如何在单子转换器栈中建模可变键值映射？

我目前有一个作为单子转换器栈的App类，想要给这个栈添加可变键值存储功能，核心需求是能轻松切换存储实现：初期用内存中的Map，后续可能换成数据库实现。我自己梳理了几个方案，但拿不准最优解，想听听大家的看法：

方案一：在转换器栈中加入StateT #

• 思路：用StateT包裹内存Map，直接利用状态转换器的特性实现键值操作
• 优点：对内存Map的支持非常顺畅，实现简单
• 缺点：完全不适用于数据库场景——数据库操作不需要每次获取/更新整个状态，只需要针对单个键值对做操作

方案二：自定义单子转换器 #

• 思路：自己编写一个专门处理键值存储的单子转换器
• 问题：要让自定义转换器和栈中其他现有转换器兼容，需要编写大量实例（大概n甚至2n个）来实现转换器间的穿透。理论上只针对当前在用的转换器写实例也能跑，但总感觉不够规范。另外我暂时不想彻底改动App的整体架构。

方案三：使用带函数记录的ReaderT #

• 思路：用ReaderT持有包含键值操作的函数记录（或者带类型类约束的记录，比如data Blah where Blah :: c => Blah），通过读取这些函数来实现存储操作
• 疑问：这个方案可行，但不确定是不是最优解——比如内存实现可能需要在StateT之上再叠加ReaderT，栈会变深

方案四：定义键值存储的类型类接口 #

先定义一套抽象操作的类型类：

data HadKey = KeyFound | KeyNotFound

class Monad m => LookupMapM key value m where
  lookupM :: key -> m (Maybe value)

class LookupMapM key value m => InsertMapM key value m where
  insertM :: key -> value -> m HadKey

class InsertMapM key value m => UpdateMapM key value m where
  updateM :: key -> value -> m HadKey

然后给不同的单子实现这些接口，比如：

instance LookupMapM key value (StateT (Map key value) m) where ...

instance (...) => LookupMapM key value IO where ...

• 优点：抽象程度高，切换实现只需要换对应的实例
• 问题：IO只能有一个实例，不同的数据库实现没法区分。我想过用tagged identity给不同实现打标签来解决这个问题
• 额外小问题：如果键值相关的转换器不在栈顶，操作时需要lift，但我可以维护一个liftKV函数，每次给栈加一层转换器就多套一个lift，这个问题不大

对方案四的一个改进想法 #

把原来的LookupMapM改成带关联类型的版本：

class Monad m => LookupMapM t m where
  type Key t
  type Value t
  lookupM :: Key t -> m (Maybe (Value t))

但不确定这样改是能解决问题，还是只是徒增复杂度。

想问问大家：有没有比这些更好的方案？或者其中某一个方案就是最优解，只是我没看出来？

内容的提问来源于stack exchange，提问作者Clinton