Интеграция TypeScript и Express: Безопасность типов обработчиков маршрутов

TypeScript стал краеугольным камнем современной разработки на JavaScript, предлагая возможности статической типизации, которые повышают качество кода, удобство сопровождения и масштабируемость. В сочетании с Express.js, популярным фреймворком для веб-приложений Node.js, TypeScript может значительно повысить надежность ваших серверных API. Это подробное руководство рассматривает, как использовать TypeScript для достижения безопасности типов обработчиков маршрутов в приложениях Express.js, предоставляя практические примеры и лучшие практики для создания надежных и удобных в сопровождении API для глобальной аудитории.

Почему важна безопасность типов в Express.js

В динамических языках, таких как JavaScript, ошибки часто обнаруживаются во время выполнения, что может привести к неожиданному поведению и трудноотлаживаемым проблемам. TypeScript решает эту проблему, вводя статическую типизацию, позволяя вам обнаруживать ошибки во время разработки, прежде чем они попадут в production. В контексте Express.js безопасность типов особенно важна для обработчиков маршрутов, где вы имеете дело с объектами запроса и ответа, параметрами запроса и телами запросов. Неправильная обработка этих элементов может привести к сбоям приложений, повреждению данных и уязвимостям безопасности.

• Раннее обнаружение ошибок: Обнаруживайте ошибки, связанные с типами, во время разработки, снижая вероятность неожиданностей во время выполнения.
• Улучшенное удобство сопровождения кода: Аннотации типов упрощают понимание и рефакторинг кода.
• Улучшенное автозавершение кода и инструменты: IDE могут предоставлять лучшие предложения и проверку ошибок с информацией о типах.
• Уменьшение количества ошибок: Безопасность типов помогает предотвратить распространенные ошибки программирования, такие как передача неправильных типов данных в функции.

Настройка проекта TypeScript Express.js

Прежде чем углубляться в безопасность типов обработчиков маршрутов, давайте настроим базовый проект TypeScript Express.js. Он послужит основой для наших примеров.

Предварительные требования

• Установлены Node.js и npm (Node Package Manager). Вы можете скачать их с официального сайта Node.js. Убедитесь, что у вас установлена последняя версия для оптимальной совместимости.
• Редактор кода, такой как Visual Studio Code, который предлагает отличную поддержку TypeScript.

Инициализация проекта

1. Создайте новый каталог проекта: mkdir typescript-express-app && cd typescript-express-app
2. Инициализируйте новый npm проект: npm init -y
3. Установите TypeScript и Express.js: npm install typescript express
4. Установите файлы объявлений TypeScript для Express.js (важно для безопасности типов): npm install @types/express @types/node
5. Инициализируйте TypeScript: npx tsc --init (Это создаст файл tsconfig.json, который настраивает компилятор TypeScript.)

Настройка TypeScript

Откройте файл tsconfig.json и настройте его соответствующим образом. Вот пример конфигурации:

{
  "compilerOptions": {
    "target": "es6",
    "module": "commonjs",
    "outDir": "./dist",
    "rootDir": "./src",
    "strict": true,
    "esModuleInterop": true,
    "skipLibCheck": true,
    "forceConsistentCasingInFileNames": true
  }
}

Ключевые конфигурации, на которые следует обратить внимание:

• target: Указывает целевую версию ECMAScript. es6 — хорошая отправная точка.
• module: Указывает генерацию кода модуля. commonjs — распространенный выбор для Node.js.
• outDir: Указывает выходной каталог для скомпилированных файлов JavaScript.
• rootDir: Указывает корневой каталог ваших исходных файлов TypeScript.
• strict: Включает все строгие параметры проверки типов для повышенной безопасности типов. Это настоятельно рекомендуется.
• esModuleInterop: Включает взаимодействие между CommonJS и ES Modules.

Создание точки входа

Создайте каталог src и добавьте файл index.ts:

mkdir src
touch src/index.ts

Заполните src/index.ts базовой настройкой сервера Express.js:

import express, { Request, Response } from 'express';

const app = express();
const port = 3000;

app.get('/', (req: Request, res: Response) => {
  res.send('Hello, TypeScript Express!');
});

app.listen(port, () => {
  console.log(`Server running at http://localhost:${port}`);
});

Добавление скрипта сборки

Добавьте скрипт сборки в файл package.json для компиляции кода TypeScript:

"scripts": {
  "build": "tsc",
  "start": "node dist/index.js",
  "dev": "npm run build && npm run start"
}

Теперь вы можете запустить npm run dev для сборки и запуска сервера.

Безопасность типов обработчиков маршрутов: Определение типов запросов и ответов

Основа безопасности типов обработчиков маршрутов заключается в правильном определении типов для объектов Request и Response. Express.js предоставляет универсальные типы для этих объектов, которые позволяют указывать типы параметров запроса, тела запроса и параметров маршрута.

Базовые типы обработчиков маршрутов

Начнем с простого обработчика маршрутов, который ожидает имя в качестве параметра запроса:

import express, { Request, Response } from 'express';

const app = express();
const port = 3000;

interface NameQuery {
  name: string;
}

app.get('/hello', (req: Request, res: Response) => {
  const name = req.query.name;

  if (!name) {
    return res.status(400).send('Требуется параметр Name.');
  }

  res.send(`Привет, ${name}!`);
});

app.listen(port, () => {
  console.log(`Server running at http://localhost:${port}`);
});

В этом примере:

• Request<any, any, any, NameQuery> определяет тип для объекта запроса.
• Первый any представляет параметры маршрута (например, /users/:id).
• Второй any представляет тип тела ответа.
• Третий any представляет тип тела запроса.
• NameQuery — это интерфейс, определяющий структуру параметров запроса.

Определив интерфейс NameQuery, TypeScript теперь может проверить, существует ли свойство req.query.name и имеет ли оно тип string. Если вы попытаетесь получить доступ к несуществующему свойству или присвоить значение неправильного типа, TypeScript сообщит об ошибке.

Обработка тел запросов

Для маршрутов, принимающих тела запросов (например, POST, PUT, PATCH), вы можете определить интерфейс для тела запроса и использовать его в типе Request:

import express, { Request, Response } from 'express';
import bodyParser from 'body-parser';

const app = express();
const port = 3000;

app.use(bodyParser.json()); // Важно для анализа тел запросов JSON

interface CreateUserRequest {
  firstName: string;
  lastName: string;
  email: string;
}

app.post('/users', (req: Request, res: Response) => {
  const { firstName, lastName, email } = req.body;

  // Проверка тела запроса
  if (!firstName || !lastName || !email) {
    return res.status(400).send('Отсутствуют необходимые поля.');
  }

  // Обработка создания пользователя (например, сохранение в базу данных)
  console.log(`Создание пользователя: ${firstName} ${lastName} (${email})`);

  res.status(201).send('Пользователь успешно создан.');
});

app.listen(port, () => {
  console.log(`Server running at http://localhost:${port}`);
});

В этом примере:

• CreateUserRequest определяет структуру ожидаемого тела запроса.
• app.use(bodyParser.json()) имеет решающее значение для анализа тел запросов JSON. Без него req.body будет неопределенным.
• Тип Request теперь Request<any, any, CreateUserRequest>, указывая, что тело запроса должно соответствовать интерфейсу CreateUserRequest.

TypeScript теперь будет гарантировать, что объект req.body содержит ожидаемые свойства (firstName, lastName и email) и что их типы верны. Это значительно снижает риск ошибок во время выполнения, вызванных неправильными данными тела запроса.

Обработка параметров маршрута

Для маршрутов с параметрами (например, /users/:id) вы можете определить интерфейс для параметров маршрута и использовать его в типе Request:

import express, { Request, Response } from 'express';

const app = express();
const port = 3000;

interface UserParams {
  id: string;
}

interface User {
  id: string;
  firstName: string;
  lastName: string;
  email: string;
}

const users: User[] = [
  { id: '1', firstName: 'John', lastName: 'Doe', email: 'john.doe@example.com' },
  { id: '2', firstName: 'Jane', lastName: 'Smith', email: 'jane.smith@example.com' },
];

app.get('/users/:id', (req: Request, res: Response) => {
  const userId = req.params.id;

  const user = users.find(u => u.id === userId);

  if (!user) {
    return res.status(404).send('Пользователь не найден.');
  }

  res.json(user);
});

app.listen(port, () => {
  console.log(`Server running at http://localhost:${port}`);
});

В этом примере:

• UserParams определяет структуру параметров маршрута, указывая, что параметр id должен быть строкой.
• Тип Request теперь Request<UserParams>, указывая, что объект req.params должен соответствовать интерфейсу UserParams.

TypeScript теперь будет гарантировать, что свойство req.params.id существует и имеет тип string. Это помогает предотвратить ошибки, вызванные обращением к несуществующим параметрам маршрута или использованием их с неправильными типами.

Указание типов ответов

Хотя сосредоточение внимания на безопасности типов запросов имеет решающее значение, определение типов ответов также повышает ясность кода и помогает предотвратить несоответствия. Вы можете определить тип данных, которые вы отправляете обратно в ответе.

import express, { Request, Response } from 'express';

const app = express();
const port = 3000;

interface User {
  id: string;
  firstName: string;
  lastName: string;
  email: string;
}

const users: User[] = [
  { id: '1', firstName: 'John', lastName: 'Doe', email: 'john.doe@example.com' },
  { id: '2', firstName: 'Jane', lastName: 'Smith', email: 'jane.smith@example.com' },
];

app.get('/users', (req: Request, res: Response) => {
    res.json(users);
});

app.listen(port, () => {
  console.log(`Server running at http://localhost:${port}`);
});

Здесь Response<User[]> указывает, что тело ответа должно быть массивом объектов User. Это помогает гарантировать, что вы постоянно отправляете правильную структуру данных в своих ответах API. Если вы попытаетесь отправить данные, не соответствующие типу User[], TypeScript выдаст предупреждение.

Безопасность типов Middleware

Функции Middleware необходимы для обработки сквозных задач в приложениях Express.js. Обеспечение безопасности типов в middleware так же важно, как и в обработчиках маршрутов.

Типизация функций Middleware

Базовая структура функции middleware в TypeScript аналогична структуре обработчика маршрутов:

import express, { Request, Response, NextFunction } from 'express';

function authenticationMiddleware(req: Request, res: Response, next: NextFunction) {
  // Логика аутентификации
  const isAuthenticated = true; // Замените фактической проверкой подлинности

  if (isAuthenticated) {
    next(); // Переход к следующей функции middleware или обработчику маршрута
  } else {
    res.status(401).send('Не авторизован');
  }
}

const app = express();
const port = 3000;

app.use(authenticationMiddleware);

app.get('/', (req: Request, res: Response) => {
  res.send('Привет, аутентифицированный пользователь!');
});

app.listen(port, () => {
  console.log(`Server running at http://localhost:${port}`);
});

В этом примере:

• NextFunction — это тип, предоставляемый Express.js, который представляет следующую функцию middleware в цепочке.
• Функция middleware принимает те же объекты Request и Response, что и обработчики маршрутов.

Расширение объекта Request

Иногда может потребоваться добавить пользовательские свойства в объект Request в вашем middleware. Например, middleware аутентификации может добавить свойство user к объекту запроса. Чтобы сделать это типобезопасным способом, вам необходимо расширить интерфейс Request.

import express, { Request, Response, NextFunction } from 'express';

interface User {
  id: string;
  username: string;
  email: string;
}

// Расширение интерфейса Request
declare global {
  namespace Express {
    interface Request {
      user?: User;
    }
  }
}

function authenticationMiddleware(req: Request, res: Response, next: NextFunction) {
  // Логика аутентификации (замените фактической проверкой подлинности)
  const user: User = { id: '123', username: 'johndoe', email: 'john.doe@example.com' };
  req.user = user; // Добавление пользователя к объекту запроса
  next(); // Переход к следующей функции middleware или обработчику маршрута
}

const app = express();
const port = 3000;

app.use(authenticationMiddleware);

app.get('/', (req: Request, res: Response) => {
  const username = req.user?.username || 'Guest';
  res.send(`Привет, ${username}!`);
});

app.listen(port, () => {
  console.log(`Server running at http://localhost:${port}`);
});

В этом примере:

• Мы используем глобальное объявление для расширения интерфейса Express.Request.
• Мы добавляем необязательное свойство user типа User к интерфейсу Request.
• Теперь вы можете получить доступ к свойству req.user в ваших обработчиках маршрутов без жалоб TypeScript. Знак вопроса `?` в `req.user?.username` имеет решающее значение для обработки случаев, когда пользователь не аутентифицирован, предотвращая потенциальные ошибки.

Лучшие практики интеграции TypeScript Express

Чтобы максимизировать преимущества TypeScript в ваших приложениях Express.js, следуйте этим лучшим практикам:

• Включите строгий режим: Используйте параметр "strict": true в вашем файле tsconfig.json, чтобы включить все строгие параметры проверки типов. Это помогает обнаруживать потенциальные ошибки на ранней стадии и обеспечивает более высокий уровень безопасности типов.
• Используйте интерфейсы и псевдонимы типов: Определите интерфейсы и псевдонимы типов для представления структуры ваших данных. Это делает ваш код более читаемым и удобным в сопровождении.
• Используйте универсальные типы: Используйте универсальные типы для создания многократно используемых и типобезопасных компонентов.
• Пишите модульные тесты: Пишите модульные тесты, чтобы проверить правильность вашего кода и убедиться, что ваши аннотации типов точны. Тестирование имеет решающее значение для поддержания качества кода.
• Используйте линтер и форматтер: Используйте линтер (например, ESLint) и форматтер (например, Prettier), чтобы обеспечить согласованный стиль кодирования и обнаруживать потенциальные ошибки.
• Избегайте типа any: Сведите к минимуму использование типа any, так как он обходит проверку типов и сводит на нет цель использования TypeScript. Используйте его только тогда, когда это абсолютно необходимо, и рассмотрите возможность использования более конкретных типов или универсальных шаблонов, когда это возможно.
• Структурируйте свой проект логически: Организуйте свой проект в модули или папки в зависимости от функциональности. Это улучшит удобство сопровождения и масштабируемость вашего приложения.
• Используйте внедрение зависимостей: Рассмотрите возможность использования контейнера внедрения зависимостей для управления зависимостями вашего приложения. Это может сделать ваш код более удобным для тестирования и сопровождения. Такие библиотеки, как InversifyJS, являются популярным выбором.

Расширенные концепции TypeScript для Express.js

Использование декораторов

Декораторы предоставляют краткий и выразительный способ добавления метаданных к классам и функциям. Вы можете использовать декораторы для упрощения регистрации маршрутов в Express.js.

Сначала вам нужно включить экспериментальные декораторы в вашем файле tsconfig.json, добавив "experimentalDecorators": true в compilerOptions.

{
  "compilerOptions": {
    "target": "es6",
    "module": "commonjs",
    "outDir": "./dist",
    "rootDir": "./src",
    "strict": true,
    "esModuleInterop": true,
    "skipLibCheck": true,
    "forceConsistentCasingInFileNames": true,
    "experimentalDecorators": true
  }
}

Затем вы можете создать собственный декоратор для регистрации маршрутов:

import express, { Router, Request, Response } from 'express';

function route(method: string, path: string) {
  return function (target: any, propertyKey: string, descriptor: PropertyDescriptor) {
    if (!target.__router__) {
      target.__router__ = Router();
    }

    target.__router__[method](path, descriptor.value);
  };
}

class UserController {
  @route('get', '/users')
  getUsers(req: Request, res: Response) {
    res.send('Список пользователей');
  }

  @route('post', '/users')
  createUser(req: Request, res: Response) {
    res.status(201).send('Пользователь создан');
  }

  public getRouter() {
    return this.__router__;
  }
}

const userController = new UserController();

const app = express();
const port = 3000;

app.use('/', userController.getRouter());

app.listen(port, () => {
  console.log(`Server running at http://localhost:${port}`);
});

В этом примере:

• Декоратор route принимает метод HTTP и путь в качестве аргументов.
• Он регистрирует декорированный метод как обработчик маршрута в маршрутизаторе, связанном с классом.
• Это упрощает регистрацию маршрута и делает ваш код более читаемым.

Использование пользовательских защит типов

Защиты типов — это функции, которые сужают тип переменной в определенной области. Вы можете использовать пользовательские защиты типов для проверки тел запросов или параметров запроса.

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

function isProduct(obj: any): obj is Product {
    return typeof obj === 'object' &&
           obj !== null &&
           typeof obj.id === 'string' &&
           typeof obj.name === 'string' &&
           typeof obj.price === 'number';
}

import express, { Request, Response } from 'express';
import bodyParser from 'body-parser';

const app = express();
const port = 3000;

app.use(bodyParser.json());

app.post('/products', (req: Request, res: Response) => {
    if (!isProduct(req.body)) {
        return res.status(400).send('Неверные данные продукта');
    }

    const product: Product = req.body;
    console.log(`Создание продукта: ${product.name}`);
    res.status(201).send('Продукт создан');
});

app.listen(port, () => {
    console.log(`Server running at http://localhost:${port}`);
});

В этом примере:

• Функция isProduct — это пользовательская защита типа, которая проверяет, соответствует ли объект интерфейсу Product.
• Внутри обработчика маршрута /products функция isProduct используется для проверки тела запроса.
• Если тело запроса является допустимым продуктом, TypeScript знает, что req.body имеет тип Product внутри блока if.

Учет глобальных соображений при проектировании API

При проектировании API для глобальной аудитории следует учитывать несколько факторов, чтобы обеспечить доступность, удобство использования и культурную чувствительность.

• Локализация и интернационализация (i18n и L10n):
  • Согласование контента: Поддержка нескольких языков и регионов посредством согласования контента на основе заголовка Accept-Language.
  • Форматирование даты и времени: Используйте формат ISO 8601 для представления даты и времени, чтобы избежать неоднозначности в разных регионах.
  • Форматирование чисел: Обрабатывайте форматирование чисел в соответствии с языковым стандартом пользователя (например, десятичные разделители и разделители тысяч).
  • Обработка валюты: Поддержка нескольких валют и предоставление информации об обменном курсе там, где это необходимо.
  • Направление текста: Учитывайте языки с написанием справа налево (RTL), такие как арабский и иврит.
• Временные зоны:
  • Храните даты и время в формате UTC (Coordinated Universal Time) на стороне сервера.
  • Позвольте пользователям указывать предпочитаемый часовой пояс и преобразовывать даты и время соответствующим образом на стороне клиента.
  • Используйте такие библиотеки, как moment-timezone, для обработки преобразования часовых поясов.
• Кодировка символов:
  • Используйте кодировку UTF-8 для всех текстовых данных, чтобы поддерживать широкий спектр символов из разных языков.
  • Убедитесь, что ваша база данных и другие системы хранения данных настроены на использование UTF-8.
• Доступность:
  • Следуйте рекомендациям по доступности (например, WCAG), чтобы сделать ваш API доступным для пользователей с ограниченными возможностями.
  • Предоставляйте четкие и описательные сообщения об ошибках, которые легко понять.
  • Используйте семантические элементы HTML и атрибуты ARIA в вашей документации API.
• Культурная чувствительность:
  • Избегайте использования культурно-специфичных ссылок, идиом или юмора, которые могут быть не поняты всеми пользователями.
  • Помните о культурных различиях в стилях и предпочтениях общения.
  • Учитывайте потенциальное влияние вашего API на различные культурные группы и избегайте увековечивания стереотипов или предрассудков.
• Конфиденциальность и безопасность данных:
  • Соблюдайте правила конфиденциальности данных, такие как GDPR (Общий регламент по защите данных) и CCPA (Закон штата Калифорния о защите прав потребителей).
  • Внедрите надежные механизмы аутентификации и авторизации для защиты данных пользователей.
  • Шифруйте конфиденциальные данные как при передаче, так и при хранении.
  • Предоставьте пользователям контроль над своими данными и позвольте им получать доступ, изменять и удалять свои данные.
• Документация API:
  • Предоставьте полную и хорошо организованную документацию API, которую легко понять и в которой легко ориентироваться.
  • Используйте такие инструменты, как Swagger/OpenAPI, для создания интерактивной документации API.
  • Включите примеры кода на нескольких языках программирования, чтобы удовлетворить разнообразную аудиторию.
  • Переведите свою документацию API на несколько языков, чтобы охватить более широкую аудиторию.
• Обработка ошибок:
  • Предоставляйте конкретные и информативные сообщения об ошибках. Избегайте общих сообщений об ошибках, таких как «Что-то пошло не так».
  • Используйте стандартные коды состояния HTTP, чтобы указать тип ошибки (например, 400 для Bad Request, 401 для Unauthorized, 500 для Internal Server Error).
  • Включите коды ошибок или идентификаторы, которые можно использовать для отслеживания и отладки проблем.
  • Регистрируйте ошибки на стороне сервера для отладки и мониторинга.
• Ограничение скорости: Внедрите ограничение скорости, чтобы защитить ваш API от злоупотреблений и обеспечить справедливое использование.
• Управление версиями: Используйте управление версиями API, чтобы обеспечить обратно совместимые изменения и избежать нарушения работы существующих клиентов.

Заключение

Интеграция TypeScript Express значительно повышает надежность и удобство сопровождения ваших серверных API. Используя безопасность типов в обработчиках маршрутов и middleware, вы можете обнаруживать ошибки на ранней стадии процесса разработки и создавать более надежные и масштабируемые приложения для глобальной аудитории. Определяя типы запросов и ответов, вы гарантируете, что ваш API придерживается согласованной структуры данных, снижая вероятность ошибок во время выполнения. Не забудьте придерживаться лучших практик, таких как включение строгого режима, использование интерфейсов и псевдонимов типов и написание модульных тестов, чтобы максимизировать преимущества TypeScript. Всегда учитывайте глобальные факторы, такие как локализация, часовые пояса и культурная чувствительность, чтобы обеспечить доступность и удобство использования ваших API во всем мире.