۲۶ مرداد ۱۴۰۴فارسی

قدرت و مزایای ساختارهای داده Record و Tuple جاوا اسکریپت را کشف کنید که برای تغییرناپذیری، عملکرد و ایمنی نوع بهبود یافته طراحی شده‌اند.

Record و Tuple در جاوا اسکریپت: توضیح ساختارهای داده تغییرناپذیر

جاوا اسکریپت دائماً در حال تحول است و یکی از هیجان‌انگیزترین پیشنهادهای پیش رو، معرفی Record و Tuple است، دو ساختار داده جدید که برای آوردن تغییرناپذیری (immutability) به هسته زبان طراحی شده‌اند. این پست به طور عمیق به بررسی اینکه Record و Tuple چه هستند، چرا مهم هستند، چگونه کار می‌کنند و چه مزایایی برای توسعه‌دهندگان جاوا اسکریپت در سراسر جهان ارائه می‌دهند، می‌پردازد.

Record و Tuple چه هستند؟

Record و Tuple ساختارهای داده اولیه و عمیقاً تغییرناپذیر در جاوا اسکریپت هستند. آن‌ها را به ترتیب به عنوان نسخه‌های تغییرناپذیر اشیاء و آرایه‌های جاوا اسکریپت در نظر بگیرید.

Record: یک شیء تغییرناپذیر. پس از ایجاد، ویژگی‌های آن قابل تغییر نیستند.
Tuple: یک آرایه تغییرناپذیر. پس از ایجاد، عناصر آن قابل تغییر نیستند.

این ساختارهای داده عمیقاً تغییرناپذیر هستند، به این معنی که نه تنها خود Record یا Tuple قابل تغییر نیست، بلکه هر شیء یا آرایه تو در تو در آن‌ها نیز تغییرناپذیر است.

چرا تغییرناپذیری اهمیت دارد

تغییرناپذیری چندین مزیت کلیدی برای توسعه نرم‌افزار به همراه دارد:

بهبود عملکرد: تغییرناپذیری امکان بهینه‌سازی‌هایی مانند مقایسه سطحی (بررسی اینکه آیا دو متغیر به یک شیء در حافظه اشاره می‌کنند) را به جای مقایسه عمیق (مقایسه محتوای دو شیء) فراهم می‌کند. این می‌تواند به طور قابل توجهی عملکرد را در سناریوهایی که به طور مکرر ساختارهای داده را مقایسه می‌کنید، بهبود بخشد.
ایمنی نوع بهبود یافته: ساختارهای داده تغییرناپذیر تضمین‌های قوی‌تری در مورد یکپارچگی داده‌ها ارائه می‌دهند، که استدلال در مورد کد و جلوگیری از عوارض جانبی غیرمنتظره را آسان‌تر می‌کند. سیستم‌های نوع مانند TypeScript می‌توانند محدودیت‌های تغییرناپذیری را بهتر ردیابی و اعمال کنند.
اشکال‌زدایی ساده‌تر: با داده‌های تغییرناپذیر، می‌توانید مطمئن باشید که یک مقدار به طور غیرمنتظره تغییر نخواهد کرد، که ردیابی جریان داده و شناسایی منبع باگ‌ها را آسان‌تر می‌کند.
ایمنی در همروندی: تغییرناپذیری نوشتن کد همروند را بسیار آسان‌تر می‌کند، زیرا لازم نیست نگران باشید که چندین رشته به طور همزمان یک ساختار داده را تغییر دهند.
مدیریت وضعیت قابل پیش‌بینی: در فریمورک‌هایی مانند React، Redux و Vue، تغییرناپذیری مدیریت وضعیت را ساده کرده و ویژگی‌هایی مانند اشکال‌زدایی سفر در زمان (time-travel debugging) را ممکن می‌سازد.

Record و Tuple چگونه کار می‌کنند

Record و Tuple با استفاده از سازنده‌هایی مانند `new Record()` یا `new Tuple()` ایجاد نمی‌شوند. در عوض، آن‌ها با استفاده از یک سینتکس خاص ایجاد می‌شوند:

Record: `#{ key1: value1, key2: value2 }`
Tuple: `#[ item1, item2, item3 ]`

بیایید به چند مثال نگاه کنیم:

مثال‌های Record

ایجاد یک Record:


const myRecord = #{ name: "Alice", age: 30, city: "London" };
console.log(myRecord.name); // Output: Alice

تلاش برای تغییر یک Record منجر به خطا خواهد شد:


try {
  myRecord.age = 31; // Throws an error
} catch (error) {
  console.error(error);
}

مثال تغییرناپذیری عمیق:


const address = #{ street: "Baker Street", number: 221, city: "London" };
const person = #{ name: "Sherlock", address: address };

// Trying to modify the nested object will throw an error.
try {
  person.address.number = 221;
} catch (error) {
    console.error("Error caught: " + error);
}

مثال‌های Tuple

ایجاد یک Tuple:


const myTuple = #[1, 2, 3, "hello"];
console.log(myTuple[0]); // Output: 1

تلاش برای تغییر یک Tuple منجر به خطا خواهد شد:


try {
  myTuple[0] = 4; // Throws an error
} catch (error) {
  console.error(error);
}

مثال تغییرناپذیری عمیق:


const innerTuple = #[4, 5, 6];
const outerTuple = #[1, 2, 3, innerTuple];

// Trying to modify the nested tuple will throw an error
try {
  outerTuple[3][0] = 7;
} catch (error) {
  console.error("Error caught: " + error);
}

مزایای استفاده از Record و Tuple

بهینه‌سازی عملکرد: همانطور که قبلاً ذکر شد، تغییرناپذیری Record و Tuple بهینه‌سازی‌هایی مانند مقایسه سطحی را امکان‌پذیر می‌سازد. مقایسه سطحی شامل مقایسه آدرس‌های حافظه به جای مقایسه عمیق محتویات ساختارهای داده است. این روش به ویژه برای اشیاء یا آرایه‌های بزرگ، به طور قابل توجهی سریع‌تر است.
یکپارچگی داده‌ها: ماهیت تغییرناپذیر این ساختارها تضمین می‌کند که داده‌ها به طور تصادفی تغییر نخواهند کرد، که خطر باگ‌ها را کاهش داده و استدلال در مورد کد را آسان‌تر می‌کند.
اشکال‌زدایی بهبود یافته: دانستن اینکه داده‌ها تغییرناپذیر هستند، اشکال‌زدایی را ساده می‌کند، زیرا می‌توانید جریان داده را بدون نگرانی در مورد تغییرات غیرمنتظره ردیابی کنید.
سازگار با همروندی: تغییرناپذیری باعث می‌شود Record و Tuple ذاتاً thread-safe باشند و برنامه‌نویسی همروند را ساده‌تر کنند.
ادغام بهتر با برنامه‌نویسی تابعی: Record و Tuple به طور طبیعی با پارادایم‌های برنامه‌نویسی تابعی که در آن تغییرناپذیری یک اصل اساسی است، سازگار هستند. آنها نوشتن توابع خالص (pure functions) را آسان‌تر می‌کنند، که توابعی هستند که برای ورودی یکسان همیشه خروجی یکسانی را برمی‌گردانند و هیچ عارضه جانبی ندارند.

موارد استفاده برای Record و Tuple

Record و Tuple می‌توانند در سناریوهای بسیار متنوعی استفاده شوند، از جمله:

اشیاء پیکربندی: از Recordها برای ذخیره تنظیمات پیکربندی برنامه استفاده کنید تا اطمینان حاصل شود که به طور تصادفی قابل تغییر نیستند. به عنوان مثال، ذخیره کلیدهای API، رشته‌های اتصال به پایگاه داده یا فلگ‌های ویژگی (feature flags).
اشیاء انتقال داده (DTOs): از Recordها و Tupleها برای نمایش داده‌هایی که بین بخش‌های مختلف یک برنامه یا بین سرویس‌های مختلف منتقل می‌شوند، استفاده کنید. این کار ثبات داده‌ها را تضمین کرده و از تغییرات تصادفی در حین انتقال جلوگیری می‌کند.
مدیریت وضعیت: Record و Tuple را با کتابخانه‌های مدیریت وضعیت مانند Redux یا Vuex ادغام کنید تا اطمینان حاصل شود که وضعیت برنامه تغییرناپذیر است، که استدلال و اشکال‌زدایی تغییرات وضعیت را آسان‌تر می‌کند.
کش کردن (Caching): از Recordها و Tupleها به عنوان کلید در کش‌ها استفاده کنید تا از مقایسه سطحی برای جستجوهای کارآمد کش بهره‌مند شوید.
بردارها و ماتریس‌های ریاضی: از Tupleها می‌توان برای نمایش بردارها و ماتریس‌های ریاضی استفاده کرد و از تغییرناپذیری برای محاسبات عددی بهره برد. به عنوان مثال، در شبیه‌سازی‌های علمی یا رندرینگ گرافیکی.
رکوردهای پایگاه داده: رکوردهای پایگاه داده را به عنوان Record یا Tuple نگاشت کنید تا یکپارچگی داده و قابلیت اطمینان برنامه بهبود یابد.

مثال‌های کد: کاربردهای عملی

مثال ۱: شیء پیکربندی با Record


const config = #{ 
  apiUrl: "https://api.example.com",
  timeout: 5000,
  maxRetries: 3
};

function fetchData(url) {
  // Use config values
  console.log(`Fetching data from ${config.apiUrl + url} with timeout ${config.timeout}`);
  // ... rest of the implementation
}

fetchData("/users");

مثال ۲: مختصات جغرافیایی با Tuple


const latLong = #[34.0522, -118.2437]; // Los Angeles

function calculateDistance(coord1, coord2) {
  // Implementation for calculating distance using coordinates
  const [lat1, lon1] = coord1;
  const [lat2, lon2] = coord2;
  const R = 6371; // Radius of the earth in km
  const dLat = deg2rad(lat2 - lat1);
  const dLon = deg2rad(lon2 - lon1);
  const a = Math.sin(dLat/2) * Math.sin(dLat/2) +
        Math.cos(deg2rad(lat1)) * Math.cos(deg2rad(lat2)) *
        Math.sin(dLon/2) * Math.sin(dLon/2);
  const c = 2 * Math.atan2(Math.sqrt(a), Math.sqrt(1-a));
  const distance = R * c;
  return distance; // Distance in kilometers
}

function deg2rad(deg) {
  return deg * (Math.PI/180)
}

const londonCoords = #[51.5074, 0.1278];
const distanceToLondon = calculateDistance(latLong, londonCoords);
console.log(`Distance to London: ${distanceToLondon} km`);

مثال ۳: وضعیت Redux با Record

با فرض یک تنظیم ساده Redux:


const initialState = #{ 
  user: null,
  isLoading: false,
  error: null
};

function reducer(state = initialState, action) {
  switch (action.type) {
    case 'FETCH_USER_REQUEST':
      return #{ ...state, isLoading: true };
    case 'FETCH_USER_SUCCESS':
      return #{ ...state, user: action.payload, isLoading: false };
    case 'FETCH_USER_FAILURE':
      return #{ ...state, error: action.payload, isLoading: false };
    default:
      return state;
  }
}

ملاحظات عملکرد

در حالی که Record و Tuple از طریق مقایسه سطحی مزایای عملکردی ارائه می‌دهند، مهم است که از پیامدهای بالقوه عملکرد هنگام ایجاد و دستکاری این ساختارهای داده، به ویژه در برنامه‌های بزرگ، آگاه باشید. ایجاد یک Record یا Tuple جدید نیاز به کپی کردن داده‌ها دارد، که در برخی موارد می‌تواند گران‌تر از تغییر یک شیء یا آرایه موجود باشد. با این حال، این مبادله اغلب به دلیل مزایای تغییرناپذیری ارزشمند است.

برای بهینه‌سازی عملکرد، استراتژی‌های زیر را در نظر بگیرید:

یادداشت‌سازی (Memoization): از تکنیک‌های یادداشت‌سازی برای کش کردن نتایج محاسبات پرهزینه‌ای که از داده‌های Record و Tuple استفاده می‌کنند، بهره ببرید.
اشتراک‌گذاری ساختاری (Structural Sharing): از اشتراک‌گذاری ساختاری بهره‌برداری کنید، که به معنای استفاده مجدد از بخش‌هایی از ساختارهای داده تغییرناپذیر موجود هنگام ایجاد ساختارهای جدید است. این می‌تواند میزان داده‌ای را که نیاز به کپی شدن دارد کاهش دهد. بسیاری از کتابخانه‌ها راه‌های کارآمدی برای به‌روزرسانی ساختارهای تودرتو با اشتراک‌گذاری بخش عمده‌ای از داده‌های اصلی فراهم می‌کنند.
ارزیابی تنبل (Lazy Evaluation): محاسبات را تا زمانی که واقعاً به آنها نیاز است به تعویق بیندازید، به ویژه هنگام کار با مجموعه داده‌های بزرگ.

پشتیبانی مرورگر و محیط اجرا

تا تاریخ امروز (۲۶ اکتبر ۲۰۲۳)، Record و Tuple هنوز یک پیشنهاد در فرآیند استانداردسازی ECMAScript هستند. این بدان معناست که آنها هنوز به طور بومی در اکثر مرورگرها یا محیط‌های Node.js پشتیبانی نمی‌شوند. برای استفاده از Record و Tuple در کد خود امروز، باید از یک ترنسپایلر مانند Babel با افزونه مناسب استفاده کنید.

در اینجا نحوه راه‌اندازی Babel برای پشتیبانی از Record و Tuple آمده است:

نصب Babel: npm install --save-dev @babel/core @babel/cli @babel/preset-env
نصب افزونه Babel برای Record و Tuple: npm install --save-dev @babel/plugin-proposal-record-and-tuple
پیکربندی Babel (ایجاد یک فایل `.babelrc` یا `babel.config.js`):
مثال `.babelrc`:
{ "presets": ["@babel/preset-env"], "plugins": ["@babel/plugin-proposal-record-and-tuple"] }
ترنسپایل کردن کد: babel your-code.js -o output.js

برای به‌روزترین دستورالعمل‌های نصب و پیکربندی، مستندات رسمی افزونه `@babel/plugin-proposal-record-and-tuple` را بررسی کنید. بسیار مهم است که محیط توسعه خود را با استانداردهای ECMAScript هماهنگ نگه دارید تا اطمینان حاصل شود که کد به راحتی قابل انتقال است و در زمینه‌های مختلف به طور مؤثر عمل می‌کند.

مقایسه با دیگر ساختارهای داده تغییرناپذیر

جاوا اسکریپت در حال حاضر کتابخانه‌هایی دارد که ساختارهای داده تغییرناپذیر را ارائه می‌دهند، مانند Immutable.js و Mori. در اینجا یک مقایسه مختصر ارائه می‌شود:

Immutable.js: یک کتابخانه محبوب که طیف گسترده‌ای از ساختارهای داده تغییرناپذیر، از جمله Listها، Mapها و Setها را فراهم می‌کند. این یک کتابخانه بالغ و به خوبی آزمایش شده است، اما API مخصوص به خود را معرفی می‌کند که می‌تواند مانعی برای ورود باشد. Record و Tuple قصد دارند تغییرناپذیری را در سطح زبان فراهم کنند و استفاده از آن را طبیعی‌تر سازند.
Mori: کتابخانه‌ای که ساختارهای داده تغییرناپذیر را بر اساس ساختارهای داده پایدار Clojure فراهم می‌کند. مانند Immutable.js، این کتابخانه نیز API مخصوص به خود را معرفی می‌کند.

مزیت کلیدی Record و Tuple این است که آنها در زبان تعبیه شده‌اند، به این معنی که در نهایت توسط تمام موتورهای جاوا اسکریپت به طور بومی پشتیبانی خواهند شد. این امر نیاز به کتابخانه‌های خارجی را از بین می‌برد و ساختارهای داده تغییرناپذیر را به یک شهروند درجه یک در جاوا اسکریپت تبدیل می‌کند.

آینده ساختارهای داده جاوا اسکریپت

معرفی Record و Tuple یک گام مهم رو به جلو برای جاوا اسکریپت است که مزایای تغییرناپذیری را به هسته زبان می‌آورد. با پذیرش گسترده‌تر این ساختارهای داده، می‌توان انتظار داشت که شاهد تغییری به سمت کد جاوا اسکریپت تابعی‌تر و قابل پیش‌بینی‌تر باشیم.

نتیجه‌گیری

Record و Tuple افزونه‌های جدید و قدرتمندی برای جاوا اسکریپت هستند که مزایای قابل توجهی از نظر عملکرد، ایمنی نوع و قابلیت نگهداری کد ارائه می‌دهند. اگرچه هنوز یک پیشنهاد هستند، اما جهت آینده ساختارهای داده جاوا اسکریپت را نشان می‌دهند و ارزش بررسی را دارند.

با پذیرش تغییرناپذیری با Record و Tuple، می‌توانید کد جاوا اسکریپت قوی‌تر، کارآمدتر و قابل نگهداری‌تری بنویسید. با افزایش پشتیبانی از این ویژگی‌ها، توسعه‌دهندگان در سراسر جهان از افزایش قابلیت اطمینان و پیش‌بینی‌پذیری که آنها به اکوسیستم جاوا اسکریپت می‌آورند، بهره‌مند خواهند شد.

منتظر به‌روزرسانی‌های مربوط به پیشنهاد Record و Tuple باشید و از امروز شروع به آزمایش آنها در پروژه‌های خود کنید! آینده جاوا اسکریپت بیش از هر زمان دیگری تغییرناپذیر به نظر می‌رسد.