {
  readonly use: <B>(f: (a: A) => Task<B>) => Task<B>
}

const makeResource = <A>(
  acquire: Task<A>,
  release: (a: A) => Task<void>
): Resource<A>

import { makeResource, bracket } from './ch11_application'

// ファイルリソースの例
const fileResource = makeResource(
  () => Promise.resolve({ content: 'file data' }),
  (file) => () => {
    console.log('File released')
    return Promise.resolve()
  }
)

// use 内で例外が発生しても release は必ず呼ばれる
const result = await fileResource.use((file) => () =>
  Promise.resolve(file.content.toUpperCase())
)()

// bracket パターン
const bracketResult = await bracket(
  () => Promise.resolve('resource'),
  (r) => () => Promise.resolve(r + '-used'),
  () => () => Promise.resolve()
)()

11.6 CacheRef - Ref を使ったキャッシュ

CacheRef は Ref を使用したスレッドセーフなキャッシュの実装です:

interface CacheRef<K, V> {
  readonly get: (key: K) => Task<Option<V>>
  readonly set: (key: K, value: V) => Task<void>
  readonly getOrCompute: (key: K, compute: Task<V>) => Task<V>
  readonly clear: () => Task<void>
  readonly size: () => Task<number>
}

import { createCacheRef } from './ch11_application'

// キャッシュの作成
const cache = createCacheRef<string, number>()

// 値の設定と取得
await cache.set('key1', 100)()
const value = await cache.get('key1')()  // some(100)

// getOrCompute: キャッシュにあれば返し、なければ計算してキャッシュ
const computed = await cache.getOrCompute(
  'key2',
  async () => {
    console.log('Computing...')
    return 42
  }
)()

// 2回目の呼び出しでは 'Computing...' は出力されない
const cached = await cache.getOrCompute('key2', async () => 999)()
// cached === 42 (キャッシュから取得)

cachedDataAccess - DataAccess のキャッシュ化

import { cachedDataAccess, createTestDataAccess } from './ch11_application'

const dataAccess = createTestDataAccess({ attractions: [...] })

// キャッシュ付き DataAccess を作成
const cached = await cachedDataAccess(dataAccess)()

// 同じクエリは1回だけ実行される
await cached.findAttractions('Eiffel', ByLocationPopulation, 1)()
await cached.findAttractions('Eiffel', ByLocationPopulation, 1)()  // キャッシュから

11.7 アプリケーションの組み立て

すべてのコンポーネントを組み合わせてアプリケーションを構築します。

import { travelGuide, travelGuides, sampleDataAccess } from './ch11_application'
import * as O from 'fp-ts/Option'

// 単一のガイドを取得
const guide = await travelGuide(sampleDataAccess, 'Eiffel')()

if (O.isSome(guide)) {
  console.log(guide.value.attraction.name)  // 'Eiffel Tower'
  console.log(guide.value.subjects)          // ['Édith Piaf', 'Midnight in Paris', ...]
  console.log(guide.value.searchReport)      // { attractionsSearched: 1, ... }
}

// 複数のガイドを取得
const guides = await travelGuides(sampleDataAccess, '', 3)()
console.log(guides.length)  // 3

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第12章: テスト戦略

12.1 関数型プログラミングのテスト

関数型プログラミングでは、純粋関数のおかげでテストが非常に簡単になります。

12.2 スタブを使用したテスト

ソースファイル: app/typescript/src/ch11_application.ts

import { createTestDataAccess, travelGuide, sampleAttraction1, sampleArtist1, sampleMovie1 } from './ch11_application'
import * as O from 'fp-ts/Option'

// テスト用のスタブ実装
const testDataAccess = createTestDataAccess({
  attractions: [sampleAttraction1],
  artists: [sampleArtist1],
  movies: [sampleMovie1],
})

// テスト実行
const result = await travelGuide(testDataAccess, 'Eiffel')()

expect(O.isSome(result)).toBe(true)
if (O.isSome(result)) {
  expect(result.value.attraction.name).toBe('Eiffel Tower')
  expect(result.value.subjects.length).toBe(2)
  expect(result.value.searchReport.errors.length).toBe(0)
}

エラーケースのテスト

// エラーを返すスタブ
const failingDataAccess = createTestDataAccess({
  attractions: [sampleAttraction1],
  artistsError: 'Network error',
  moviesError: 'Timeout',
})

const result = await travelGuide(failingDataAccess, 'Eiffel')()

expect(O.isSome(result)).toBe(true)
if (O.isSome(result)) {
  expect(result.value.searchReport.errors.length).toBe(2)
  expect(result.value.subjects.length).toBe(0)  // エラーでもクラッシュしない
}

12.3 プロパティベーステスト

プロパティベーステストでは、ランダムな入力で不変条件を検証します。

import { Gen, forAll, forAll2, filterPopularLocations } from './ch11_application'

// ジェネレータの使用
const locationGen = Gen.location()
const location = locationGen()  // ランダムな Location を生成

// プロパティテスト: 結果のサイズは入力以下
const property1 = forAll2(
  Gen.list(Gen.location(), 20),
  Gen.posInt(10000000),
  (locations, minPop) =>
    filterPopularLocations(locations, minPop).length <= locations.length
)
expect(property1).toBe(true)

// プロパティテスト: 結果はすべて条件を満たす
const property2 = forAll2(
  Gen.list(Gen.location(), 20),
  Gen.posInt(10000000),
  (locations, minPop) =>
    filterPopularLocations(locations, minPop).every(
      l => l.population >= minPop
    )
)
expect(property2).toBe(true)

提供されているジェネレータ

ジェネレータ	説明	例
Gen.int(min, max)	範囲内の整数	Gen.int(1, 10)
Gen.posInt(max)	正の整数	Gen.posInt(1000)
Gen.alphaNumStr(maxLen)	英数字文字列	Gen.alphaNumStr(10)
Gen.option(gen)	Option でラップ	Gen.option(Gen.int(1, 10))
Gen.list(gen, maxSize)	配列を生成	Gen.list(Gen.int(1, 10), 5)
Gen.location()	Location を生成	Gen.location()
Gen.attraction()	Attraction を生成	Gen.attraction()

12.4 バリデーション

関数型プログラミングでは、バリデーションも Either を使って表現します。

import { validateAttractionName, validateLimit, validatePopulation, validateRating } from './ch11_application'
import * as E from 'fp-ts/Either'

// 成功ケース
expect(validateAttractionName('Eiffel Tower')).toEqual(E.right('Eiffel Tower'))
expect(validateLimit(10)).toEqual(E.right(10))
expect(validatePopulation(1000000)).toEqual(E.right(1000000))
expect(validateRating(4.5)).toEqual(E.right(4.5))

// 失敗ケース
expect(E.isLeft(validateAttractionName(''))).toBe(true)
expect(E.isLeft(validateLimit(0))).toBe(true)
expect(E.isLeft(validatePopulation(-1))).toBe(true)
expect(E.isLeft(validateRating(6))).toBe(true)

12.5 Location フィルタリング

純粋関数で Location をフィルタリング・ソート:

import {
  filterPopularLocations,
  sortLocationsByPopulation,
  topPopularLocations,
  sampleLocation1,
  sampleLocation2,
  sampleLocation3,
} from './ch11_application'

const locations = [sampleLocation1, sampleLocation2, sampleLocation3]

// 人口でフィルタリング
const popular = filterPopularLocations(locations, 5000000)
// London, New York City (Paris は人口が少ないため除外)

// 人口でソート
const sorted = sortLocationsByPopulation(locations)
// [London, New York City, Paris]

// トップ N を取得
const top2 = topPopularLocations(locations, 2)
// [London, New York City]

12.6 テストピラミッド

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まとめ

Part VI で学んだこと

主要コンポーネント

コンポーネント	用途
LocationId	ブランド型による型安全な識別子
DataAccess	外部データソースへの抽象化インターフェース
Resource<A>	リソースの安全な取得と解放
CacheRef<K, V>	スレッドセーフなキャッシュ
SearchReport	検索統計とエラー追跡
Gen	プロパティベーステスト用ジェネレータ

キーポイント

1. 抽象化の重要性: DataAccess インターフェースで外部依存を抽象化
2. Resource でリソース管理: 安全なリソースの取得と解放
3. CacheRef でキャッシュ: スレッドセーフな状態管理
4. Either でエラー処理: 明示的なエラーハンドリング
5. SearchReport: テスト可能性と可観測性の向上
6. スタブ: 外部依存を差し替えてテスト
7. プロパティベーステスト: ランダム入力で不変条件を検証

学習の総括

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演習問題

問題 1: DataAccess の拡張

以下の要件で DataAccess を拡張してください: - 新しいメソッド findRestaurantsNearLocation を追加 - 戻り値は Task<Either<string, readonly Restaurant[]>>

解答

interface Restaurant {
  readonly name: string
  readonly cuisine: string
  readonly rating: number
}

interface ExtendedDataAccess extends DataAccess {
  readonly findRestaurantsNearLocation: (
    locationId: LocationId,
    limit: number
  ) => Task<Either<string, readonly Restaurant[]>>
}

// テスト用スタブ
const createExtendedTestDataAccess = (
  config: TestDataConfig & { restaurants?: readonly Restaurant[] }
): ExtendedDataAccess => {
  const base = createTestDataAccess(config)
  return {
    ...base,
    findRestaurantsNearLocation: (_locationId, limit) => async () =>
      E.right((config.restaurants ?? []).slice(0, limit)),
  }
}

問題 2: プロパティベーステスト

以下の関数に対するプロパティベーステストを書いてください:

const sortByRating = (hotels: readonly Hotel[]): readonly Hotel[] =>
  [...hotels].sort((a, b) => b.rating - a.rating)

解答

import { Gen, forAll } from './ch11_application'

const hotelGen: Generator<Hotel> = () => ({
  name: Gen.alphaNumStr(20)(),
  rating: Math.random() * 5,
  location: Gen.location()(),
})

// プロパティ1: 結果のサイズは入力と同じ
const property1 = forAll(Gen.list(hotelGen, 20), (hotels) =>
  sortByRating(hotels).length === hotels.length
)

// プロパティ2: 結果は降順にソートされている
const property2 = forAll(Gen.list(hotelGen, 20), (hotels) => {
  const sorted = sortByRating(hotels)
  for (let i = 0; i < sorted.length - 1; i++) {
    if (sorted[i].rating < sorted[i + 1].rating) return false
  }
  return true
})

// プロパティ3: 入力の要素がすべて結果に含まれる
const property3 = forAll(Gen.list(hotelGen, 20), (hotels) => {
  const sorted = sortByRating(hotels)
  return hotels.every((h) =>
    sorted.some((s) => s.name === h.name && s.rating === h.rating)
  )
})

問題 3: Resource の実装

HTTP クライアントを安全に管理する Resource を実装してください。

解答

interface HttpClient {
  readonly get: (url: string) => Promise<string>
  readonly close: () => Promise<void>
}

const createHttpClient = (): Promise<HttpClient> =>
  Promise.resolve({
    get: async (url: string) => `Response from ${url}`,
    close: async () => console.log('Client closed'),
  })

const httpClientResource: Resource<HttpClient> = makeResource(
  () => createHttpClient(),
  (client) => () => client.close()
)

// 使用例
const fetchData = async (url: string): Promise<string> => {
  return httpClientResource.use((client) => () => client.get(url))()
}

// テスト
const result = await fetchData('https://api.example.com/data')
// 結果取得後、client.close() が自動的に呼ばれる

問題 4: 複合バリデーション

複数のバリデーションを組み合わせて、Attraction を検証する関数を実装してください。

解答

import * as E from 'fp-ts/Either'
import { pipe } from 'fp-ts/function'
import * as A from 'fp-ts/Apply'

interface AttractionInput {
  readonly name: string
  readonly locationName: string
  readonly population: number
}

const validateAttractionInput = (
  input: AttractionInput
): E.Either<readonly string[], Attraction> =>
  pipe(
    E.Do,
    E.bind('name', () =>
      pipe(
        validateAttractionName(input.name),
        E.mapLeft((e) => [e])
      )
    ),
    E.bind('location', () =>
      pipe(
        validatePopulation(input.population),
        E.map((pop) =>
          createLocation(
            LocationId.of(`Q${Math.random()}`),
            input.locationName,
            pop
          )
        ),
        E.mapLeft((e) => [e])
      )
    ),
    E.map(({ name, location }) =>
      createAttraction(name, O.none, location)
    )
  )

// 使用例
const validInput: AttractionInput = {
  name: 'Eiffel Tower',
  locationName: 'Paris',
  population: 2161000,
}

const result = validateAttractionInput(validInput)
// => Right(Attraction)

const invalidInput: AttractionInput = {
  name: '',
  locationName: 'Paris',
  population: -1,
}

const errorResult = validateAttractionInput(invalidInput)
// => Left(['Attraction name cannot be empty'])

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シリーズ全体の総括

本シリーズでは、「Grokking Functional Programming」の内容に沿って、関数型プログラミングの基礎から実践的なアプリケーション構築までを学びました。

学んだ主な概念

Part	章	主な概念
I	1-2	純粋関数、参照透過性
II	3-5	イミュータブルデータ、高階関数、flatMap
III	6-7	Option、Either、ADT
IV	8-9	IO モナド、Stream
V	10	並行処理、Ref、Fiber
VI	11-12	実践アプリケーション、テスト

関数型プログラミングの利点

1. 予測可能性: 純粋関数は同じ入力に対して常に同じ出力
2. テスト容易性: 副作用がないためテストが簡単
3. 合成可能性: 小さな関数を組み合わせて複雑な処理を構築
4. 並行安全性: イミュータブルデータは競合状態を防ぐ
5. 型安全性: Option、Either で null や例外を型で表現

次のステップ

• Effect などの FP ライブラリを探索
• 実際のプロジェクトで FP を適用する
• 型レベルプログラミングを学ぶ