Brand Nominal TypeScript: Definisi Tipe Opak untuk Keamanan Tipe yang Ditingkatkan

TypeScript, meskipun menawarkan pengetikan statis, utamanya menggunakan pengetikan struktural. Ini berarti tipe dianggap kompatibel jika memiliki bentuk yang sama, terlepas dari nama yang dideklarasikan. Meskipun fleksibel, hal ini terkadang dapat menyebabkan substitusi tipe yang tidak disengaja dan mengurangi keamanan tipe. Brand nominal, juga dikenal sebagai definisi tipe opak, menawarkan cara untuk mencapai sistem tipe yang lebih kuat, lebih dekat dengan pengetikan nominal, di dalam TypeScript. Pendekatan ini menggunakan teknik cerdas untuk membuat tipe berperilaku seolah-olah mereka memiliki nama yang unik, mencegah kekeliruan yang tidak disengaja dan memastikan kebenaran kode.

Memahami Pengetikan Struktural vs. Nominal

Sebelum mendalami brand nominal, sangat penting untuk memahami perbedaan antara pengetikan struktural dan nominal.

Pengetikan Struktural

Dalam pengetikan struktural, dua tipe dianggap kompatibel jika memiliki struktur yang sama (yaitu, properti yang sama dengan tipe yang sama). Pertimbangkan contoh TypeScript ini:

interface Kilogram { value: number; }
interface Gram { value: number; }

const kg: Kilogram = { value: 10 };
const g: Gram = { value: 10000 };

// TypeScript mengizinkan ini karena kedua tipe memiliki struktur yang sama
const kg2: Kilogram = g;

console.log(kg2);

Meskipun `Kilogram` dan `Gram` mewakili unit pengukuran yang berbeda, TypeScript mengizinkan penugasan objek `Gram` ke variabel `Kilogram` karena keduanya memiliki properti `value` dengan tipe `number`. Hal ini dapat menyebabkan kesalahan logis dalam kode Anda.

Pengetikan Nominal

Sebaliknya, pengetikan nominal menganggap dua tipe kompatibel hanya jika mereka memiliki nama yang sama atau jika satu secara eksplisit diturunkan dari yang lain. Bahasa seperti Java dan C# utamanya menggunakan pengetikan nominal. Jika TypeScript menggunakan pengetikan nominal, contoh di atas akan menghasilkan kesalahan tipe.

Kebutuhan Brand Nominal di TypeScript

Pengetikan struktural TypeScript pada umumnya bermanfaat karena fleksibilitas dan kemudahan penggunaannya. Namun, ada situasi di mana Anda memerlukan pemeriksaan tipe yang lebih ketat untuk mencegah kesalahan logis. Brand nominal menyediakan solusi untuk mencapai pemeriksaan yang lebih ketat ini tanpa mengorbankan manfaat TypeScript.

Pertimbangkan skenario-skenario berikut:

• Penanganan Mata Uang: Membedakan antara jumlah `USD` dan `EUR` untuk mencegah pencampuran mata uang yang tidak disengaja.
• ID Database: Memastikan bahwa `UserID` tidak secara tidak sengaja digunakan di tempat yang seharusnya `ProductID`.
• Unit Pengukuran: Membedakan antara `Meter` dan `Kaki` untuk menghindari perhitungan yang salah.
• Data Aman: Membedakan antara `Password` teks biasa dan `PasswordHash` yang sudah di-hash untuk mencegah pengungkapan informasi sensitif secara tidak sengaja.

Dalam setiap kasus ini, pengetikan struktural dapat menyebabkan kesalahan karena representasi dasarnya (misalnya, angka atau string) sama untuk kedua tipe. Brand nominal membantu Anda menegakkan keamanan tipe dengan membuat tipe-tipe ini berbeda.

Mengimplementasikan Brand Nominal di TypeScript

Ada beberapa cara untuk mengimplementasikan brand nominal di TypeScript. Kita akan menjelajahi teknik yang umum dan efektif menggunakan irisan dan simbol unik.

Menggunakan Irisan dan Simbol Unik

Teknik ini melibatkan pembuatan simbol unik dan mengirisnya dengan tipe dasar. Simbol unik bertindak sebagai "brand" yang membedakan tipe tersebut dari tipe lain dengan struktur yang sama.

// Definisikan simbol unik untuk brand Kilogram
const kilogramBrand: unique symbol = Symbol();

// Definisikan tipe Kilogram yang di-brand dengan simbol unik
type Kilogram = number & { readonly [kilogramBrand]: true };

// Definisikan simbol unik untuk brand Gram
const gramBrand: unique symbol = Symbol();

// Definisikan tipe Gram yang di-brand dengan simbol unik
type Gram = number & { readonly [gramBrand]: true };

// Fungsi pembantu untuk membuat nilai Kilogram
const Kilogram = (value: number) => value as Kilogram;

// Fungsi pembantu untuk membuat nilai Gram
const Gram = (value: number) => value as Gram;

const kg: Kilogram = Kilogram(10);
const g: Gram = Gram(10000);

// Ini sekarang akan menyebabkan kesalahan TypeScript
// const kg2: Kilogram = g; // Tipe 'Gram' tidak dapat ditugaskan ke tipe 'Kilogram'.

console.log(kg, g);

Penjelasan:

• Kita mendefinisikan simbol unik menggunakan `Symbol()`. Setiap panggilan ke `Symbol()` menciptakan nilai unik, memastikan bahwa brand kita berbeda.
• Kita mendefinisikan tipe `Kilogram` dan `Gram` sebagai irisan dari `number` dan sebuah objek yang berisi simbol unik sebagai kunci dengan nilai `true`. Pengubah `readonly` memastikan bahwa brand tidak dapat dimodifikasi setelah dibuat.
• Kita menggunakan fungsi pembantu (`Kilogram` dan `Gram`) dengan asersi tipe (`as Kilogram` dan `as Gram`) untuk membuat nilai dari tipe yang di-brand. Ini diperlukan karena TypeScript tidak dapat secara otomatis menyimpulkan tipe yang di-brand.

Sekarang, TypeScript dengan benar menandai kesalahan ketika Anda mencoba menugaskan nilai `Gram` ke variabel `Kilogram`. Ini menegakkan keamanan tipe dan mencegah kekeliruan yang tidak disengaja.

Branding Generik untuk Ketergunaan Ulang

Untuk menghindari pengulangan pola branding untuk setiap tipe, Anda dapat membuat tipe pembantu generik:

type Brand = K & { readonly __brand: unique symbol; };

// Definisikan Kilogram menggunakan tipe Brand generik
type Kilogram = Brand;

// Definisikan Gram menggunakan tipe Brand generik
type Gram = Brand;

// Fungsi pembantu untuk membuat nilai Kilogram
const Kilogram = (value: number) => value as Kilogram;

// Fungsi pembantu untuk membuat nilai Gram
const Gram = (value: number) => value as Gram;

const kg: Kilogram = Kilogram(10);
const g: Gram = Gram(10000);

// Ini tetap akan menyebabkan kesalahan TypeScript
// const kg2: Kilogram = g; // Tipe 'Gram' tidak dapat ditugaskan ke tipe 'Kilogram'.

console.log(kg, g);

Pendekatan ini menyederhanakan sintaksis dan membuatnya lebih mudah untuk mendefinisikan tipe yang di-brand secara konsisten.

Kasus Penggunaan Lanjutan dan Pertimbangan

Memberi Brand pada Objek

Brand nominal juga dapat diterapkan pada tipe objek, tidak hanya tipe primitif seperti angka atau string.

interface User {
  id: number;
  name: string;
}

const UserIDBrand: unique symbol = Symbol();
type UserID = number & { readonly [UserIDBrand]: true };

interface Product {
  id: number;
  name: string;
}

const ProductIDBrand: unique symbol = Symbol();
type ProductID = number & { readonly [ProductIDBrand]: true };

// Fungsi yang mengharapkan UserID
function getUser(id: UserID): User {
  // ... implementasi untuk mengambil pengguna berdasarkan ID
  return {id: id, name: "Example User"};
}

const userID = 123 as UserID;
const productID = 456 as ProductID;

const user = getUser(userID);

// Ini akan menyebabkan kesalahan jika tidak dikomentari
// const user2 = getUser(productID); // Argumen tipe 'ProductID' tidak dapat ditugaskan ke parameter tipe 'UserID'.

console.log(user);

Ini mencegah secara tidak sengaja meneruskan `ProductID` di tempat yang mengharapkan `UserID`, meskipun keduanya pada akhirnya direpresentasikan sebagai angka.

Bekerja dengan Pustaka dan Tipe Eksternal

Saat bekerja dengan pustaka eksternal atau API yang tidak menyediakan tipe yang di-brand, Anda dapat menggunakan asersi tipe untuk membuat tipe yang di-brand dari nilai yang ada. Namun, berhati-hatilah saat melakukan ini, karena Anda pada dasarnya menegaskan bahwa nilai tersebut sesuai dengan tipe yang di-brand, dan Anda perlu memastikan bahwa ini memang benar-benar terjadi.

// Asumsikan Anda menerima angka dari API yang merepresentasikan UserID
const rawUserID = 789; // Angka dari sumber eksternal

// Buat UserID yang di-brand dari angka mentah
const userIDFromAPI = rawUserID as UserID;

Pertimbangan Runtime

Penting untuk diingat bahwa brand nominal di TypeScript murni merupakan konstruksi waktu kompilasi. Brand (simbol unik) dihapus selama kompilasi, sehingga tidak ada overhead runtime. Namun, ini juga berarti Anda tidak dapat mengandalkan brand untuk pemeriksaan tipe saat runtime. Jika Anda memerlukan pemeriksaan tipe saat runtime, Anda perlu mengimplementasikan mekanisme tambahan, seperti pelindung tipe kustom.

Pelindung Tipe untuk Validasi Runtime

Untuk melakukan validasi runtime dari tipe yang di-brand, Anda dapat membuat pelindung tipe kustom:

function isKilogram(value: number): value is Kilogram {
  // Dalam skenario dunia nyata, Anda mungkin menambahkan pemeriksaan tambahan di sini,
  // seperti memastikan nilainya berada dalam rentang yang valid untuk kilogram.
  return typeof value === 'number';
}

const someValue: any = 15;

if (isKilogram(someValue)) {
  const kg: Kilogram = someValue;
  console.log("Value is a Kilogram:", kg);
} else {
  console.log("Value is not a Kilogram");
}

Ini memungkinkan Anda untuk dengan aman mempersempit tipe suatu nilai saat runtime, memastikan bahwa nilai tersebut sesuai dengan tipe yang di-brand sebelum menggunakannya.

Manfaat Brand Nominal

• Keamanan Tipe yang Ditingkatkan: Mencegah substitusi tipe yang tidak disengaja dan mengurangi risiko kesalahan logis.
• Keterbacaan Kode yang Lebih Baik: Membuat kode lebih mudah dibaca dan dipahami dengan secara eksplisit membedakan antara tipe-tipe yang berbeda dengan representasi dasar yang sama.
• Waktu Debugging yang Berkurang: Menangkap kesalahan terkait tipe pada waktu kompilasi, menghemat waktu dan tenaga selama proses debug.
• Kepercayaan Diri pada Kode yang Meningkat: Memberikan kepercayaan yang lebih besar pada kebenaran kode Anda dengan memberlakukan batasan tipe yang lebih ketat.

Keterbatasan Brand Nominal

• Hanya Waktu Kompilasi: Brand dihapus selama kompilasi, sehingga tidak menyediakan pemeriksaan tipe saat runtime.
• Memerlukan Asersi Tipe: Membuat tipe yang di-brand seringkali memerlukan asersi tipe, yang berpotensi melewati pemeriksaan tipe jika digunakan secara tidak benar.
• Boilerplate yang Meningkat: Mendefinisikan dan menggunakan tipe yang di-brand dapat menambahkan beberapa boilerplate ke kode Anda, meskipun ini dapat dikurangi dengan tipe pembantu generik.

Praktik Terbaik Menggunakan Brand Nominal

• Gunakan Branding Generik: Buat tipe pembantu generik untuk mengurangi boilerplate dan memastikan konsistensi.
• Gunakan Pelindung Tipe: Implementasikan pelindung tipe kustom untuk validasi runtime bila diperlukan.
• Terapkan Brand dengan Bijaksana: Jangan terlalu sering menggunakan brand nominal. Terapkan hanya ketika Anda perlu memberlakukan pemeriksaan tipe yang lebih ketat untuk mencegah kesalahan logis.
• Dokumentasikan Brand dengan Jelas: Dokumentasikan dengan jelas tujuan dan penggunaan setiap tipe yang di-brand.
• Pertimbangkan Performa: Meskipun biaya runtime minimal, waktu kompilasi dapat meningkat dengan penggunaan yang berlebihan. Lakukan profil dan optimalkan jika diperlukan.

Contoh di Berbagai Industri dan Aplikasi

Brand nominal menemukan aplikasi di berbagai domain:

• Sistem Keuangan: Membedakan antara mata uang yang berbeda (USD, EUR, GBP) dan jenis akun (Tabungan, Giro) untuk mencegah transaksi dan perhitungan yang salah. Misalnya, aplikasi perbankan mungkin menggunakan tipe nominal untuk memastikan bahwa perhitungan bunga hanya dilakukan pada rekening tabungan dan bahwa konversi mata uang diterapkan dengan benar saat mentransfer dana antar rekening dalam mata uang yang berbeda.
• Platform E-commerce: Membedakan antara ID produk, ID pelanggan, dan ID pesanan untuk menghindari korupsi data dan kerentanan keamanan. Bayangkan secara tidak sengaja menugaskan informasi kartu kredit pelanggan ke suatu produk – tipe nominal dapat membantu mencegah kesalahan fatal semacam itu.
• Aplikasi Kesehatan: Memisahkan ID pasien, ID dokter, dan ID janji temu untuk memastikan asosiasi data yang benar dan mencegah pencampuran catatan pasien secara tidak sengaja. Ini sangat penting untuk menjaga privasi pasien dan integritas data.
• Manajemen Rantai Pasokan: Membedakan antara ID gudang, ID pengiriman, dan ID produk untuk melacak barang secara akurat dan mencegah kesalahan logistik. Misalnya, memastikan bahwa pengiriman dikirim ke gudang yang benar dan bahwa produk dalam pengiriman sesuai dengan pesanan.
• Sistem IoT (Internet of Things): Membedakan antara ID sensor, ID perangkat, dan ID pengguna untuk memastikan pengumpulan dan kontrol data yang tepat. Ini sangat penting dalam skenario di mana keamanan dan keandalan adalah yang terpenting, seperti dalam otomasi rumah pintar atau sistem kontrol industri.
• Permainan: Membedakan antara ID senjata, ID karakter, dan ID item untuk meningkatkan logika permainan dan mencegah eksploitasi. Kesalahan sederhana dapat memungkinkan seorang pemain untuk melengkapi item yang hanya ditujukan untuk NPC, mengganggu keseimbangan permainan.

Alternatif untuk Brand Nominal

Meskipun brand nominal adalah teknik yang kuat, pendekatan lain dapat mencapai hasil serupa dalam situasi tertentu:

• Kelas: Menggunakan kelas dengan properti privat dapat memberikan tingkat pengetikan nominal, karena instance dari kelas yang berbeda secara inheren berbeda. Namun, pendekatan ini bisa lebih bertele-tele daripada brand nominal dan mungkin tidak cocok untuk semua kasus.
• Enum: Menggunakan enum TypeScript memberikan tingkat pengetikan nominal saat runtime untuk sekumpulan nilai yang spesifik dan terbatas.
• Tipe Literal: Menggunakan tipe literal string atau angka dapat membatasi nilai yang mungkin dari suatu variabel, tetapi pendekatan ini tidak memberikan tingkat keamanan tipe yang sama seperti brand nominal.
• Pustaka Eksternal: Pustaka seperti `io-ts` menawarkan kemampuan pemeriksaan dan validasi tipe saat runtime, yang dapat digunakan untuk menegakkan batasan tipe yang lebih ketat. Namun, pustaka ini menambahkan dependensi runtime dan mungkin tidak diperlukan untuk semua kasus.

Kesimpulan

Brand nominal TypeScript menyediakan cara yang kuat untuk meningkatkan keamanan tipe dan mencegah kesalahan logis dengan membuat definisi tipe opak. Meskipun ini bukan pengganti untuk pengetikan nominal sejati, ini menawarkan solusi praktis yang dapat secara signifikan meningkatkan kekokohan dan kemudahan pemeliharaan kode TypeScript Anda. Dengan memahami prinsip-prinsip brand nominal dan menerapkannya dengan bijaksana, Anda dapat menulis aplikasi yang lebih andal dan bebas dari kesalahan.

Ingatlah untuk mempertimbangkan pertukaran antara keamanan tipe, kompleksitas kode, dan overhead runtime saat memutuskan apakah akan menggunakan brand nominal dalam proyek Anda.

Dengan menerapkan praktik terbaik dan mempertimbangkan alternatif dengan cermat, Anda dapat memanfaatkan brand nominal untuk menulis kode TypeScript yang lebih bersih, lebih mudah dipelihara, dan lebih kokoh. Rangkullah kekuatan keamanan tipe, dan bangunlah perangkat lunak yang lebih baik!