[JavaScript] 모나드(Monad)

함수형 프로그래밍에서 자주 언급되는 개념 중 하나가 바로 모나드(Monad)입니다.

모나드는 수학적 개념에서 출발했지만, 프로그래밍에서는 주로 데이터를 안전하게 처리하고 함수들을 체이닝(Chaining)하기 위한 패턴으로 사용됩니다.

많은 개발자들이 모나드를 처음 접할 때 "어렵다"는 느낌을 받곤 합니다. 하지만 모나드는 복잡한 개념이 아니라, 단순히 데이터를 다루는 컨테이너(Container)와 이를 조작하는 규칙이라고 이해하면 훨씬 쉽게 접근할 수 있습니다.

이번 글에서는 모나드란 무엇인지, 왜 필요한지, 그리고 자바스크립트에서의 활용 방법에 대해 알아보겠습니다.

 

1. 모나드란?

1.1 모나드의 정의
모나드는 함수형 프로그래밍에서 데이터를 감싸는 컨테이너로, 다음과 같은 특징을 가집니다.

• 데이터를 안전하게 감싸는 구조: 외부로부터 데이터를 보호하고, 함수의 체이닝을 통해 데이터를 조작합니다.
• 체이닝(Chaining) 가능: 데이터를 변환하거나 조작하는 과정을 체계적으로 연결할 수 있습니다.
• 부수효과(Side Effect) 최소화: 함수형 프로그래밍의 원칙을 따르며, 데이터 조작 중 부수효과를 방지합니다.

쉽게 말해, 모나드는 값을 안전하게 다루고, 함수 호출의 결과를 연결(체이닝)할 수 있게 해주는 디자인 패턴입니다.

 

1.2 모나드의 구성 요소
모나드는 세 가지 주요 구성 요소를 가집니다.

• 값(Value): 모나드가 감싸고 있는 데이터.
• unit (또는 of): 값을 모나드로 감싸는 함수.
• bind (또는 flatMap): 모나드 내부의 값을 꺼내고, 새로운 모나드를 반환하는 함수.

수식으로 표현하면:

• unit(x)는 값을 모나드로 감싸는 역할을 합니다.
• bind(f)는 모나드 내부의 값을 꺼내 함수 f를 적용한 뒤, 새로운 모나드를 반환합니다.

2. 왜 모나드가 필요한가?

2.1 안전한 데이터 처리
모나드는 데이터가 정상적인 경우와 예외적인 경우를 구분하여 처리할 수 있도록 돕습니다.

예를 들어, null 값이나 에러가 발생할 가능성이 있는 데이터를 체계적으로 관리할 수 있습니다.

2.2 함수 체이닝의 편리함
모나드는 여러 함수를 체이닝하여 복잡한 로직을 간결하게 표현할 수 있습니다.

각 함수는 독립적으로 동작하며, 결과를 다음 함수로 전달합니다.

2.3 부수효과 최소화
모나드는 외부 상태를 변경하지 않고 데이터를 처리하므로, 함수형 프로그래밍의 핵심 원칙인 부수효과 없는 코드를 작성하는 데 유용합니다.

3. 자바스크립트에서의 모나드 사용

자바스크립트에서는 Promise와 같은 구조가 대표적인 모나드로 사용됩니다.

또한, Maybe, Either와 같은 커스텀 모나드도 구현할 수 있습니다.

3.1 Promise: 대표적인 모나드

Promise는 비동기 작업을 처리하기 위한 자바스크립트의 내장 객체로, 모나드의 특징을 충실히 따릅니다.

Promise의 구성 요소

1. 값(Value): Promise 객체 내부의 데이터.
2. unit: Promise.resolve()를 통해 값을 Promise로 감쌉니다.
3. bind: .then() 메서드를 통해 내부 값을 꺼내고, 새로운 Promise를 반환합니다.

const fetchData = (url) => {
  return fetch(url) // Promise 반환
    .then(response => response.json()) // 데이터를 파싱
    .then(data => data.results); // 결과 추출
};

fetchData('https://api.example.com/data')
  .then(results => console.log(results))
  .catch(error => console.error(error));

위 코드에서 .then()을 사용해 데이터를 안전하게 처리하고, 체이닝을 통해 로직을 간결하게 표현했습니다.

 

3.2 Maybe 모나드

Maybe 모나드는 값이 존재할 수도 있고, 없을 수도 있는 상황을 처리하기 위한 모나드입니다.

값이 null 또는 undefined일 경우, 에러를 방지하면서 안전하게 처리할 수 있습니다.

class Maybe {
  constructor(value) {
    this.value = value;
  }

  // unit: 값을 Maybe로 감쌈
  static of(value) {
    return new Maybe(value);
  }

  // bind: 값을 꺼내고 함수 적용
  map(fn) {
    return this.value == null ? this : Maybe.of(fn(this.value));
  }

  // 값을 안전하게 반환
  getOrElse(defaultValue) {
    return this.value == null ? defaultValue : this.value;
  }
}

// 사용 예제
const maybeValue = Maybe.of(5)
  .map(x => x * 2)
  .map(x => x + 3);

console.log(maybeValue.getOrElse(0)); // 13

const nullValue = Maybe.of(null)
  .map(x => x * 2)
  .map(x => x + 3);

console.log(nullValue.getOrElse(0)); // 0

위 코드에서 Maybe는 값이 null인지 확인하고, 안전하게 처리할 수 있도록 돕습니다.

 

3.3 Either 모나드

Either 모나드는 성공과 실패를 구분하여 처리할 때 사용됩니다.

성공 값은 Right로, 실패 값은 Left로 감싸 처리합니다.

class Either {
  constructor(value, isError = false) {
    this.value = value;
    this.isError = isError;
  }

  static Right(value) {
    return new Either(value, false);
  }

  static Left(value) {
    return new Either(value, true);
  }

  map(fn) {
    return this.isError ? this : Either.Right(fn(this.value));
  }

  getOrElse(defaultValue) {
    return this.isError ? defaultValue : this.value;
  }
}

// 사용 예제
const safeDivide = (a, b) => {
  return b === 0
    ? Either.Left('Cannot divide by zero')
    : Either.Right(a / b);
};

const result = safeDivide(10, 2)
  .map(x => x * 2)
  .map(x => x + 3);

console.log(result.getOrElse('Error')); // 23

const errorResult = safeDivide(10, 0)
  .map(x => x * 2)
  .map(x => x + 3);

console.log(errorResult.getOrElse('Error')); // Error

 

4. 모나드의 규칙

모나드는 다음 세 가지 규칙을 따라야 합니다:

 

1. Left Identity (좌항 동일성)

unit(x).bind(f)는 f(x)와 동일해야 합니다.

 

2. Right Identity (우항 동일성)
m.bind(unit)은 m과 동일해야 합니다.

 

3. Associativity (결합 법칙)
(m.bind(f)).bind(g)는 m.bind(x => f(x).bind(g))와 동일해야 합니다.