JavaScript dekoratoriai, metaduomenys ir refleksija: metaduomenų prieiga vykdymo metu išplėstiniam funkcionalumui

„JavaScript“, peraugęs pradinį scenarijų vaidmenį, dabar yra sudėtingų žiniatinklio programų ir serverio aplinkų pagrindas. Ši evoliucija reikalauja pažangių programavimo metodų, siekiant valdyti sudėtingumą, pagerinti palaikomumą ir skatinti kodo pakartotinį naudojimą. Dekoratoriai, 2 etapo „ECMAScript“ pasiūlymas, kartu su metaduomenų refleksija, siūlo galingą mechanizmą šiems tikslams pasiekti, įgalinant metaduomenų prieigą vykdymo metu ir aspektinio programavimo (AOP) paradigmas.

Dekoratorių supratimas

Dekoratoriai yra sintaksinio cukraus forma, kuri suteikia glaustą ir deklaratyvų būdą modifikuoti arba išplėsti klasių, metodų, savybių ar parametrų elgesį. Tai yra funkcijos, kurios priešdėlyje turi simbolį @ ir yra iškart prieš elementą, kurį jos dekoruoja. Tai leidžia pridėti skersinių aspektų, tokių kaip registravimas, patvirtinimas ar autorizavimas, tiesiogiai nemodifikuojant dekoruotų elementų pagrindinės logikos.

Apsvarstykite paprastą pavyzdį. Įsivaizduokite, kad jums reikia registruoti kiekvieną kartą, kai iškviečiamas konkretus metodas. Be dekoratorių, jums reikėtų rankiniu būdu pridėti registravimo logiką prie kiekvieno metodo. Naudodami dekoratorius, galite sukurti @log dekoratorių ir pritaikyti jį metodams, kuriuos norite registruoti. Šis metodas leidžia išlaikyti registravimo logiką atskirą nuo pagrindinės metodo logikos, pagerinant kodo skaitomumą ir palaikomumą.

Dekoratorių tipai

Yra keturi dekoratorių tipai „JavaScript“ kalboje, kiekvienas tarnauja skirtingam tikslui:

• Klasės dekoratoriai: Šie dekoratoriai modifikuoja klasės konstruktorių. Jie gali būti naudojami naujoms savybėms, metodams pridėti arba esamiems modifikuoti.
• Metodo dekoratoriai: Šie dekoratoriai modifikuoja metodo elgesį. Jie gali būti naudojami registravimo, patvirtinimo ar autorizavimo logikai pridėti prieš arba po metodo vykdymo.
• Savybės dekoratoriai: Šie dekoratoriai modifikuoja savybės aprašą. Jie gali būti naudojami duomenų susiejimui, patvirtinimui ar tingiam inicializavimui.
• Parametrų dekoratoriai: Šie dekoratoriai teikia metaduomenis apie metodo parametrus. Jie gali būti naudojami priklausomybių injekcijai ar patvirtinimo logikai, pagrįstai parametrų tipais ar reikšmėmis.

Pagrindinė dekoratoriaus sintaksė

Dekoratorius yra funkcija, kuri priima vieną, du arba tris argumentus, priklausomai nuo dekoruojamo elemento tipo:

• Klasės dekoratorius: Priima klasės konstruktorių kaip argumentą.
• Metodo dekoratorius: Priima tris argumentus: tikslinį objektą (arba konstruktoriaus funkciją statiniam nariui, arba klasės prototipą egzemplioriaus nariui), nario pavadinimą ir nario savybės aprašą.
• Savybės dekoratorius: Priima du argumentus: tikslinį objektą ir savybės pavadinimą.
• Parametro dekoratorius: Priima tris argumentus: tikslinį objektą, metodo pavadinimą ir parametro indeksą metodo parametrų sąraše.

Štai paprasto klasės dekoratoriaus pavyzdys:

function sealed(constructor: Function) {
  Object.seal(constructor);
  Object.seal(constructor.prototype);
}

@sealed
class Greeter {
  greeting: string;
  constructor(message: string) {
    this.greeting = message;
  }
  greet() {
    return "Hello, " + this.greeting;
  }
}

Šiame pavyzdyje @sealed dekoratorius yra pritaikytas Greeter klasei. Funkcija sealed užšaldo tiek konstruktorių, tiek jo prototipą, užkertant kelią tolesnėms modifikacijoms. Tai gali būti naudinga siekiant užtikrinti tam tikrų klasių nekintamumą.

Metaduomenų refleksijos galia

Metaduomenų refleksija suteikia galimybę pasiekti metaduomenis, susijusius su klasėmis, metodais, savybėmis ir parametrais vykdymo metu. Tai įgalina galingas galimybes, tokias kaip priklausomybių injekcija, serializavimas ir patvirtinimas. „JavaScript“ savaime nepalaiko refleksijos taip, kaip tai daro tokios kalbos kaip „Java“ ar „C#“. Tačiau bibliotekos, tokios kaip reflect-metadata, suteikia šį funkcionalumą.

Biblioteka reflect-metadata, sukurta Ron Buckton, leidžia jums pridėti metaduomenis prie klasių ir jų narių naudojant dekoratorius ir tada gauti šiuos metaduomenis vykdymo metu. Tai leidžia jums kurti lankstesnes ir konfigūruojamas programas.

Bibliotekos „reflect-metadata“ diegimas ir importavimas

Norėdami naudoti reflect-metadata, pirmiausia turite ją įdiegti naudodami „npm“ arba „yarn“:

npm install reflect-metadata --save

Arba naudodami „yarn“:

yarn add reflect-metadata

Tada turite ją importuoti į savo projektą. „TypeScript“ kalboje galite pridėti šią eilutę savo pagrindinio failo viršuje (pvz., index.ts arba app.ts):

import 'reflect-metadata';

Ši importavimo išraiška yra labai svarbi, nes ji polyfill'ina reikalingas Reflect API, kurias naudoja dekoratoriai ir metaduomenų refleksija. Jei pamiršite šį importavimą, jūsų kodas gali neveikti tinkamai ir greičiausiai susidursite su vykdymo klaidomis.

Metaduomenų priskyrimas naudojant dekoratorius

Biblioteka reflect-metadata teikia funkciją Reflect.defineMetadata, skirtą metaduomenims pridėti prie objektų. Tačiau dažniau ir patogiau naudoti dekoratorius metaduomenims apibrėžti. Dekoratoriaus gamykla Reflect.metadata suteikia glaustą būdą apibrėžti metaduomenis naudojant dekoratorius.

Štai pavyzdys:

import 'reflect-metadata';

const formatMetadataKey = Symbol("format");

function format(formatString: string) {
  return Reflect.metadata(formatMetadataKey, formatString);
}

function getFormat(target: any, propertyKey: string) {
  return Reflect.getMetadata(formatMetadataKey, target, propertyKey);
}

class Example {
  @format("Hello, %s")
  greeting: string = "World";

  greet() {
    let formatString = getFormat(this, "greeting");
    return formatString.replace("%s", this.greeting);
  }
}

let example = new Example();
console.log(example.greet()); // Output: Hello, World

Šiame pavyzdyje @format dekoratorius naudojamas formatavimo eilutei "Hello, %s" susieti su Example klasės savybe greeting. Funkcija getFormat naudoja Reflect.getMetadata, kad gautų šiuos metaduomenis vykdymo metu. Tada metodas greet naudoja šiuos metaduomenis, kad suformatuotų pasveikinimo žinutę.

Reflect Metadata API

Biblioteka reflect-metadata teikia kelias funkcijas darbui su metaduomenimis:

• Reflect.defineMetadata(metadataKey, metadataValue, target, propertyKey?): Priskiria metaduomenis objektui ar savybei.
• Reflect.getMetadata(metadataKey, target, propertyKey?): Nuskaito metaduomenis iš objekto ar savybės.
• Reflect.hasMetadata(metadataKey, target, propertyKey?): Patikrina, ar objekte ar savybėje yra metaduomenų.
• Reflect.deleteMetadata(metadataKey, target, propertyKey?): Ištrina metaduomenis iš objekto ar savybės.
• Reflect.getMetadataKeys(target, propertyKey?): Grąžina visų metaduomenų raktų, apibrėžtų objekte ar savybėje, masyvą.
• Reflect.getOwnMetadataKeys(target, propertyKey?): Grąžina visų metaduomenų raktų, tiesiogiai apibrėžtų objekte ar savybėje (išskyrus paveldėtus metaduomenis), masyvą.

Naudojimo atvejai ir praktiniai pavyzdžiai

Dekoratoriai ir metaduomenų refleksija turi daugybę pritaikymų šiuolaikinėje „JavaScript“ kūrimo aplinkoje. Štai keletas pavyzdžių:

Priklausomybių injekcija

Priklausomybių injekcija (DI) yra dizaino šablonas, skatinantis laisvą komponentų susiejimą, teikiant priklausomybes klasei, užuot leidus klasei jas pačiai kurti. Dekoratoriai ir metaduomenų refleksija gali būti naudojami DI konteineriams įdiegti „JavaScript“.

Apsvarstykite scenarijų, kai turite UserService, kuris priklauso nuo UserRepository. Galite naudoti dekoratorius priklausomybėms nurodyti ir DI konteinerį, kad jas išspręstumėte vykdymo metu.

import 'reflect-metadata';

const Injectable = (): ClassDecorator => {
  return (target: any) => {
    Reflect.defineMetadata('design:paramtypes', [], target);
  };
};

const Inject = (token: any): ParameterDecorator => {
  return (target: any, propertyKey: string | symbol, parameterIndex: number) => {
    let existingParameters: any[] = Reflect.getOwnMetadata('design:paramtypes', target, propertyKey) || [];
    existingParameters[parameterIndex] = token;
    Reflect.defineMetadata('design:paramtypes', existingParameters, target, propertyKey);
  };
};

class UserRepository {
  getUsers() {
    return ['user1', 'user2'];
  }
}

@Injectable()
class UserService {
  private userRepository: UserRepository;

  constructor(@Inject(UserRepository) userRepository: UserRepository) {
    this.userRepository = userRepository;
  }

  getUsers() {
    return this.userRepository.getUsers();
  }
}

// Simple DI Container
class Container {
  private static dependencies = new Map();

  static register(key: any, concrete: { new(...args: any[]): T }): void {
    Container.dependencies.set(key, concrete);
  }

  static resolve(key: any): T {
    const concrete = Container.dependencies.get(key);
    if (!concrete) {
      throw new Error(`No binding found for ${key}`);
    }

    const paramtypes = Reflect.getMetadata('design:paramtypes', concrete) || [];
    const dependencies = paramtypes.map((param: any) => Container.resolve(param));
    return new concrete(...dependencies);
  }
}

// Register Dependencies
Container.register(UserRepository, UserRepository);
Container.register(UserService, UserService);

// Resolve UserService
const userService = Container.resolve(UserService);

console.log(userService.getUsers()); // Output: ['user1', 'user2']

Šiame pavyzdyje @Injectable dekoratorius žymi klases, kurios gali būti įterpiamos, o @Inject dekoratorius nurodo konstruktoriaus priklausomybes. Klasė Container veikia kaip paprastas DI konteineris, sprendžiantis priklausomybes, pagrįstas dekoratorių apibrėžtais metaduomenimis.

Serializavimas ir deserializavimas

Dekoratoriai ir metaduomenų refleksija gali būti naudojami objektų serializavimo ir deserializavimo proceso pritaikymui. Tai gali būti naudinga objektų atvaizdavimui į skirtingus duomenų formatus, tokius kaip JSON ar XML, arba duomenų patvirtinimui prieš deserializavimą.

Apsvarstykite scenarijų, kai norite serializuoti klasę į JSON, bet norite atmesti tam tikras savybes arba jas pervadinti. Galite naudoti dekoratorius serializavimo taisyklėms nurodyti, o tada naudoti metaduomenis serializavimui atlikti.

import 'reflect-metadata';

const Exclude = (): PropertyDecorator => {
  return (target: any, propertyKey: string | symbol) => {
    Reflect.defineMetadata('serialize:exclude', true, target, propertyKey);
  };
};

const Rename = (newName: string): PropertyDecorator => {
  return (target: any, propertyKey: string | symbol) => {
    Reflect.defineMetadata('serialize:rename', newName, target, propertyKey);
  };
};

class User {
  @Exclude()
  id: number;

  @Rename('fullName')
  name: string;

  email: string;

  constructor(id: number, name: string, email: string) {
    this.id = id;
    this.name = name;
    this.email = email;
  }
}

function serialize(obj: any): string {
  const serialized: any = {};
  for (const key in obj) {
    if (obj.hasOwnProperty(key)) {
      const exclude = Reflect.getMetadata('serialize:exclude', obj, key);
      if (exclude) {
        continue;
      }
      const rename = Reflect.getMetadata('serialize:rename', obj, key);
      const newKey = rename || key;
      serialized[newKey] = obj[key];
    }
  }
  return JSON.stringify(serialized);
}

const user = new User(1, 'John Doe', 'john.doe@example.com');
const serializedUser = serialize(user);
console.log(serializedUser); // Output: {"fullName":"John Doe","email":"john.doe@example.com"}

Šiame pavyzdyje @Exclude dekoratorius žymi savybę id kaip neįtraukiamą į serializavimą, o @Rename dekoratorius pervadina savybę name į fullName. Funkcija serialize naudoja metaduomenis serializavimui atlikti pagal apibrėžtas taisykles.

Patvirtinimas

Dekoratoriai ir metaduomenų refleksija gali būti naudojami įdiegti patvirtinimo logiką klasėms ir savybėms. Tai gali būti naudinga siekiant užtikrinti, kad duomenys atitiktų tam tikrus kriterijus prieš juos apdorojant ar saugant.

Apsvarstykite scenarijų, kai norite patvirtinti, kad savybė nėra tuščia arba kad ji atitinka konkrečią reguliariąją išraišką. Galite naudoti dekoratorius patvirtinimo taisyklėms nurodyti, o tada naudoti metaduomenis patvirtinimui atlikti.

import 'reflect-metadata';

const Required = (): PropertyDecorator => {
  return (target: any, propertyKey: string | symbol) => {
    Reflect.defineMetadata('validate:required', true, target, propertyKey);
  };
};

const Pattern = (regex: RegExp): PropertyDecorator => {
  return (target: any, propertyKey: string | symbol) => {
    Reflect.defineMetadata('validate:pattern', regex, target, propertyKey);
  };
};

class Product {
  @Required()
  name: string;

  @Pattern(/^\d+$/)
  price: string;

  constructor(name: string, price: string) {
    this.name = name;
    this.price = price;
  }
}

function validate(obj: any): string[] {
  const errors: string[] = [];
  for (const key in obj) {
    if (obj.hasOwnProperty(key)) {
      const required = Reflect.getMetadata('validate:required', obj, key);
      if (required && !obj[key]) {
        errors.push(`${key} is required`);
      }
      const pattern = Reflect.getMetadata('validate:pattern', obj, key);
      if (pattern && !pattern.test(obj[key])) {
        errors.push(`${key} must match ${pattern}`);
      }
    }
  }
  return errors;
}

const product = new Product('', 'abc');
const errors = validate(product);
console.log(errors); // Output: ["name is required", "price must match /^\d+$/"]

Šiame pavyzdyje @Required dekoratorius žymi savybę name kaip privalomą, o @Pattern dekoratorius nurodo reguliariąją išraišką, kurią savybė price turi atitikti. Funkcija validate naudoja metaduomenis patvirtinimui atlikti ir grąžina klaidų masyvą.

AOP (Aspektinis programavimas)

AOP yra programavimo paradigma, kuria siekiama padidinti moduliškumą, leidžiant atskirti skersinius aspektus. Dekoratoriai natūraliai tinka AOP scenarijams. Pavyzdžiui, registravimas, auditas ir saugumo patikrinimai gali būti įgyvendinami kaip dekoratoriai ir taikomi metodams, nekeičiant pagrindinės metodo logikos.

Pavyzdys: įgyvendinkite registravimo aspektą naudodami dekoratorius.

import 'reflect-metadata';

function LogMethod(target: any, propertyKey: string, descriptor: PropertyDescriptor) {
  const originalMethod = descriptor.value;

  descriptor.value = function (...args: any[]) {
    console.log(`Entering method: ${propertyKey} with arguments: ${JSON.stringify(args)}`);
    const result = originalMethod.apply(this, args);
    console.log(`Exiting method: ${propertyKey} with result: ${result}`);
    return result;
  };

  return descriptor;
}

class Calculator {
  @LogMethod
  add(a: number, b: number): number {
    return a + b;
  }

  @LogMethod
  subtract(a: number, b: number): number {
    return a - b;
  }
}

const calculator = new Calculator();
calculator.add(5, 3);
calculator.subtract(10, 2);

// Output:
// Entering method: add with arguments: [5,3]
// Exiting method: add with result: 8
// Entering method: subtract with arguments: [10,2]
// Exiting method: subtract with result: 8

Šis kodas registruos įėjimo ir išėjimo taškus add ir subtract metodams, efektyviai atskirdamas registravimo aspektą nuo pagrindinio skaičiuoklės funkcionalumo.

Dekoratorių ir metaduomenų refleksijos naudojimo pranašumai

Dekoratorių ir metaduomenų refleksijos naudojimas „JavaScript“ teikia keletą pranašumų:

• Pagerintas kodo skaitomumas: Dekoratoriai suteikia glaustą ir deklaratyvų būdą modifikuoti arba išplėsti klasių ir jų narių elgesį, todėl kodas tampa lengviau skaitomas ir suprantamas.
• Padidintas moduliškumas: Dekoratoriai skatina atskirti rūpesčius, leidžiant izoliuoti skersinius aspektus ir išvengti kodo dubliavimo.
• Patobulintas palaikomumas: Atskyrus rūpesčius ir sumažinus kodo dubliavimą, dekoratoriai palengvina kodo palaikymą ir atnaujinimą.
• Didesnis lankstumas: Metaduomenų refleksija leidžia pasiekti metaduomenis vykdymo metu, leidžiant kurti lankstesnes ir konfigūruojamas programas.
• AOP įgalinimas: Dekoratoriai palengvina AOP, leidžiant taikyti aspektus metodams, nekeičiant jų pagrindinės logikos.

Iššūkiai ir aplinkybės

Nors dekoratoriai ir metaduomenų refleksija suteikia daug privalumų, taip pat yra keletas iššūkių ir aplinkybių, į kurias reikia atsižvelgti:

• Našumo viršijimas: Metaduomenų refleksija gali sukelti tam tikrą našumo viršijimą, ypač jei ji naudojama plačiai.
• Sudėtingumas: Dekoratorių ir metaduomenų refleksijos supratimas ir naudojimas reikalauja gilesnio „JavaScript“ ir bibliotekos reflect-metadata supratimo.
• Derinimas: Kodo, kuriame naudojami dekoratoriai ir metaduomenų refleksija, derinimas gali būti sudėtingesnis nei tradicinio kodo derinimas.
• Suderinamumas: Dekoratoriai vis dar yra 2 etapo „ECMAScript“ pasiūlymas, ir jų įgyvendinimas gali skirtis įvairiose „JavaScript“ aplinkose. „TypeScript“ suteikia puikų palaikymą, tačiau nepamirškite, kad vykdymo laiko „polyfill“ yra būtinas.

Geriausia praktika

Norėdami efektyviai naudoti dekoratorius ir metaduomenų refleksiją, apsvarstykite šias geriausias praktikas:

• Dekoratorius naudokite saikingai: Dekoratorius naudokite tik tada, kai jie suteikia aiškią naudą kodo skaitomumo, moduliškumo ar palaikomumo atžvilgiu. Venkite per didelio dekoratorių naudojimo, nes jie gali padidinti kodo sudėtingumą ir apsunkinti derinimo procesą.
• Dekoratorius laikykite paprastus: Dekoratoriai turi būti sutelkti į vieną atsakomybę. Venkite kurti sudėtingų dekoratorių, kurie atlieka kelias užduotis.
• Dokumentuokite dekoratorius: Aiškiai dokumentuokite kiekvieno dekoratoriaus paskirtį ir naudojimą. Tai palengvins kodo supratimą ir naudojimą kitiems kūrėjams.
• Kruopščiai išbandykite dekoratorius: Kruopščiai išbandykite savo dekoratorius, kad įsitikintumėte, jog jie veikia tinkamai ir nesukelia jokių netikėtų šalutinių efektų.
• Naudokite nuoseklią pavadinimų suteikimo konvenciją: Priimkite nuoseklią pavadinimų suteikimo konvenciją dekoratoriams, kad pagerintumėte kodo skaitomumą. Pavyzdžiui, galite visų dekoratorių pavadinimus pradėti su @.

Dekoratorių alternatyvos

Nors dekoratoriai siūlo galingą mechanizmą funkcijoms pridėti prie klasių ir metodų, yra alternatyvių būdų, kuriuos galima naudoti tais atvejais, kai dekoratoriai nėra prieinami arba tinkami.

Aukštesniojo lygio funkcijos

Aukštesniojo lygio funkcijos (HOF) yra funkcijos, kurios priima kitas funkcijas kaip argumentus arba grąžina funkcijas kaip rezultatus. HOF gali būti naudojamos daugeliui tų pačių šablonų kaip ir dekoratoriai, pavyzdžiui, registravimui, patvirtinimui ir autorizavimui įgyvendinti.

Maišytuvai (Mixins)

Maišytuvai (Mixins) yra būdas pridėti funkcionalumą klasėms, sujungiant jas su kitomis klasėmis. Maišytuvai gali būti naudojami kodu dalintis tarp kelių klasių ir išvengti kodo dubliavimo.

„Monkey Patching“

„Monkey patching“ yra praktika, kai modifikuojamas esamo kodo elgesys vykdymo metu. „Monkey patching“ gali būti naudojamas funkcijoms pridėti prie klasių ir metodų, nekeičiant jų išeities kodo. Tačiau „monkey patching“ gali būti pavojingas ir turėtų būti naudojamas atsargiai, nes tai gali sukelti netikėtų šalutinių efektų ir apsunkinti kodo palaikymą.

Išvada

„JavaScript“ dekoratoriai, kartu su metaduomenų refleksija, suteikia galingą įrankių rinkinį kodo moduliškumui, palaikomumui ir lankstumui pagerinti. Įgalindami metaduomenų prieigą vykdymo metu, jie atrakina pažangias funkcijas, tokias kaip priklausomybių injekcija, serializavimas, patvirtinimas ir AOP. Nors yra iššūkių, į kuriuos reikia atsižvelgti, pavyzdžiui, našumo viršijimas ir sudėtingumas, dekoratorių ir metaduomenų refleksijos naudojimo pranašumai dažnai nusveria trūkumus. Laikydamiesi geriausios praktikos ir suprasdami alternatyvas, kūrėjai gali efektyviai panaudoti šias technikas kurdami patikimesnes ir masteliškesnes „JavaScript“ programas. Kadangi „JavaScript“ toliau tobulėja, dekoratoriai ir metaduomenų refleksija greičiausiai taps vis svarbesni valdant sudėtingumą ir skatinant kodo pakartotinį naudojimą šiuolaikiniame žiniatinklio kūrime.

Šis straipsnis pateikia išsamią „JavaScript“ dekoratorių, metaduomenų ir refleksijos apžvalgą, apimančią jų sintaksę, naudojimo atvejus ir geriausią praktiką. Suprasdami šias sąvokas, kūrėjai gali atskleisti visą „JavaScript“ potencialą ir kurti galingesnes bei palaikomas programas.

Naudodami šias technikas, kūrėjai visame pasaulyje gali prisidėti prie modularesnės, palaikomos ir masteliškesnės „JavaScript“ ekosistemos.