فدراسیون داده با TypeScript: دستیابی به ایمنی نوع داده توزیع شده

در چشم انداز دیجیتال به طور فزاینده ای متصل امروز، برنامه ها به ندرت یکپارچه هستند. آنها اغلب توزیع شده اند و شامل میکروسرویس های متعدد، API های خارجی و منابع داده هستند که باید به طور یکپارچه ارتباط برقرار کنند. این توزیع، در حالی که چابکی و مقیاس پذیری را ارائه می دهد، چالش های مهمی را به ویژه در مورد سازگاری و یکپارچگی داده ها ایجاد می کند. چگونه اطمینان حاصل کنیم که داده های مبادله شده بین این سیستم های ناهمگن، ساختار و معنای مورد نظر خود را حفظ می کنند، از خطاهای زمان اجرا جلوگیری می کنند و توسعه قوی را تقویت می کنند؟ پاسخ در فدراسیون داده با TypeScript نهفته است، یک الگوی قدرتمند که از قابلیت های تایپ استاتیک TypeScript برای اعمال ایمنی نوع در سراسر مرزهای داده توزیع شده استفاده می کند.

چالش داده توزیع شده

یک پلتفرم تجارت الکترونیک جهانی را تصور کنید. خدمات مختلف احراز هویت کاربر، کاتالوگ محصولات، پردازش سفارش و درگاه های پرداخت را مدیریت می کنند. هر سرویس ممکن است توسط یک تیم متفاوت، احتمالاً با استفاده از زبان ها یا چارچوب های برنامه نویسی مختلف و در سرورهای مختلف یا حتی در محیط های ابری مختلف توسعه یافته باشد. هنگامی که این سرویس ها نیاز به تبادل داده دارند - به عنوان مثال، زمانی که یک سرویس سفارش نیاز به بازیابی جزئیات کاربر از سرویس احراز هویت و اطلاعات محصول از سرویس کاتالوگ دارد - چندین خطر ظاهر می شود:

• عدم تطابق نوع: فیلدی که انتظار می رود یک رشته توسط یک سرویس باشد، ممکن است به عنوان یک عدد توسط دیگری ارسال شود که منجر به رفتار غیر منتظره یا خرابی می شود.
• دریفت اسکیما: با تکامل سرویس ها، طرحواره های داده آنها می توانند به طور مستقل تغییر کنند. بدون مکانیزمی برای ردیابی و اعتبارسنجی این تغییرات، مصرف کنندگان آن داده ممکن است با ساختارهای ناسازگار مواجه شوند.
• عدم سازگاری داده: بدون درک یکپارچه از انواع داده و ساختارها، اطمینان از اینکه داده ها در سراسر سیستم توزیع شده ثابت باقی می مانند، دشوار می شود.
• اصطکاک توسعه دهنده: توسعه دهندگان اغلب زمان قابل توجهی را صرف اشکال زدایی مشکلات ناشی از فرمت های داده غیر منتظره می کنند که باعث کاهش بهره وری و افزایش چرخه های توسعه می شود.

رویکردهای سنتی برای کاهش این مسائل اغلب شامل اعتبارسنجی گسترده زمان اجرا است که به شدت به آزمایش دستی و برنامه نویسی دفاعی متکی است. در حالی که این روش ها ضروری هستند، اغلب برای جلوگیری فعالانه از خطاها در سیستم های توزیع شده پیچیده کافی نیستند.

فدراسیون داده چیست؟

فدراسیون داده یک رویکرد یکپارچه سازی داده است که به برنامه ها اجازه می دهد تا به داده ها از چندین منبع ناهمگن دسترسی داشته باشند و آنها را پرس و جو کنند، انگار که یک پایگاه داده واحد و یکپارچه است. به جای تجمیع فیزیکی داده ها در یک مخزن مرکزی (مانند انبار داده)، فدراسیون داده یک لایه مجازی را ارائه می دهد که از منابع داده زیربنایی انتزاع می کند. این لایه پیچیدگی اتصال، پرس و جو و تبدیل داده ها از مکان ها و فرمت های مختلف را به صورت درخواستی مدیریت می کند.

ویژگی های کلیدی فدراسیون داده عبارتند از:

• مجازی سازی: داده ها در مکان اصلی خود باقی می مانند.
• انتزاع: یک رابط یا زبان پرس و جو واحد برای دسترسی به داده های متنوع استفاده می شود.
• دسترسی درخواستی: داده ها هنگام درخواست بازیابی و پردازش می شوند.
• آگنوستیک منبع: می تواند به پایگاه های داده رابطه ای، فروشگاه های NoSQL، API ها، فایل های تخت و موارد دیگر متصل شود.

در حالی که فدراسیون داده در یکپارچه سازی دسترسی عالی است، ذاتاً مشکل ایمنی نوع را بین لایه فدراسیون و برنامه های مصرف کننده، یا بین سرویس های مختلف که ممکن است در خود فرآیند فدراسیون دخیل باشند، حل نمی کند.

TypeScript به کمک می آید: تایپ استاتیک برای داده های توزیع شده

TypeScript، یک ابرمجموعه از جاوا اسکریپت، تایپ استاتیک را به وب و فراتر از آن می آورد. TypeScript با اجازه دادن به توسعه دهندگان برای تعریف انواع متغیرها، پارامترهای تابع و مقادیر بازگشتی، امکان تشخیص خطاهای مرتبط با نوع را در طول مرحله توسعه، مدت ها قبل از اینکه کد به تولید برسد، فراهم می کند. این یک تغییر دهنده بازی برای سیستم های توزیع شده است.

وقتی تایپ استاتیک TypeScript را با اصول فدراسیون داده ترکیب می کنیم، مکانیسم قدرتمندی را برای ایمنی نوع داده توزیع شده باز می کنیم. این بدان معناست که اطمینان حاصل شود که شکل و انواع داده ها در سراسر شبکه درک و اعتبارسنجی می شوند، از منبع داده از طریق لایه فدراسیون تا برنامه مشتری مصرف کننده.

چگونه TypeScript ایمنی نوع فدراسیون داده را فعال می کند

TypeScript چندین ویژگی کلیدی را ارائه می دهد که در دستیابی به ایمنی نوع در فدراسیون داده مؤثر هستند:

1. تعاریف رابط و نوع

کلمات کلیدی interface و type TypeScript به توسعه دهندگان اجازه می دهد تا به طور صریح ساختار مورد انتظار داده ها را تعریف کنند. هنگام برخورد با داده های فدرال، این تعاریف به عنوان قرارداد عمل می کنند.

مثال:

یک سیستم فدرال را در نظر بگیرید که اطلاعات کاربر را از یک میکروسرویس بازیابی می کند. شی مورد انتظار کاربر ممکن است به صورت زیر تعریف شود:

            
interface User {
  id: string;
  username: string;
  email: string;
  registrationDate: Date;
  isActive: boolean;
}

            

              
                Copy
              
            
          

این رابط User به وضوح مشخص می کند که id، username و email باید رشته باشند، registrationDate یک شی Date باشد و isActive یک بولی باشد. هر سرویس یا منبع داده ای که انتظار می رود یک شی کاربر را برگرداند، باید از این قرارداد پیروی کند.

2. جنریک

جنریک ها به ما این امکان را می دهند که کد قابل استفاده مجددی بنویسیم که می تواند با انواع مختلفی کار کند و در عین حال اطلاعات نوع را حفظ کند. این به ویژه در لایه های فدراسیون داده یا مشتریان API که مجموعه داده ها را مدیریت می کنند یا بر روی ساختارهای داده مختلف عمل می کنند مفید است.

مثال:

یک تابع واکشی داده جنریک را می توان به این صورت تعریف کرد:

            
async function fetchData<T>(url: string): Promise<T> {
  const response = await fetch(url);
  if (!response.ok) {
    throw new Error(`HTTP error! status: ${response.status}`);
  }
  const data: T = await response.json();
  return data;
}

// Usage with the User interface:
async function getUser(userId: string): Promise<User> {
  return fetchData<User>(`/api/users/${userId}`);
}

            

              
                Copy
              
            
          

در اینجا، fetchData<T> تضمین می کند که داده های بازگشتی از نوع T خواهند بود که در مثال getUser به طور صریح User است. اگر API داده هایی را برگرداند که با رابط User مطابقت نداشته باشد، TypeScript آن را در طول کامپایل علامت گذاری می کند.

3. گاردها و ادعاهای نوع

در حالی که تجزیه و تحلیل استاتیک بسیاری از خطاها را می گیرد، گاهی اوقات داده ها از منابع خارجی با قالبی می رسند که کاملاً با انواع دقیق TypeScript ما مطابقت ندارد (به عنوان مثال، از سیستم های قدیمی یا API های JSON با تایپ ضعیف). گاردها و ادعاهای نوع به ما این امکان را می دهند که به طور ایمن انواع را در زمان اجرا محدود کنیم یا ادعا کنیم که نوع خاصی درست است، مشروط بر اینکه اعتبار سنجی خارجی داشته باشیم.

مثال:

یک تابع اعتبارسنجی زمان اجرا می تواند به عنوان گارد نوع استفاده شود:

            
function isUser(data: any): data is User {
  return (
    typeof data === 'object' &&
    data !== null &&
    'id' in data && typeof data.id === 'string' &&
    'username' in data && typeof data.username === 'string' &&
    'email' in data && typeof data.email === 'string' &&
    'registrationDate' in data && typeof data.registrationDate === 'string' && // Assuming ISO string from API
    'isActive' in data && typeof data.isActive === 'boolean'
  );
}

async function fetchAndValidateUser(userId: string): Promise<User> {
  const rawData = await fetchData<any>(`/api/users/${userId}`);
  if (isUser(rawData)) {
    // We can confidently treat rawData as User here, potentially with type casting for dates
    return {
      ...rawData,
      registrationDate: new Date(rawData.registrationDate)
    };
  } else {
    throw new Error('Invalid user data received');
  }
}

            

              
                Copy
              
            
          

4. یکپارچه سازی با زبان های تعریف API

فدراسیون داده مدرن اغلب شامل تعامل با API های تعریف شده با استفاده از زبان هایی مانند OpenAPI (قبلاً Swagger) یا زبان تعریف اسکیما GraphQL (SDL) است. TypeScript از پشتیبانی ابزارهای عالی برای تولید تعاریف نوع از این مشخصات برخوردار است.

• OpenAPI: ابزارهایی مانند openapi-typescript می توانند به طور خودکار رابط ها و انواع TypeScript را مستقیماً از یک مشخصات OpenAPI ایجاد کنند. این تضمین می کند که کد مشتری تولید شده به طور دقیق قرارداد API را منعکس می کند.
• GraphQL: ابزارهایی مانند graphql-codegen می توانند انواع TypeScript را برای پرس و جوها، جهش ها و تعاریف طرحواره موجود ایجاد کنند. این ایمنی نوع سرتاسر را از سرور GraphQL شما به کد TypeScript سمت مشتری شما فراهم می کند.

مثال جهانی: یک شرکت چندملیتی از یک درگاه API مرکزی استفاده می کند که توسط مشخصات OpenAPI اداره می شود. سرویس منطقه ای هر کشور داده های خود را از طریق این درگاه در معرض دید قرار می دهد. توسعه دهندگان در مناطق مختلف می توانند از openapi-typescript برای تولید مشتریان با ایمنی نوع استفاده کنند و از تعامل داده های سازگار بدون توجه به اجرای منطقه ای زیربنایی اطمینان حاصل کنند.

استراتژی هایی برای اجرای ایمنی نوع فدراسیون داده TypeScript

اجرای ایمنی نوع قوی در یک سناریوی فدراسیون داده توزیع شده نیاز به یک رویکرد استراتژیک دارد که اغلب شامل چندین لایه دفاع است:

1. مدیریت طرحواره متمرکز

ایده اصلی: مجموعه ای متعارف از رابط ها و انواع TypeScript را تعریف و نگهداری کنید که موجودیت های داده اصلی شما را در سراسر سازمان نشان می دهد. این تعاریف به منبع واحد حقیقت تبدیل می شوند.

اجرا:

• Monorepo: تعاریف نوع مشترک را در یک monorepo (به عنوان مثال، با استفاده از Lerna یا Yarn workspaces) قرار دهید که همه سرویس ها و برنامه های مشتری می توانند به آن وابسته باشند.
• رجیستری بسته: این انواع مشترک را به عنوان یک بسته npm منتشر کنید و به تیم های مختلف اجازه دهید آنها را به عنوان وابستگی نصب و استفاده کنند.

مزیت: از سازگاری اطمینان حاصل می کند و تکرار را کاهش می دهد. تغییرات در ساختارهای داده اصلی به صورت متمرکز مدیریت می شوند و همه برنامه های وابسته به طور همزمان به روز می شوند.

2. مشتریان API با تایپ قوی

ایده اصلی: مشتریان API را در TypeScript ایجاد یا به صورت دستی بنویسید که کاملاً از رابط ها و انواع تعریف شده API های هدف پیروی می کنند.

اجرا:

• تولید کد: از ابزارهایی استفاده کنید که مشتریان را از مشخصات API (OpenAPI، GraphQL) تولید می کنند.
• توسعه دستی: برای API های سفارشی یا سرویس های داخلی، مشتریان تایپ شده را با استفاده از کتابخانه هایی مانند axios یا fetch داخلی با حاشیه نویسی نوع صریح برای درخواست ها و پاسخ ها ایجاد کنید.

مثال جهانی: یک مؤسسه مالی جهانی از یک API داخلی استاندارد برای داده های مشتری استفاده می کند. هنگامی که یک شعبه منطقه ای جدید نیاز به ادغام دارد، می توانند به طور خودکار یک مشتری TypeScript با ایمنی نوع را برای این API اصلی ایجاد کنند و اطمینان حاصل کنند که به درستی با سوابق مشتری در سراسر مقررات و حوزه های قضایی مالی مختلف تعامل دارند.

3. اعتبارسنجی داده در مرزها

ایده اصلی: در حالی که TypeScript ایمنی زمان کامپایل را فراهم می کند، داده ها همچنان می توانند هنگام عبور از مرزهای شبکه خراب شوند. اعتبارسنجی زمان اجرا را در لبه های سرویس ها و لایه های فدراسیون خود اجرا کنید.

اجرا:

• کتابخانه های اعتبارسنجی اسکیما: از کتابخانه هایی مانند zod، io-ts یا ajv (برای اسکیما JSON) در لایه فدراسیون یا درگاه API خود برای اعتبارسنجی داده های ورودی و خروجی در برابر انواع TypeScript تعریف شده خود استفاده کنید.
• گاردهای نوع: همانطور که در مثال بالا نشان داده شد، گاردهای نوع را برای اعتبارسنجی داده هایی که ممکن است در قالب any یا با تایپ ضعیف دریافت شوند، پیاده سازی کنید.

مزیت: داده های غیر منتظره را در زمان اجرا می گیرد، از انتشار داده های خراب جلوگیری می کند و پیام های خطای واضحی را برای اشکال زدایی ارائه می دهد.

4. GraphQL برای تجمیع داده فدرال

ایده اصلی: GraphQL ذاتاً برای فدراسیون داده مناسب است. رویکرد ابتدا اسکیما و تایپ قوی آن، آن را به یک انتخاب طبیعی برای تعریف و پرس و جو از داده های فدرال تبدیل می کند.

اجرا:

• استیچینگ/فدراسیون اسکیما: ابزارهایی مانند Apollo Federation به شما این امکان را می دهند که یک نمودار API GraphQL واحد را از چندین سرویس GraphQL زیربنایی ایجاد کنید. هر سرویس انواع خود را تعریف می کند و درگاه فدراسیون آنها را ترکیب می کند.
• تولید نوع: از graphql-codegen برای تولید انواع دقیق TypeScript برای اسکیما GraphQL فدرال خود استفاده کنید و از ایمنی نوع برای همه پرس و جوها و نتایج آنها اطمینان حاصل کنید.

مزیت: توسعه دهندگان می توانند دقیقاً داده هایی را که نیاز دارند پرس و جو کنند، واکشی بیش از حد را کاهش می دهند و اسکیما قوی یک قرارداد واضح را برای همه مصرف کنندگان فراهم می کند. یکپارچه سازی TypeScript با GraphQL بالغ و قوی است.

5. حفظ تکامل اسکیما

ایده اصلی: سیستم های توزیع شده پویا هستند. طرحواره ها تغییر خواهند کرد. سیستمی برای مدیریت این تغییرات بدون شکستن یکپارچه سازی های موجود بسیار مهم است.

اجرا:

• نسخه سازی معنایی: نسخه سازی معنایی را برای اسکیماهای API و بسته های نوع مشترک خود اعمال کنید.
• سازگاری با عقب: هر زمان که ممکن است، تغییرات اسکیما را با عقب سازگار کنید (به عنوان مثال، افزودن فیلدهای اختیاری به جای حذف یا تغییر فیلدهای موجود).
• استراتژی های منسوخ سازی: فیلدها یا کل API ها را به طور واضح به عنوان منسوخ شده علامت گذاری کنید و قبل از حذف اطلاع رسانی کافی ارائه دهید.
• بررسی های خودکار: ابزارهای مقایسه اسکیما را در خط لوله CI/CD خود ادغام کنید تا تغییرات مخرب را قبل از استقرار شناسایی کنید.

مثال جهانی: یک ارائه دهنده SaaS جهانی API پروفایل کاربر اصلی خود را توسعه می دهد. آنها از API های نسخه دار استفاده می کنند (به عنوان مثال، `/api/v1/users`، `/api/v2/users`) و تفاوت ها را به وضوح مستند می کنند. انواع TypeScript مشترک آنها نیز از نسخه سازی پیروی می کنند و به برنامه های مشتری اجازه می دهند با سرعت خود مهاجرت کنند.

مزایای ایمنی نوع فدراسیون داده TypeScript

پذیرش TypeScript برای فدراسیون داده مزایای متعددی را برای تیم های توسعه جهانی ارائه می دهد:

• کاهش خطاهای زمان اجرا: گرفتن عدم تطابق نوع و مسائل مربوط به ساختار داده در طول توسعه به طور قابل توجهی احتمال خطاهای زمان اجرا را در تولید کاهش می دهد، به ویژه در سیستم های توزیع شده که خطاها می توانند اثرات آبشاری داشته باشند.
• بهبود بهره وری توسعه دهنده: با تعاریف نوع واضح و پشتیبانی IntelliSense در IDE ها، توسعه دهندگان می توانند کد را سریعتر و با اطمینان بیشتری بنویسند. اشکال زدایی کارآمدتر می شود زیرا کامپایلر بسیاری از مسائل احتمالی را از قبل علامت گذاری می کند.
• بهبود قابلیت نگهداری: کد تایپ شده به خوبی درک، بازسازی و نگهداری آسان تر است. هنگامی که یک توسعه دهنده نیاز به تعامل با یک منبع داده فدرال دارد، تعاریف نوع به وضوح شکل داده مورد انتظار را مستند می کند.
• همکاری بهتر: در تیم های بزرگ، توزیع شده و اغلب توزیع شده جهانی، انواع TypeScript مشترک به عنوان یک زبان و قرارداد مشترک عمل می کنند، سوء تفاهم ها را کاهش می دهند و همکاری یکپارچه بین تیم های مختلف سرویس را تسهیل می کنند.
• حاکمیت داده قوی تر: با اعمال سازگاری نوع در سراسر سیستم های توزیع شده، فدراسیون داده TypeScript به حاکمیت بهتر داده کمک می کند. این تضمین می کند که داده ها بدون توجه به منشاء یا مقصد، از استانداردها و تعاریف از پیش تعریف شده پیروی می کنند.
• افزایش اطمینان در بازسازی: هنگامی که نیاز به بازسازی سرویس ها یا مدل های داده دارید، تجزیه و تحلیل استاتیک TypeScript یک شبکه ایمنی را فراهم می کند و تمام مکان های موجود در پایگاه کد شما را که ممکن است تحت تأثیر تغییر قرار گیرند، برجسته می کند.
• تسهیل سازگاری چند پلتفرمی: چه داده های فدرال شما توسط یک برنامه وب، یک برنامه تلفن همراه یا یک سرویس پشتیبان مصرف شوند، تعاریف نوع سازگار، درک یکنواخت از داده ها را در همه پلتفرم ها تضمین می کند.

قطعه مورد مطالعه: یک پلتفرم تجارت الکترونیک جهانی

یک شرکت تجارت الکترونیک بزرگ را در نظر بگیرید که در چندین کشور فعالیت می کند. آنها میکروسرویس های جداگانه ای برای اطلاعات محصول، موجودی، قیمت گذاری و حساب های کاربری دارند که هر کدام به طور بالقوه توسط یک تیم مهندسی منطقه ای مدیریت می شوند.

• چالش: هنگامی که یک مشتری یک صفحه محصول را مشاهده می کند، رابط کاربری به جمع آوری داده ها از این سرویس ها نیاز دارد: جزئیات محصول (از سرویس محصول)، قیمت زمان واقعی (از سرویس قیمت گذاری، با در نظر گرفتن ارز و مالیات محلی) و توصیه های خاص کاربر (از سرویس توصیه ها). اطمینان از اینکه همه این داده ها به درستی تراز هستند، منبع ثابت اشکالات بود.
• راه حل: این شرکت یک استراتژی فدراسیون داده با استفاده از GraphQL اتخاذ کرد. آنها یک اسکیما GraphQL یکپارچه را تعریف کردند که نمای مشتری از داده های محصول را نشان می دهد. هر میکروسرویس یک API GraphQL را در معرض دید قرار می دهد که با بخشی از اسکیما فدرال مطابقت دارد. آنها از Apollo Federation برای ساخت درگاه استفاده کردند. به طور مهمی، آنها از graphql-codegen برای تولید انواع دقیق TypeScript برای اسکیما فدرال استفاده کردند.
• نتیجه: توسعه دهندگان فرانت اند اکنون پرس و جوهای با ایمنی نوع را در برابر API GraphQL فدرال می نویسند. به عنوان مثال، هنگام واکشی داده های محصول، آنها شیئی را دریافت می کنند که کاملاً با انواع TypeScript تولید شده مطابقت دارد، از جمله کدهای ارز، فرمت های قیمت و وضعیت های در دسترس بودن، که همه در زمان کامپایل اعتبارسنجی می شوند. این به طور چشمگیری اشکالات مربوط به یکپارچه سازی داده را کاهش داد، توسعه ویژگی را تسریع کرد و با اطمینان از نمایش اطلاعات دقیق و محلی شده محصول به طور مداوم در سراسر جهان، تجربه مشتری را بهبود بخشید.

نتیجه گیری

در عصر سیستم های توزیع شده و میکروسرویس ها، حفظ یکپارچگی و سازگاری داده ها از اهمیت بالایی برخوردار است. فدراسیون داده با TypeScript با ادغام قدرت مجازی سازی داده با ایمنی زمان کامپایل TypeScript، یک راه حل قوی و فعال ارائه می دهد. سازمان ها با ایجاد قراردادهای داده واضح از طریق رابط ها، استفاده از جنریک ها، یکپارچه سازی با زبان های تعریف API و استفاده از استراتژی هایی مانند مدیریت طرحواره متمرکز و اعتبارسنجی زمان اجرا، می توانند برنامه های کاربردی قابل اعتمادتر، قابل نگهداری تر و مشترک تری ایجاد کنند.

برای تیم های جهانی، این رویکرد از مرزهای جغرافیایی فراتر می رود و درک مشترکی از داده ها را ارائه می دهد و اصطکاک مرتبط با ارتباطات متقابل سرویس و متقابل تیمی را به میزان قابل توجهی کاهش می دهد. با پیچیده تر و متصل تر شدن معماری برنامه شما، پذیرش TypeScript برای فدراسیون داده فقط بهترین روش نیست. این یک ضرورت برای دستیابی به ایمنی نوع داده واقعی و توزیع شده است.

نکات کلیدی:

• قراردادهای خود را تعریف کنید: از رابط ها و انواع TypeScript به عنوان سنگ بنای ساختارهای داده خود استفاده کنید.
• در صورت امکان خودکار کنید: از تولید کد از مشخصات API (OpenAPI، GraphQL) استفاده کنید.
• در مرزها اعتبارسنجی کنید: تایپ استاتیک را با اعتبارسنجی زمان اجرا ترکیب کنید.
• انواع مشترک را متمرکز کنید: از monorepos یا بسته های npm برای تعاریف مشترک استفاده کنید.
• از GraphQL استفاده کنید: برای رویکرد ابتدا اسکیما و ایمن نوع آن به فدراسیون.
• برای تکامل برنامه ریزی کنید: تغییرات اسکیما را به طور عمدی و با نسخه سازی واضح مدیریت کنید.

با سرمایه گذاری در فدراسیون داده TypeScript، شما در سلامت و موفقیت بلندمدت برنامه های توزیع شده خود سرمایه گذاری می کنید و به توسعه دهندگان در سراسر جهان قدرت می دهید تا با اطمینان بسازند.