دنیای دکوراتورهای جاوا اسکریپت و چگونگی توانمندسازی برنامهنویسی فراداده، افزایش قابلیت استفاده مجدد کد و بهبود نگهداریپذیری برنامه را کاوش کنید. با مثالهای عملی و بهترین شیوهها بیاموزید.
دکوراتورهای جاوا اسکریپت: آزادسازی قدرت برنامهنویسی فراداده
دکوراتورهای جاوا اسکریپت که به عنوان یک ویژگی استاندارد در ES2022 معرفی شدند، روشی قدرتمند و زیبا برای افزودن فراداده و تغییر رفتار کلاسها، متدها، خصوصیات و پارامترها ارائه میدهند. آنها یک سینتکس اعلانی برای اعمال دغدغههای مشترک (cross-cutting concerns) ارائه میدهند که منجر به کدی با قابلیت نگهداری، استفاده مجدد و خوانایی بیشتر میشود. این پست وبلاگ به دنیای دکوراتورهای جاوا اسکریپت میپردازد و مفاهیم اصلی، کاربردهای عملی و مکانیزمهای زیربنایی که باعث کارکرد آنها میشوند را بررسی میکند.
دکوراتورهای جاوا اسکریپت چه هستند؟
در هسته خود، دکوراتورها توابعی هستند که عنصر تزئینشده را تغییر داده یا بهبود میبخشند. آنها از نماد @
و سپس نام تابع دکوراتور استفاده میکنند. آنها را به عنوان حاشیهنویسیها (annotations) یا اصلاحکنندههایی در نظر بگیرید که فراداده اضافه میکنند یا رفتار زیربنایی را بدون تغییر مستقیم منطق اصلی موجودیت تزئینشده، تغییر میدهند. آنها به طور مؤثری عنصر تزئینشده را در بر میگیرند و قابلیتهای سفارشی را به آن تزریق میکنند.
به عنوان مثال، یک دکوراتور میتواند به طور خودکار فراخوانی متدها را لاگ کند، پارامترهای ورودی را اعتبارسنجی کند یا کنترل دسترسی را مدیریت نماید. دکوراتورها جداسازی دغدغهها (separation of concerns) را ترویج میدهند و منطق اصلی کسبوکار را تمیز و متمرکز نگه میدارند، در حالی که به شما اجازه میدهند رفتارهای اضافی را به صورت ماژولار اضافه کنید.
سینتکس دکوراتورها
دکوراتورها با استفاده از نماد @
قبل از عنصری که تزئین میکنند، اعمال میشوند. انواع مختلفی از دکوراتورها وجود دارد که هر کدام یک عنصر خاص را هدف قرار میدهند:
- دکوراتورهای کلاس (Class Decorators): برای کلاسها اعمال میشوند.
- دکوراتورهای متد (Method Decorators): برای متدها اعمال میشوند.
- دکوراتورهای خصوصیت (Property Decorators): برای خصوصیات اعمال میشوند.
- دکوراتورهای دسترسی (Accessor Decorators): برای متدهای getter و setter اعمال میشوند.
- دکوراتورهای پارامتر (Parameter Decorators): برای پارامترهای متد اعمال میشوند.
در اینجا یک مثال ساده از یک دکوراتور کلاس آورده شده است:
@logClass
class MyClass {
constructor() {
// ...
}
}
function logClass(target) {
console.log(`Class ${target.name} has been created.`);
}
در این مثال، logClass
یک تابع دکوراتور است که سازنده کلاس (target
) را به عنوان آرگومان میگیرد. سپس هر زمان که یک نمونه از MyClass
ایجاد شود، پیامی را در کنسول لاگ میکند.
درک برنامهنویسی فراداده (Metadata Programming)
دکوراتورها ارتباط نزدیکی با مفهوم برنامهنویسی فراداده دارند. فراداده «دادهای درباره داده» است. در زمینه برنامهنویسی، فراداده ویژگیها و خصوصیات عناصر کد مانند کلاسها، متدها و خصوصیات را توصیف میکند. دکوراتورها به شما امکان میدهند فراداده را با این عناصر مرتبط کنید و بازبینی و تغییر رفتار در زمان اجرا را بر اساس آن فراداده امکانپذیر میسازند.
API Reflect Metadata
(بخشی از مشخصات ECMAScript) یک روش استاندارد برای تعریف و بازیابی فراداده مرتبط با اشیاء و خصوصیات آنها فراهم میکند. اگرچه برای همه موارد استفاده از دکوراتورها به طور دقیق لازم نیست، اما ابزاری قدرتمند برای سناریوهای پیشرفته است که در آن نیاز به دسترسی و دستکاری پویا فراداده در زمان اجرا دارید.
به عنوان مثال، میتوانید از Reflect Metadata
برای ذخیره اطلاعاتی در مورد نوع داده یک خصوصیت، قوانین اعتبارسنجی یا الزامات احراز هویت استفاده کنید. این فراداده سپس میتواند توسط دکوراتورها برای انجام اقداماتی مانند اعتبارسنجی ورودی، سریالسازی دادهها یا اجرای سیاستهای امنیتی استفاده شود.
انواع دکوراتورها به همراه مثال
۱. دکوراتورهای کلاس
دکوراتورهای کلاس به سازنده کلاس اعمال میشوند. آنها میتوانند برای تغییر تعریف کلاس، افزودن خصوصیات یا متدهای جدید یا حتی جایگزینی کل کلاس با یک کلاس دیگر استفاده شوند.
مثال: پیادهسازی الگوی Singleton
الگوی Singleton تضمین میکند که تنها یک نمونه از یک کلاس ایجاد شود. در اینجا نحوه پیادهسازی آن با استفاده از یک دکوراتور کلاس آمده است:
function Singleton(target) {
let instance = null;
return function (...args) {
if (!instance) {
instance = new target(...args);
}
return instance;
};
}
@Singleton
class DatabaseConnection {
constructor(connectionString) {
this.connectionString = connectionString;
console.log(`Connecting to ${connectionString}`);
}
query(sql) {
console.log(`Executing query: ${sql}`);
}
}
const db1 = new DatabaseConnection('mongodb://localhost:27017');
const db2 = new DatabaseConnection('mongodb://localhost:27017');
console.log(db1 === db2); // Output: true
در این مثال، دکوراتور Singleton
کلاس DatabaseConnection
را در بر میگیرد. این تضمین میکند که تنها یک نمونه از کلاس ایجاد میشود، صرف نظر از اینکه سازنده چند بار فراخوانی شود.
۲. دکوراتورهای متد
دکوراتورهای متد به متدهای داخل یک کلاس اعمال میشوند. آنها میتوانند برای تغییر رفتار متد، افزودن لاگ، پیادهسازی کشینگ یا اجرای کنترل دسترسی استفاده شوند.
مثال: لاگ کردن فراخوانی متدهااین دکوراتور نام متد و آرگومانهای آن را هر بار که متد فراخوانی میشود، لاگ میکند.
function logMethod(target, propertyKey, descriptor) {
const originalMethod = descriptor.value;
descriptor.value = function (...args) {
console.log(`Calling method: ${propertyKey} with arguments: ${JSON.stringify(args)}`);
const result = originalMethod.apply(this, args);
console.log(`Method ${propertyKey} returned: ${result}`);
return result;
};
return descriptor;
}
class Calculator {
@logMethod
add(x, y) {
return x + y;
}
@logMethod
subtract(x, y) {
return x - y;
}
}
const calc = new Calculator();
calc.add(5, 3); // Logs: Calling method: add with arguments: [5,3]
// Method add returned: 8
calc.subtract(10, 4); // Logs: Calling method: subtract with arguments: [10,4]
// Method subtract returned: 6
در اینجا، دکوراتور logMethod
متد اصلی را در بر میگیرد. قبل از اجرای متد اصلی، نام متد و آرگومانهای آن را لاگ میکند. پس از اجرا، مقدار بازگشتی را لاگ میکند.
۳. دکوراتورهای خصوصیت
دکوراتورهای خصوصیت به خصوصیات داخل یک کلاس اعمال میشوند. آنها میتوانند برای تغییر رفتار خصوصیت، پیادهسازی اعتبارسنجی یا افزودن فراداده استفاده شوند.
مثال: اعتبارسنجی مقادیر خصوصیت
function validate(target, propertyKey) {
let value;
const getter = function () {
return value;
};
const setter = function (newValue) {
if (typeof newValue !== 'string' || newValue.length < 3) {
throw new Error(`Property ${propertyKey} must be a string with at least 3 characters.`);
}
value = newValue;
};
Object.defineProperty(target, propertyKey, {
get: getter,
set: setter,
enumerable: true,
configurable: true,
});
}
class User {
@validate
name;
}
const user = new User();
try {
user.name = 'Jo'; // Throws an error
} catch (error) {
console.error(error.message);
}
user.name = 'John Doe'; // Works fine
console.log(user.name);
در این مثال، دکوراتور validate
دسترسی به خصوصیت name
را رهگیری میکند. هنگامی که یک مقدار جدید تخصیص داده میشود، بررسی میکند که آیا مقدار یک رشته است و طول آن حداقل ۳ کاراکتر است یا خیر. اگر نباشد، یک خطا پرتاب میکند.
۴. دکوراتورهای دسترسی
دکوراتورهای دسترسی به متدهای getter و setter اعمال میشوند. آنها شبیه به دکوراتورهای متد هستند، اما به طور خاص دسترسیها (getters و setters) را هدف قرار میدهند.
مثال: کش کردن نتایج Getter
function cached(target, propertyKey, descriptor) {
const originalGetter = descriptor.get;
let cacheValue;
let cacheSet = false;
descriptor.get = function () {
if (cacheSet) {
console.log(`Returning cached value for ${propertyKey}`);
return cacheValue;
} else {
console.log(`Calculating and caching value for ${propertyKey}`);
cacheValue = originalGetter.call(this);
cacheSet = true;
return cacheValue;
}
};
return descriptor;
}
class Circle {
constructor(radius) {
this.radius = radius;
}
@cached
get area() {
console.log('Calculating area...');
return Math.PI * this.radius * this.radius;
}
}
const circle = new Circle(5);
console.log(circle.area); // Calculates and caches the area
console.log(circle.area); // Returns the cached area
دکوراتور cached
، getter مربوط به خصوصیت area
را در بر میگیرد. اولین باری که به area
دسترسی پیدا میشود، getter اجرا شده و نتیجه کش میشود. دسترسیهای بعدی مقدار کش شده را بدون محاسبه مجدد برمیگردانند.
۵. دکوراتورهای پارامتر
دکوراتورهای پارامتر به پارامترهای متد اعمال میشوند. آنها میتوانند برای افزودن فراداده در مورد پارامترها، اعتبارسنجی ورودی یا تغییر مقادیر پارامترها استفاده شوند.
مثال: اعتبارسنجی پارامتر ایمیل
const requiredMetadataKey = Symbol("required");
function required(target: Object, propertyKey: string | symbol, parameterIndex: number) {
let existingRequiredParameters: number[] = Reflect.getOwnMetadata(requiredMetadataKey, target, propertyKey) || [];
existingRequiredParameters.push(parameterIndex);
Reflect.defineMetadata(requiredMetadataKey, existingRequiredParameters, target, propertyKey);
}
function validateEmail(email: string) {
const emailRegex = /^[^\s@]+@[^\s@]+\.[^\s@]+$/;
return emailRegex.test(email);
}
function validate(target: any, propertyName: string, descriptor: TypedPropertyDescriptor) {
let method = descriptor.value!;
descriptor.value = function () {
let requiredParameters: number[] = Reflect.getOwnMetadata(requiredMetadataKey, target, propertyName);
if (requiredParameters) {
for (let parameterIndex of requiredParameters) {
if(arguments.length <= parameterIndex){
throw new Error("Missing required argument.");
}
const email = arguments[parameterIndex];
if (!validateEmail(email)) {
throw new Error(`Invalid email format for argument #${parameterIndex + 1}.`);
}
}
}
return method.apply(this, arguments);
}
}
class EmailService {
@validate
sendEmail(@required to: string, subject: string, body: string) {
console.log(`Sending email to ${to} with subject: ${subject}`);
}
}
const emailService = new EmailService();
try {
emailService.sendEmail('invalid-email', 'Hello', 'This is a test email.'); // Throws an error
} catch (error) {
console.error(error.message);
}
emailService.sendEmail('valid@email.com', 'Hello', 'This is a test email.'); // Works fine
در این مثال، دکوراتور @required
پارامتر to
را به عنوان الزامی علامتگذاری میکند و نشان میدهد که باید فرمت ایمیل معتبری داشته باشد. سپس دکوراتور validate
از Reflect Metadata
برای بازیابی این اطلاعات و اعتبارسنجی پارامتر در زمان اجرا استفاده میکند.
مزایای استفاده از دکوراتورها
- بهبود خوانایی و نگهداریپذیری کد: دکوراتورها یک سینتکس اعلانی ارائه میدهند که درک و نگهداری کد را آسانتر میکند.
- افزایش قابلیت استفاده مجدد کد: دکوراتورها میتوانند در چندین کلاس و متد باز استفاده شوند و از تکرار کد بکاهند.
- جداسازی دغدغهها: دکوراتورها با اجازه دادن به شما برای افزودن رفتارهای اضافی بدون تغییر منطق اصلی، جداسازی دغدغهها را ترویج میدهند.
- افزایش انعطافپذیری: دکوراتورها روشی انعطافپذیر برای تغییر رفتار عناصر کد در زمان اجرا فراهم میکنند.
- برنامهنویسی جنبهگرا (AOP): دکوراتورها اصول AOP را فعال میکنند و به شما امکان میدهند دغدغههای مشترک را ماژولار کنید.
موارد استفاده از دکوراتورها
دکوراتورها میتوانند در طیف گستردهای از سناریوها استفاده شوند، از جمله:
- لاگگیری: لاگ کردن فراخوانی متدها، معیارهای عملکرد یا پیامهای خطا.
- اعتبارسنجی: اعتبارسنجی پارامترهای ورودی یا مقادیر خصوصیات.
- کشینگ: کش کردن نتایج متدها برای بهبود عملکرد.
- احراز هویت: اجرای سیاستهای کنترل دسترسی.
- تزریق وابستگی: مدیریت وابستگیها بین اشیاء.
- سریالسازی/دیسریالسازی: تبدیل اشیاء به و از فرمتهای مختلف.
- اتصال داده (Data Binding): بهروزرسانی خودکار عناصر UI هنگام تغییر دادهها.
- مدیریت وضعیت: پیادهسازی الگوهای مدیریت وضعیت در برنامههایی مانند React یا Angular.
- نسخهبندی API: علامتگذاری متدها یا کلاسها به عنوان متعلق به یک نسخه خاص API.
- پرچمهای ویژگی (Feature Flags): فعال یا غیرفعال کردن ویژگیها بر اساس تنظیمات پیکربندی.
فکتوریهای دکوراتور (Decorator Factories)
یک فکتوری دکوراتور تابعی است که یک دکوراتور را برمیگرداند. این به شما امکان میدهد با ارسال آرگومان به تابع فکتوری، رفتار دکوراتور را سفارشی کنید.
مثال: یک لاگر پارامتری
function logMethodWithPrefix(prefix: string) {
return function (target, propertyKey, descriptor) {
const originalMethod = descriptor.value;
descriptor.value = function (...args) {
console.log(`${prefix}: Calling method: ${propertyKey} with arguments: ${JSON.stringify(args)}`);
const result = originalMethod.apply(this, args);
console.log(`${prefix}: Method ${propertyKey} returned: ${result}`);
return result;
};
return descriptor;
};
}
class Calculator {
@logMethodWithPrefix('[CALCULATION]')
add(x, y) {
return x + y;
}
@logMethodWithPrefix('[CALCULATION]')
subtract(x, y) {
return x - y;
}
}
const calc = new Calculator();
calc.add(5, 3); // Logs: [CALCULATION]: Calling method: add with arguments: [5,3]
// [CALCULATION]: Method add returned: 8
calc.subtract(10, 4); // Logs: [CALCULATION]: Calling method: subtract with arguments: [10,4]
// [CALCULATION]: Method subtract returned: 6
تابع logMethodWithPrefix
یک فکتوری دکوراتور است. این تابع یک آرگومان prefix
میگیرد و یک تابع دکوراتور را برمیگرداند. سپس تابع دکوراتور فراخوانیهای متد را با پیشوند مشخص شده لاگ میکند.
مثالهای دنیای واقعی و مطالعات موردی
یک پلتفرم تجارت الکترونیک جهانی را در نظر بگیرید. آنها ممکن است از دکوراتورها برای موارد زیر استفاده کنند:
- بینالمللیسازی (i18n): دکوراتورها میتوانند به طور خودکار متن را بر اساس زبان محلی کاربر ترجمه کنند. یک دکوراتور
@translate
میتواند خصوصیات یا متدهایی را که نیاز به ترجمه دارند علامتگذاری کند. سپس دکوراتور ترجمه مناسب را از یک منبع بر اساس زبان انتخاب شده کاربر واکشی میکند. - تبدیل ارز: هنگام نمایش قیمتها، یک دکوراتور
@currency
میتواند به طور خودکار قیمت را به ارز محلی کاربر تبدیل کند. این دکوراتور باید به یک API تبدیل ارز خارجی دسترسی داشته باشد و نرخهای تبدیل را ذخیره کند. - محاسبه مالیات: قوانین مالیاتی بین کشورها و مناطق مختلف به طور قابل توجهی متفاوت است. دکوراتورها میتوانند برای اعمال نرخ مالیات صحیح بر اساس موقعیت مکانی کاربر و محصول خریداری شده استفاده شوند. یک دکوراتور
@tax
میتواند از اطلاعات موقعیت جغرافیایی برای تعیین نرخ مالیات مناسب استفاده کند. - تشخیص تقلب: یک دکوراتور
@fraudCheck
روی عملیات حساس (مانند پرداخت) میتواند الگوریتمهای تشخیص تقلب را فعال کند.
مثال دیگر یک شرکت لجستیک جهانی است:
- ردیابی موقعیت جغرافیایی: دکوراتورها میتوانند متدهایی را که با دادههای مکانی سروکار دارند، بهبود بخشند، دقت خوانشهای GPS را لاگ کنند یا فرمتهای مکانی (طول و عرض جغرافیایی) را برای مناطق مختلف اعتبارسنجی کنند. یک دکوراتور
@validateLocation
میتواند اطمینان حاصل کند که مختصات قبل از پردازش به یک استاندارد خاص (مانند ISO 6709) پایبند هستند. - مدیریت منطقه زمانی: هنگام برنامهریزی تحویلها، دکوراتورها میتوانند به طور خودکار زمانها را به منطقه زمانی محلی کاربر تبدیل کنند. یک دکوراتور
@timeZone
از یک پایگاه داده منطقه زمانی برای انجام تبدیل استفاده میکند و اطمینان میدهد که برنامههای تحویل صرف نظر از موقعیت مکانی کاربر دقیق هستند. - بهینهسازی مسیر: دکوراتورها میتوانند برای تجزیه و تحلیل آدرسهای مبدأ و مقصد درخواستهای تحویل استفاده شوند. یک دکوراتور
@routeOptimize
میتواند یک API بهینهسازی مسیر خارجی را فراخوانی کند تا کارآمدترین مسیر را پیدا کند، با در نظر گرفتن عواملی مانند شرایط ترافیک و بستهبودن جادهها در کشورهای مختلف.
دکوراتورها و تایپاسکریپت
تایپاسکریپت پشتیبانی بسیار خوبی از دکوراتورها دارد. برای استفاده از دکوراتورها در تایپاسکریپت، باید گزینه کامپایلر experimentalDecorators
را در فایل tsconfig.json
خود فعال کنید:
{
"compilerOptions": {
"target": "es6",
"experimentalDecorators": true,
// ... other options
}
}
تایپاسکریپت اطلاعات نوع را برای دکوراتورها فراهم میکند و نوشتن و نگهداری آنها را آسانتر میکند. تایپاسکریپت همچنین ایمنی نوع را هنگام استفاده از دکوراتورها اعمال میکند و به شما کمک میکند تا از خطاها در زمان اجرا جلوگیری کنید. مثالهای کد در این پست وبلاگ عمدتاً به زبان تایپاسکریپت برای ایمنی نوع و خوانایی بهتر نوشته شدهاند.
آینده دکوراتورها
دکوراتورها یک ویژگی نسبتاً جدید در جاوا اسکریپت هستند، اما پتانسیل تأثیرگذاری قابل توجهی بر نحوه نوشتن و ساختاردهی کد ما دارند. با ادامه تکامل اکوسیستم جاوا اسکریپت، میتوان انتظار داشت که کتابخانهها و فریمورکهای بیشتری را ببینیم که از دکوراتورها برای ارائه ویژگیهای جدید و نوآورانه استفاده میکنند. استانداردسازی دکوراتورها در ES2022 دوام طولانیمدت و پذیرش گسترده آنها را تضمین میکند.
چالشها و ملاحظات
- پیچیدگی: استفاده بیش از حد از دکوراتورها میتواند منجر به کدی پیچیده شود که درک آن دشوار است. استفاده محتاطانه و مستندسازی کامل آنها بسیار مهم است.
- عملکرد: دکوراتورها میتوانند سربار ایجاد کنند، به خصوص اگر عملیات پیچیدهای را در زمان اجرا انجام دهند. در نظر گرفتن پیامدهای عملکردی استفاده از دکوراتورها مهم است.
- دیباگ کردن: دیباگ کردن کدی که از دکوراتورها استفاده میکند میتواند چالشبرانگیز باشد، زیرا جریان اجرا میتواند کمتر مستقیم باشد. شیوههای خوب لاگگیری و ابزارهای دیباگ ضروری هستند.
- منحنی یادگیری: توسعهدهندگانی که با دکوراتورها آشنا نیستند ممکن است نیاز به صرف زمان برای یادگیری نحوه کار آنها داشته باشند.
بهترین شیوهها برای استفاده از دکوراتورها
- استفاده محدود از دکوراتورها: فقط زمانی از دکوراتورها استفاده کنید که مزیت واضحی از نظر خوانایی، قابلیت استفاده مجدد یا نگهداریپذیری کد ارائه دهند.
- مستندسازی دکوراتورها: هدف و رفتار هر دکوراتور را به وضوح مستند کنید.
- ساده نگه داشتن دکوراتورها: از منطق پیچیده در داخل دکوراتورها خودداری کنید. در صورت لزوم، عملیات پیچیده را به توابع جداگانه واگذار کنید.
- تست کردن دکوراتورها: دکوراتورهای خود را به طور کامل تست کنید تا از صحت عملکرد آنها اطمینان حاصل کنید.
- پیروی از قراردادهای نامگذاری: از یک قرارداد نامگذاری ثابت برای دکوراتورها استفاده کنید (مثلاً
@LogMethod
,@ValidateInput
). - در نظر گرفتن عملکرد: به پیامدهای عملکردی استفاده از دکوراتورها توجه داشته باشید، به خصوص در کدهای حساس به عملکرد.
نتیجهگیری
دکوراتورهای جاوا اسکریپت روشی قدرتمند و انعطافپذیر برای افزایش قابلیت استفاده مجدد کد، بهبود نگهداریپذیری و پیادهسازی دغدغههای مشترک ارائه میدهند. با درک مفاهیم اصلی دکوراتورها و API Reflect Metadata
، میتوانید از آنها برای ایجاد برنامههایی خواناتر و ماژولارتر استفاده کنید. در حالی که چالشهایی برای در نظر گرفتن وجود دارد، مزایای استفاده از دکوراتورها اغلب بر معایب آن غلبه میکند، به خصوص در پروژههای بزرگ و پیچیده. با تکامل اکوسیستم جاوا اسکریپت، دکوراتورها احتمالاً نقش مهمتری در شکلدهی به نحوه نوشتن و ساختاردهی کد ما ایفا خواهند کرد. با مثالهای ارائه شده آزمایش کنید و بررسی کنید که چگونه دکوراتورها میتوانند مشکلات خاصی را در پروژههای شما حل کنند. پذیرش این ویژگی قدرتمند میتواند به برنامههای جاوا اسکریپت زیباتر، قابل نگهداریتر و قویتر در زمینههای مختلف بینالمللی منجر شود.