معالج بروكسي الحقول الخاصة في جافاسكريبت: فرض التغليف

التغليف (Encapsulation)، وهو مبدأ أساسي في البرمجة كائنية التوجه، يهدف إلى تجميع البيانات (السمات) والأساليب التي تعمل على تلك البيانات داخل وحدة واحدة (فئة أو كائن)، وتقييد الوصول المباشر إلى بعض مكونات الكائن. على الرغم من أن جافاسكريبت تقدم آليات مختلفة لتحقيق ذلك، إلا أنها افتقرت تقليديًا إلى الحقول الخاصة الحقيقية حتى إدخال بناء الجملة # في إصدارات ECMAScript الحديثة. ومع ذلك، فإن بناء الجملة #، على الرغم من فعاليته، ليس معتمدًا ومفهومًا عالميًا في جميع بيئات وقواعد أكواد جافاسكريبت. يستكشف هذا المقال نهجًا بديلاً لفرض التغليف باستخدام معالجات بروكسي جافاسكريبت (JavaScript Proxy Handlers)، مما يوفر تقنية مرنة وقوية لمحاكاة الحقول الخاصة والتحكم في الوصول إلى خصائص الكائن.

فهم الحاجة إلى الحقول الخاصة

قبل الخوض في التنفيذ، دعونا نفهم سبب أهمية الحقول الخاصة:

• سلامة البيانات: يمنع الكود الخارجي من تعديل الحالة الداخلية مباشرة، مما يضمن اتساق البيانات وصحتها.
• قابلية صيانة الكود: يسمح للمطورين بإعادة هيكلة تفاصيل التنفيذ الداخلي دون التأثير على الكود الخارجي الذي يعتمد على الواجهة العامة للكائن.
• التجريد: يخفي تفاصيل التنفيذ المعقدة، ويوفر واجهة مبسطة للتفاعل مع الكائن.
• الأمان: يقيد الوصول إلى البيانات الحساسة، مما يمنع التعديل أو الكشف غير المصرح به. وهذا مهم بشكل خاص عند التعامل مع بيانات المستخدم أو المعلومات المالية أو الموارد الحيوية الأخرى.

على الرغم من وجود اصطلاحات مثل إضافة شرطة سفلية (_) كبادئة للخصائص للإشارة إلى الخصوصية المقصودة، إلا أنها لا تفرضها. ومع ذلك، يمكن لمعالج البروكسي أن يمنع الوصول بفاعلية إلى الخصائص المحددة، محاكيًا الخصوصية الحقيقية.

تقديم معالجات بروكسي جافاسكريبت

توفر معالجات بروكسي جافاسكريبت آلية قوية لاعتراض وتخصيص العمليات الأساسية على الكائنات. يلتف كائن البروكسي حول كائن آخر (الهدف) ويعترض عمليات مثل الحصول على الخصائص وتعيينها وحذفها. يتم تحديد السلوك بواسطة كائن معالج (handler)، والذي يحتوي على أساليب (فخاخ - traps) يتم استدعاؤها عند حدوث هذه العمليات.

مفاهيم رئيسية:

• الهدف (Target): الكائن الأصلي الذي يلتف حوله البروكسي.
• المعالج (Handler): كائن يحتوي على أساليب (فخاخ) تحدد سلوك البروكسي.
• الفخاخ (Traps): أساليب داخل المعالج تعترض العمليات على الكائن الهدف. تشمل الأمثلة get و set و has و deleteProperty و apply.

تنفيذ الحقول الخاصة باستخدام معالجات البروكسي

الفكرة الأساسية هي استخدام فخاخ get و set في معالج البروكسي لاعتراض محاولات الوصول إلى الحقول الخاصة. يمكننا تحديد اصطلاح لتحديد الحقول الخاصة (على سبيل المثال، الخصائص التي تبدأ بشرطة سفلية) ومن ثم منع الوصول إليها من خارج الكائن.

مثال على التنفيذ

لنفترض أن لدينا فئة BankAccount. نريد حماية خاصية _balance من التعديل الخارجي المباشر. إليك كيفية تحقيق ذلك باستخدام معالج بروكسي:

class BankAccount {
 constructor(accountNumber, initialBalance) {
 this.accountNumber = accountNumber;
 this._balance = initialBalance; // Private property (convention)
 }

 deposit(amount) {
 this._balance += amount;
 return this._balance; 
 }

 withdraw(amount) {
 if (amount <= this._balance) {
 this._balance -= amount;
 return this._balance;
 } else {
 throw new Error("Insufficient funds.");
 }
 }

 getBalance() {
 return this._balance; // Public method to access balance
 }
}

function createBankAccountProxy(bankAccount) {
 const privateFields = ['_balance'];

 const handler = {
 get: function(target, prop, receiver) {
 if (privateFields.includes(prop)) {
 // Check if the access is from within the class itself
 if (target === receiver) {
 return target[prop]; // Allow access within the class
 }
 throw new Error(`Cannot access private property '${prop}'.`);
 }
 return Reflect.get(...arguments);
 },
 set: function(target, prop, value) {
 if (privateFields.includes(prop)) {
 throw new Error(`Cannot set private property '${prop}'.`);
 }
 return Reflect.set(...arguments);
 }
 };

 return new Proxy(bankAccount, handler);
}

// Usage
const account = new BankAccount("1234567890", 1000);
const proxiedAccount = createBankAccountProxy(account);

console.log(proxiedAccount.accountNumber); // Access allowed (public property)
console.log(proxiedAccount.getBalance()); // Access allowed (public method accessing private property internally)

// Attempting to directly access or modify the private field will throw an error
try {
 console.log(proxiedAccount._balance); // Throws an error
} catch (error) {
 console.error(error.message);
}

try {
 proxiedAccount._balance = 500; // Throws an error
} catch (error) {
 console.error(error.message);
}

console.log(account.getBalance()); // Outputs the actual balance, as the internal method has access. 

//Demonstration of deposit and withdraw which work because they are accessing the private property from inside the object. 
console.log(proxiedAccount.deposit(500)); // Deposits 500
console.log(proxiedAccount.withdraw(200)); // Withdraws 200
console.log(proxiedAccount.getBalance()); // Displays correct balance

شرح

• فئة BankAccount: تحدد رقم الحساب وخاصية خاصة _balance (باستخدام اصطلاح الشرطة السفلية). تتضمن أساليب للإيداع والسحب والحصول على الرصيد.
• دالة createBankAccountProxy: تنشئ بروكسي لكائن BankAccount.
• مصفوفة privateFields: تخزن أسماء الخصائص التي يجب اعتبارها خاصة.
• كائن handler: يحتوي على فخاخ get و set.
• فخ get:
  • يتحقق مما إذا كانت الخاصية التي يتم الوصول إليها (prop) موجودة في مصفوفة privateFields.
  • إذا كانت حقلاً خاصًا، فإنه يطلق خطأ، مما يمنع الوصول الخارجي.
  • إذا لم تكن حقلاً خاصًا، فإنه يستخدم Reflect.get لإجراء الوصول الافتراضي للخاصية. يتحقق الشرط target === receiver الآن مما إذا كان الوصول مصدره من داخل الكائن الهدف نفسه. إذا كان الأمر كذلك، فإنه يسمح بالوصول.
• فخ set:
  • يتحقق مما إذا كانت الخاصية التي يتم تعيينها (prop) موجودة في مصفوفة privateFields.
  • إذا كانت حقلاً خاصًا، فإنه يطلق خطأ، مما يمنع التعديل الخارجي.
  • إذا لم تكن حقلاً خاصًا، فإنه يستخدم Reflect.set لإجراء تعيين الخاصية الافتراضي.
• الاستخدام: يوضح كيفية إنشاء كائن BankAccount، وتغليفه بالبروكسي، والوصول إلى الخصائص. كما يوضح كيف أن محاولة الوصول إلى الخاصية الخاصة _balance من خارج الفئة ستطلق خطأ، وبالتالي فرض الخصوصية. والأهم من ذلك، أن أسلوب getBalance() *داخل* الفئة يستمر في العمل بشكل صحيح، مما يوضح أن الخاصية الخاصة لا تزال قابلة للوصول من داخل نطاق الفئة.

اعتبارات متقدمة

WeakMap للخصوصية الحقيقية

بينما يستخدم المثال السابق اصطلاح تسمية (بادئة الشرطة السفلية) لتحديد الحقول الخاصة، فإن النهج الأكثر قوة يتضمن استخدام WeakMap. تتيح لك WeakMap ربط البيانات بالكائنات دون منع تلك الكائنات من أن يتم جمعها كنفايات (garbage collected). وهذا يوفر آلية تخزين خاصة حقًا لأن البيانات لا يمكن الوصول إليها إلا من خلال WeakMap، ويمكن جمع المفاتيح (الكائنات) كنفايات إذا لم تعد هناك مراجع لها في أي مكان آخر.

const privateData = new WeakMap();

class BankAccount {
 constructor(accountNumber, initialBalance) {
 this.accountNumber = accountNumber;
 privateData.set(this, { balance: initialBalance }); // Store balance in WeakMap
 }

 deposit(amount) {
 const data = privateData.get(this);
 data.balance += amount;
 privateData.set(this, data); // Update WeakMap
 return data.balance; //return the data from the weakmap
 }

 withdraw(amount) {
 const data = privateData.get(this);
 if (amount <= data.balance) {
 data.balance -= amount;
 privateData.set(this, data);
 return data.balance;
 } else {
 throw new Error("Insufficient funds.");
 }
 }

 getBalance() {
 const data = privateData.get(this);
 return data.balance;
 }
}

function createBankAccountProxy(bankAccount) {
 const handler = {
 get: function(target, prop, receiver) {
 if (prop === 'getBalance' || prop === 'deposit' || prop === 'withdraw' || prop === 'accountNumber') {
 return Reflect.get(...arguments);
 }
 throw new Error(`Cannot access public property '${prop}'.`);
 },
 set: function(target, prop, value) {
 throw new Error(`Cannot set public property '${prop}'.`);
 }
 };

 return new Proxy(bankAccount, handler);
}

// Usage
const account = new BankAccount("1234567890", 1000);
const proxiedAccount = createBankAccountProxy(account);

console.log(proxiedAccount.accountNumber); // Access allowed (public property)
console.log(proxiedAccount.getBalance()); // Access allowed (public method accessing private property internally)

// Attempting to directly access any other properties will throw an error
try {
 console.log(proxiedAccount.balance); // Throws an error
} catch (error) {
 console.error(error.message);
}

try {
 proxiedAccount.balance = 500; // Throws an error
} catch (error) {
 console.error(error.message);
}

console.log(account.getBalance()); // Outputs the actual balance, as the internal method has access.

//Demonstration of deposit and withdraw which work because they are accessing the private property from inside the object.
console.log(proxiedAccount.deposit(500)); // Deposits 500
console.log(proxiedAccount.withdraw(200)); // Withdraws 200
console.log(proxiedAccount.getBalance()); // Displays correct balance

شرح

• privateData: كائن WeakMap لتخزين البيانات الخاصة لكل مثيل من BankAccount.
• الدالة البانية (Constructor): تخزن الرصيد الأولي في WeakMap، باستخدام مثيل BankAccount كمفتاح.
• deposit, withdraw, getBalance: الوصول إلى الرصيد وتعديله من خلال WeakMap.
• يسمح البروكسي فقط بالوصول إلى الأساليب: getBalance و deposit و withdraw وخاصية accountNumber. أي خاصية أخرى ستطلق خطأ.

يقدم هذا النهج خصوصية حقيقية لأن balance لا يمكن الوصول إليه مباشرة كخاصية لكائن BankAccount؛ يتم تخزينه بشكل منفصل في WeakMap.

التعامل مع الوراثة

عند التعامل مع الوراثة، يجب أن يكون معالج البروكسي على دراية بتسلسل الوراثة. يجب أن تتحقق فخاخ get و set مما إذا كانت الخاصية التي يتم الوصول إليها خاصة في أي من الفئات الأصلية.

خذ بعين الاعتبار المثال التالي:

class BaseClass {
 constructor() {
 this._privateBaseField = 'Base Value';
 }

 getPrivateBaseField() {
 return this._privateBaseField;
 }
}

class DerivedClass extends BaseClass {
 constructor() {
 super();
 this._privateDerivedField = 'Derived Value';
 }

 getPrivateDerivedField() {
 return this._privateDerivedField;
 }
}

function createProxy(target) {
 const privateFields = ['_privateBaseField', '_privateDerivedField'];

 const handler = {
 get: function(target, prop, receiver) {
 if (privateFields.includes(prop)) {
 if (target === receiver) {
 return target[prop];
 }
 throw new Error(`Cannot access private property '${prop}'.`);
 }
 return Reflect.get(...arguments);
 },
 set: function(target, prop, value) {
 if (privateFields.includes(prop)) {
 throw new Error(`Cannot set private property '${prop}'.`);
 }
 return Reflect.set(...arguments);
 }
 };

 return new Proxy(target, handler);
}

const derivedInstance = new DerivedClass();
const proxiedInstance = createProxy(derivedInstance);

console.log(proxiedInstance.getPrivateBaseField()); // Works
console.log(proxiedInstance.getPrivateDerivedField()); // Works

try {
 console.log(proxiedInstance._privateBaseField); // Throws an error
} catch (error) {
 console.error(error.message);
}

try {
 console.log(proxiedInstance._privateDerivedField); // Throws an error
} catch (error) {
 console.error(error.message);
}

في هذا المثال، يجب أن تكون دالة createProxy على دراية بالحقول الخاصة في كل من BaseClass و DerivedClass. قد يتضمن التنفيذ الأكثر تطوراً اجتياز سلسلة النموذج الأولي (prototype chain) بشكل متكرر لتحديد جميع الحقول الخاصة.

فوائد استخدام معالجات البروكسي للتغليف

• المرونة: توفر معالجات البروكسي تحكمًا دقيقًا في الوصول إلى الخصائص، مما يسمح لك بتنفيذ قواعد تحكم في الوصول معقدة.
• التوافق: يمكن استخدام معالجات البروكسي في بيئات جافاسكريبت القديمة التي لا تدعم بناء الجملة # للحقول الخاصة.
• قابلية التوسعة: يمكنك بسهولة إضافة منطق إضافي إلى فخاخ get و set، مثل التسجيل أو التحقق من الصحة.
• قابلية التخصيص: يمكنك تكييف سلوك البروكسي لتلبية الاحتياجات المحددة لتطبيقك.
• غير تدخلي: على عكس بعض التقنيات الأخرى، لا تتطلب معالجات البروكسي تعديل تعريف الفئة الأصلي (بصرف النظر عن تنفيذ WeakMap، الذي يؤثر على الفئة، ولكن بطريقة نظيفة)، مما يسهل دمجها في قواعد الأكواد الحالية.

العيوب والاعتبارات

• عبء الأداء: تضيف معالجات البروكسي عبئًا على الأداء لأنها تعترض كل وصول إلى الخصائص. قد يكون هذا العبء كبيرًا في التطبيقات التي يكون فيها الأداء حرجًا. هذا صحيح بشكل خاص مع التطبيقات الساذجة؛ تحسين كود المعالج أمر بالغ الأهمية.
• التعقيد: يمكن أن يكون تنفيذ معالجات البروكسي أكثر تعقيدًا من استخدام بناء الجملة # أو اصطلاحات التسمية. يتطلب التصميم والاختبار الدقيقان لضمان السلوك الصحيح.
• التصحيح (Debugging): يمكن أن يكون تصحيح الأكواد التي تستخدم معالجات البروكسي صعبًا لأن منطق الوصول إلى الخصائص مخفي داخل المعالج.
• قيود الاستبطان (Introspection): قد تتصرف تقنيات مثل Object.keys() أو حلقات for...in بشكل غير متوقع مع البروكسيات، مما قد يكشف عن وجود خصائص "خاصة"، حتى لو لم يكن من الممكن الوصول إليها مباشرة. يجب توخي الحذر للتحكم في كيفية تفاعل هذه الأساليب مع الكائنات التي يتم التعامل معها عبر بروكسي.

بدائل لمعالجات البروكسي

• الحقول الخاصة (بناء الجملة #): النهج الموصى به لبيئات جافاسكريبت الحديثة. يوفر خصوصية حقيقية بأقل عبء على الأداء. ومع ذلك، هذا غير متوافق مع المتصفحات القديمة ويتطلب تحويلاً برمجياً (transpilation) إذا تم استخدامه في بيئات أقدم.
• اصطلاحات التسمية (بادئة الشرطة السفلية): اصطلاح بسيط ومستخدم على نطاق واسع للإشارة إلى الخصوصية المقصودة. لا يفرض الخصوصية ولكنه يعتمد على انضباط المطور.
• الإغلاقات (Closures): يمكن استخدامها لإنشاء متغيرات خاصة داخل نطاق دالة. يمكن أن تصبح معقدة مع الفئات الأكبر والوراثة.

حالات الاستخدام

• حماية البيانات الحساسة: منع الوصول غير المصرح به إلى بيانات المستخدم أو المعلومات المالية أو الموارد الحيوية الأخرى.
• تنفيذ سياسات الأمان: فرض قواعد التحكم في الوصول بناءً على أدوار المستخدمين أو أذوناتهم.
• مراقبة الوصول إلى الخصائص: تسجيل أو تدقيق الوصول إلى الخصائص لأغراض التصحيح أو الأمان.
• إنشاء خصائص للقراءة فقط: منع تعديل بعض الخصائص بعد إنشاء الكائن.
• التحقق من صحة قيم الخصائص: التأكد من أن قيم الخصائص تلبي معايير معينة قبل تعيينها. على سبيل المثال، التحقق من صحة تنسيق عنوان بريد إلكتروني أو التأكد من أن الرقم يقع ضمن نطاق معين.
• محاكاة الأساليب الخاصة: بينما تستخدم معالجات البروكسي بشكل أساسي للخصائص، يمكن أيضًا تكييفها لمحاكاة الأساليب الخاصة عن طريق اعتراض استدعاءات الدوال والتحقق من سياق الاستدعاء.

أفضل الممارسات

• تحديد الحقول الخاصة بوضوح: استخدم اصطلاح تسمية متسق أو WeakMap لتحديد الحقول الخاصة بوضوح.
• توثيق قواعد التحكم في الوصول: وثّق قواعد التحكم في الوصول التي ينفذها معالج البروكسي لضمان فهم المطورين الآخرين لكيفية التفاعل مع الكائن.
• الاختبار الشامل: اختبر معالج البروكسي بشكل شامل للتأكد من أنه يفرض الخصوصية بشكل صحيح ولا يقدم أي سلوك غير متوقع. استخدم اختبارات الوحدات للتحقق من أن الوصول إلى الحقول الخاصة مقيد بشكل صحيح وأن الأساليب العامة تتصرف كما هو متوقع.
• مراعاة الآثار المترتبة على الأداء: كن على دراية بعبء الأداء الذي تضيفه معالجات البروكسي وقم بتحسين كود المعالج إذا لزم الأمر. قم بتحليل أداء الكود الخاص بك لتحديد أي اختناقات في الأداء يسببها البروكسي.
• الاستخدام بحذر: تعد معالجات البروكسي أداة قوية، ولكن يجب استخدامها بحذر. ضع في اعتبارك البدائل واختر النهج الذي يلبي احتياجات تطبيقك على أفضل وجه.
• الاعتبارات العالمية: عند تصميم الكود الخاص بك، تذكر أن الأعراف الثقافية والمتطلبات القانونية المحيطة بخصوصية البيانات تختلف دوليًا. فكر في كيفية النظر إلى تنفيذك أو تنظيمه في مناطق مختلفة. على سبيل المثال، يفرض قانون حماية البيانات العام (GDPR) في أوروبا قواعد صارمة على معالجة البيانات الشخصية.

أمثلة دولية

تخيل تطبيقًا ماليًا موزعًا عالميًا. في الاتحاد الأوروبي، يفرض قانون حماية البيانات العام (GDPR) تدابير قوية لحماية البيانات. يضمن استخدام معالجات البروكسي لفرض ضوابط وصول صارمة على البيانات المالية للعملاء الامتثال. وبالمثل، في البلدان التي لديها قوانين قوية لحماية المستهلك، يمكن استخدام معالجات البروكسي لمنع التعديلات غير المصرح بها على إعدادات حساب المستخدم.

في تطبيق للرعاية الصحية يستخدم في بلدان متعددة، تعد خصوصية بيانات المرضى أمرًا بالغ الأهمية. يمكن لمعالجات البروكسي فرض مستويات مختلفة من الوصول بناءً على اللوائح المحلية. على سبيل المثال، قد يكون لدى طبيب في اليابان إمكانية الوصول إلى مجموعة مختلفة من البيانات عن ممرضة في الولايات المتحدة، بسبب اختلاف قوانين خصوصية البيانات.

الخاتمة

توفر معالجات بروكسي جافاسكريبت آلية قوية ومرنة لفرض التغليف ومحاكاة الحقول الخاصة. على الرغم من أنها تضيف عبئًا على الأداء ويمكن أن تكون أكثر تعقيدًا في التنفيذ من النهج الأخرى، إلا أنها توفر تحكمًا دقيقًا في الوصول إلى الخصائص ويمكن استخدامها في بيئات جافاسكريبت القديمة. من خلال فهم الفوائد والعيوب وأفضل الممارسات، يمكنك الاستفادة بفعالية من معالجات البروكسي لتعزيز أمان وصيانة وقوة كود جافاسكريبت الخاص بك. ومع ذلك، يجب أن تفضل مشاريع جافاسكريبت الحديثة عمومًا استخدام بناء الجملة # للحقول الخاصة نظرًا لأدائها المتفوق وبناء جملتها الأبسط، ما لم يكن التوافق مع البيئات القديمة شرطًا صارمًا. عند تدويل تطبيقك ومراعاة لوائح خصوصية البيانات عبر بلدان مختلفة، يمكن أن تكون معالجات البروكسي ذات قيمة لفرض قواعد التحكم في الوصول الخاصة بالمنطقة، مما يساهم في النهاية في تطبيق عالمي أكثر أمانًا وامتثالًا.