Федерація даних TypeScript: Забезпечення безпеки типів розподілених даних

У сучасному все більш взаємопов'язаному цифровому світі застосунки рідко бувають монолітними. Вони часто є розподіленими, складаються з численних мікросервісів, зовнішніх API та джерел даних, які повинні безперешкодно обмінюватися інформацією. Цей розподіл, пропонуючи гнучкість та масштабованість, водночас створює значні виклики, особливо щодо узгодженості та цілісності даних. Як ми можемо забезпечити, щоб дані, якими обмінюються ці різнорідні системи, зберігали свою передбачувану структуру та значення, запобігаючи помилкам під час виконання та сприяючи надійній розробці? Відповідь криється у федерації даних TypeScript – потужній парадигмі, яка використовує можливості статичної типізації TypeScript для забезпечення безпеки типів через розподілені межі даних.

Виклик розподілених даних

Уявіть собі глобальну платформу електронної комерції. Різні служби обробляють автентифікацію користувачів, каталоги продуктів, обробку замовлень та платіжні шлюзи. Кожна служба може бути розроблена різною командою, можливо, використовуючи різні мови програмування або фреймворки, і розміщена на різних серверах або навіть у різних хмарних середовищах. Коли цим службам потрібно обмінюватися даними – наприклад, коли служба замовлень має отримати дані користувача від служби автентифікації та інформацію про продукт від служби каталогу – виникають кілька ризиків:

• Невідповідність типів: Поле, яке одна служба очікує як рядок, може бути надіслано іншою як число, що призводить до неочікуваної поведінки або збоїв.
• Дрейф схеми: У міру розвитку служб їхні схеми даних можуть змінюватися незалежно. Без механізму відстеження та валідації цих змін споживачі цих даних можуть зіткнутися з несумісними структурами.
• Невідповідність даних: Без уніфікованого розуміння типів та структур даних стає важко забезпечити їхню узгодженість по всій розподіленій системі.
• Фрикції для розробників: Розробники часто витрачають значний час на налагодження проблем, спричинених неочікуваними форматами даних, що знижує продуктивність та збільшує цикли розробки.

Традиційні підходи до пом'якшення цих проблем часто включають широку валідацію під час виконання, значною мірою покладаючись на ручне тестування та захисне програмування. Хоча це необхідно, ці методи часто недостатні для проактивного запобігання помилкам у складних розподілених системах.

Що таке федерація даних?

Федерація даних – це підхід до інтеграції даних, який дозволяє застосункам отримувати доступ та запитувати дані з кількох різнорідних джерел, наче це єдина уніфікована база даних. Замість фізичної консолідації даних у центральному сховищі (як у сховищах даних), федерація даних надає віртуальний шар, що абстрагує базові джерела даних. Цей шар обробляє складність підключення, запитів та перетворення даних з різних місць та форматів за запитом.

Основні характеристики федерації даних включають:

• Віртуалізація: Дані залишаються у своєму оригінальному розташуванні.
• Абстракція: Для доступу до різноманітних даних використовується єдиний інтерфейс або мова запитів.
• Доступ за запитом: Дані отримуються та обробляються, коли це потрібно.
• Незалежність від джерела: Вона може підключатися до реляційних баз даних, сховищ NoSQL, API, плоских файлів тощо.

Хоча федерація даних відмінно справляється з уніфікацією доступу, вона не вирішує проблему безпеки типів між шаром федерації та споживчими застосунками, або між різними службами, які можуть бути залучені до самого процесу федерації.

TypeScript на допомогу: Статична типізація для розподілених даних

TypeScript, надмножина JavaScript, приносить статичну типізацію у веб та за його межі. Дозволяючи розробникам визначати типи для змінних, параметрів функцій та значень, що повертаються, TypeScript уможливлює виявлення помилок, пов'язаних з типами, на етапі розробки, задовго до того, як код досягне продакшну. Це змінює правила гри для розподілених систем.

Коли ми поєднуємо статичну типізацію TypeScript з принципами федерації даних, ми розблоковуємо потужний механізм для безпеки типів розподілених даних. Це означає забезпечення того, щоб форма та типи даних були зрозумілі та валідовані по всій мережі, від джерела даних через шар федерації до споживчого клієнтського застосунку.

Як TypeScript забезпечує безпеку типів федерації даних

TypeScript надає кілька ключових функцій, які є вирішальними для досягнення безпеки типів у федерації даних:

1. Визначення інтерфейсів та типів

Ключові слова interface та type у TypeScript дозволяють розробникам явно визначати очікувану структуру даних. При роботі з федеративними даними ці визначення діють як контракти.

Приклад:

Розглянемо федеративну систему, яка отримує інформацію про користувача з мікросервісу. Очікуваний об'єкт користувача може бути визначений як:

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

            

              
                Copy
              
            
          

Цей інтерфейс User чітко вказує, що id, username та email повинні бути рядками, registrationDate – об'єктом Date, а isActive – булевим значенням. Будь-яка служба або джерело даних, яке очікується повернути об'єкт користувача, повинно дотримуватися цього контракту.

2. Дженеріки

Дженеріки дозволяють нам писати багаторазовий код, який може працювати з різними типами, зберігаючи при цьому інформацію про типи. Це особливо корисно в шарах федерації даних або клієнтах API, які обробляють колекції даних або оперують різними структурами даних.

Приклад:

Загальна функція для отримання даних може бути визначена так:

            
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
              
            
          

Тут fetchData<T> забезпечує, що повернені дані будуть типу T, який у прикладі getUser явно є User. Якщо API повертає дані, що не відповідають інтерфейсу User, TypeScript позначить це під час компіляції.

3. Захисники типів та твердження

Хоча статичний аналіз виявляє багато помилок, іноді дані надходять із зовнішніх джерел у форматі, який не повністю відповідає нашим строгим типам TypeScript (наприклад, із застарілих систем або JSON API з вільною типізацією). Захисники типів та твердження дозволяють нам безпечно звужувати типи під час виконання або стверджувати, що певний тип є істинним, за умови наявності зовнішньої валідації.

Приклад:

Функція валідатора під час виконання може бути використана як захисник типу:

            
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. Інтеграція з мовами визначення API

Сучасна федерація даних часто передбачає взаємодію з API, визначеними за допомогою таких мов, як OpenAPI (раніше Swagger) або GraphQL Schema Definition Language (SDL). TypeScript має відмінну підтримку інструментів для генерації визначень типів з цих специфікацій.

• OpenAPI: Інструменти, такі як openapi-typescript, можуть автоматично генерувати інтерфейси та типи TypeScript безпосередньо зі специфікації OpenAPI. Це гарантує, що згенерований клієнтський код точно відображає контракт API.
• GraphQL: Інструменти, такі як graphql-codegen, можуть генерувати типи TypeScript для запитів, мутацій та існуючих визначень схем. Це забезпечує наскрізну безпеку типів від вашого GraphQL-сервера до клієнтського коду TypeScript.

Глобальний приклад: Міжнародна корпорація використовує центральний API-шлюз, керований специфікаціями OpenAPI. Регіональна служба кожної країни надає свої дані через цей шлюз. Розробники в різних регіонах можуть використовувати openapi-typescript для генерації типобезпечних клієнтів, забезпечуючи послідовну взаємодію з даними незалежно від базової регіональної реалізації.

Стратегії реалізації безпеки типів федерації даних TypeScript

Реалізація надійної безпеки типів у сценарії розподіленої федерації даних вимагає стратегічного підходу, що часто включає кілька рівнів захисту:

1. Централізоване управління схемою

Основна ідея: Визначте та підтримуйте канонічний набір інтерфейсів та типів TypeScript, які представляють ваші основні сутності даних по всій організації. Ці визначення стають єдиним джерелом істини.

Реалізація:

• Монорепозиторій: Зберігайте спільні визначення типів у монорепозиторії (наприклад, використовуючи Lerna або Yarn workspaces), на який можуть покладатися всі служби та клієнтські застосунки.
• Реєстр пакетів: Публікуйте ці спільні типи як npm-пакет, дозволяючи різним командам встановлювати та використовувати їх як залежності.

Перевага: Забезпечує узгодженість та зменшує дублювання. Зміни до основних структур даних керуються централізовано, і всі залежні застосунки оновлюються одночасно.

2. Сильно типізовані API-клієнти

Основна ідея: Генеруйте або вручну пишіть API-клієнти в TypeScript, які строго дотримуються визначених інтерфейсів та типів цільових API.

Реалізація:

• Генерація коду: Використовуйте інструменти, які генерують клієнти зі специфікацій API (OpenAPI, GraphQL).
• Ручна розробка: Для власних API або внутрішніх служб створюйте типізовані клієнти, використовуючи бібліотеки, такі як axios або вбудований fetch, з явними анотаціями типів для запитів та відповідей.

Глобальний приклад: Глобальна фінансова установа використовує стандартизований внутрішній API для даних клієнтів. Коли нова регіональна філія потребує інтеграції, вона може автоматично генерувати типобезпечний клієнт TypeScript для цього основного API, забезпечуючи коректну взаємодію із записами клієнтів з урахуванням різних фінансових норм та юрисдикцій.

3. Валідація даних на межах

Основна ідея: Хоча TypeScript забезпечує безпеку під час компіляції, дані все ще можуть бути некоректними при перетині мережевих меж. Впроваджуйте валідацію під час виконання на межах ваших служб та шарів федерації.

Реалізація:

• Бібліотеки для валідації схем: Використовуйте бібліотеки, такі як zod, io-ts або ajv (для JSON Schema) у вашому шарі федерації або API-шлюзі для валідації вхідних та вихідних даних відповідно до ваших визначених типів TypeScript.
• Захисники типів: Як показано в прикладі вище, реалізуйте захисники типів для валідації даних, які можуть бути отримані у форматі `any` або з вільною типізацією.

Перевага: Виявляє неочікувані дані під час виконання, запобігаючи подальшому поширенню пошкоджених даних та надаючи чіткі повідомлення про помилки для налагодження.

4. GraphQL для агрегації федеративних даних

Основна ідея: GraphQL від природи добре підходить для федерації даних. Його підхід "схема-перш за все" та сильна типізація роблять його природним вибором для визначення та запитів федеративних даних.

Реалізація:

• Об'єднання/федерація схем: Інструменти, такі як Apollo Federation, дозволяють створювати єдиний графік GraphQL API з кількох базових GraphQL-служб. Кожна служба визначає свої типи, а шлюз федерації об'єднує їх.
• Генерація типів: Використовуйте graphql-codegen для генерації точних типів TypeScript для вашої федеративної схеми GraphQL, забезпечуючи безпеку типів для всіх запитів та їхніх результатів.

Перевага: Розробники можуть запитувати саме ті дані, які їм потрібні, зменшуючи надмірне отримання даних, а сильна схема надає чіткий контракт для всіх споживачів. Інтеграція TypeScript з GraphQL є зрілою та надійною.

5. Підтримка еволюції схеми

Основна ідея: Розподілені системи динамічні. Схеми будуть змінюватися. Система управління цими змінами без порушення існуючих інтеграцій є вирішальною.

Реалізація:

• Семантичне версіонування: Застосовуйте семантичне версіонування до ваших схем API та спільних пакетів типів.
• Зворотна сумісність: Завжди, коли це можливо, робіть зміни у схемах зворотньо сумісними (наприклад, додаючи необов'язкові поля замість видалення або зміни існуючих).
• Стратегії застарівання: Чітко позначайте поля або цілі API як застарілі та надавайте достатнє попередження перед видаленням.
• Автоматизовані перевірки: Інтегруйте інструменти порівняння схем у ваш CI/CD конвеєр для виявлення критичних змін перед розгортанням.

Глобальний приклад: Глобальний постачальник SaaS розвиває свій основний API профілю користувача. Вони використовують версіоновані API (наприклад, `/api/v1/users`, `/api/v2/users`) та чітко документують відмінності. Їхні спільні типи TypeScript також дотримуються версіонування, дозволяючи клієнтським застосункам мігрувати у своєму власному темпі.

Переваги безпеки типів федерації даних TypeScript

Використання TypeScript для федерації даних надає безліч переваг для глобальних команд розробників:

• Зменшення помилок під час виконання: Виявлення невідповідностей типів та проблем зі структурою даних під час розробки значно зменшує ймовірність помилок під час виконання у продакшні, що особливо критично у розподілених системах, де помилки можуть мати каскадні наслідки.
• Підвищення продуктивності розробників: Завдяки чітким визначенням типів та підтримці IntelliSense в IDE розробники можуть писати код швидше та з більшою впевненістю. Налагодження стає ефективнішим, оскільки компілятор заздалегідь виявляє багато потенційних проблем.
• Покращена супроводжуваність: Добре типізований код легше розуміти, рефакторити та підтримувати. Коли розробнику потрібно взаємодіяти з федеративним джерелом даних, визначення типів чітко документують очікувану форму даних.
• Краща співпраця: У великих, розподілених, і часто глобально розподілених командах, спільні типи TypeScript діють як спільна мова та контракт, зменшуючи непорозуміння та сприяючи безперебійній співпраці між різними командами служб.
• Міцніше управління даними: Забезпечуючи узгодженість типів у розподілених системах, федерація даних TypeScript сприяє кращому управлінню даними. Вона гарантує, що дані відповідають заздалегідь визначеним стандартам та визначенням, незалежно від їхнього походження чи призначення.
• Підвищена впевненість у рефакторингу: Коли вам потрібно рефакторити служби або моделі даних, статичний аналіз TypeScript надає мережу безпеки, виділяючи всі місця у вашій кодовій базі, які можуть бути порушені зміною.
• Сприяє кросплатформній узгодженості: Незалежно від того, чи споживаються ваші федеративні дані веб-застосунком, мобільним застосунком або серверною службою, узгоджені визначення типів забезпечують єдине розуміння даних на всіх платформах.

Фрагмент кейсу: Глобальна платформа електронної комерції

Розглянемо велику компанію електронної комерції, що працює в кількох країнах. Вони мають окремі мікросервіси для інформації про продукти, інвентаризації, ціноутворення та облікових записів користувачів, кожен з яких потенційно управляється регіональною інженерною командою.

• Виклик: Коли клієнт переглядає сторінку продукту, інтерфейс повинен агрегувати дані з цих служб: деталі продукту (зі служби продуктів), ціну в реальному часі (зі служби ціноутворення, з урахуванням місцевої валюти та податків) та рекомендації, специфічні для користувача (зі служби рекомендацій). Забезпечення коректного узгодження всіх цих даних було постійним джерелом помилок.
• Рішення: Компанія прийняла стратегію федерації даних за допомогою GraphQL. Вони визначили єдину схему GraphQL, що представляє погляд клієнта на дані продукту. Кожен мікросервіс надає GraphQL API, який відповідає його частині федеративної схеми. Вони використовували Apollo Federation для побудови шлюзу. Вирішальним було те, що вони використовували graphql-codegen для генерації точних типів TypeScript для федеративної схеми.
• Результат: Розробники інтерфейсу тепер пишуть типобезпечні запити до федеративного GraphQL API. Наприклад, при отриманні даних про продукт вони отримують об'єкт, який строго відповідає згенерованим типам TypeScript, включаючи коди валют, формати цін та статуси доступності, все це перевіряється під час компіляції. Це різко зменшило кількість помилок, пов'язаних з інтеграцією даних, прискорило розробку функцій та покращило досвід клієнтів, забезпечуючи послідовне відображення точної, локалізованої інформації про продукти по всьому світу.

Висновок

В епоху розподілених систем та мікросервісів підтримка цілісності та узгодженості даних має першочергове значення. Федерація даних TypeScript пропонує надійне та проактивне рішення, об'єднуючи потужність віртуалізації даних з безпекою компіляції TypeScript. Встановлюючи чіткі контракти даних через інтерфейси, використовуючи дженеріки, інтегруючись з мовами визначення API та застосовуючи стратегії, такі як централізоване управління схемою та валідація під час виконання, організації можуть створювати більш надійні, підтримувані та спільні застосунки.

Для глобальних команд цей підхід долає географічні межі, забезпечуючи спільне розуміння даних та значно зменшуючи тертя, пов'язане з міжсервісною та міжкомандною комунікацією. Оскільки архітектура ваших застосунків стає все більш складною та взаємопов'язаною, використання TypeScript для федерації даних є не просто кращою практикою; це необхідність для досягнення справжньої, розподіленої безпеки типів даних.

Ключові висновки:

• Визначте свої контракти: Використовуйте інтерфейси та типи TypeScript як основу ваших структур даних.
• Автоматизуйте, де це можливо: Використовуйте генерацію коду зі специфікацій API (OpenAPI, GraphQL).
• Валідуйте на межах: Поєднуйте статичну типізацію з валідацією під час виконання.
• Централізуйте спільні типи: Використовуйте монорепозиторії або npm-пакети для спільних визначень.
• Використовуйте GraphQL: За його підхід до федерації за принципом "схема-перш за все" та безпекою типів.
• Плануйте еволюцію: Керуйте змінами схеми навмисно та з чітким версіонуванням.

Інвестуючи у федерацію даних TypeScript, ви інвестуєте у довгострокове здоров'я та успіх ваших розподілених застосунків, надаючи розробникам по всьому світу можливість впевнено створювати продукти.