TypeScript Node.js: Впровадження безпеки типів на стороні сервера

У постійно мінливому ландшафті веб-розробки, створення надійних та зручних у супроводженні серверних додатків має першорядне значення. Хоча JavaScript вже давно є мовою вебу, його динамічна природа іноді може призвести до помилок під час виконання та труднощів при масштабуванні великих проектів. TypeScript, надмножина JavaScript, яка додає статичну типізацію, пропонує потужне рішення цих проблем. Поєднання TypeScript з Node.js забезпечує переконливе середовище для створення безпечних, масштабованих та зручних у супроводженні серверних систем.

Чому TypeScript для серверної розробки Node.js?

TypeScript приносить багато переваг для розробки Node.js, усуваючи багато обмежень, притаманних динамічній типізації JavaScript.

• Покращена безпека типів: TypeScript забезпечує сувору перевірку типів під час компіляції, виявляючи потенційні помилки до того, як вони потраплять у виробництво. Це знижує ризик винятків під час виконання та покращує загальну стабільність вашого додатку. Уявіть сценарій, коли ваш API очікує ідентифікатор користувача як число, але отримує рядок. TypeScript позначить цю помилку під час розробки, запобігаючи потенційному збою у виробництві.
• Покращене супроводження коду: Анотації типів роблять код легшим для розуміння та рефакторингу. Працюючи в команді, чіткі визначення типів допомагають розробникам швидко зрозуміти призначення та очікувану поведінку різних частин кодової бази. Це особливо важливо для довгострокових проектів з мінливими вимогами.
• Покращена підтримка IDE: Статична типізація TypeScript дозволяє IDE (інтегрованим середовищам розробки) забезпечувати чудові інструменти автозаповнення, навігації по коду та рефакторингу. Це значно покращує продуктивність розробників і зменшує ймовірність помилок. Наприклад, інтеграція TypeScript з VS Code пропонує інтелектуальні підказки та виділення помилок, роблячи розробку швидшою та ефективнішою.
• Раннє виявлення помилок: Визначаючи помилки, пов’язані з типами, під час компіляції, TypeScript дозволяє вам виправити проблеми на ранній стадії циклу розробки, заощаджуючи час та зменшуючи зусилля з налагодження. Цей проактивний підхід запобігає поширенню помилок через програму та впливу на користувачів.
• Поступове впровадження: TypeScript є надмножиною JavaScript, що означає, що існуючий код JavaScript можна поступово перенести в TypeScript. Це дозволяє поступово вводити безпеку типів, не вимагаючи повного переписування вашої кодової бази.

Налаштування проекту TypeScript Node.js

Щоб почати роботу з TypeScript та Node.js, вам потрібно встановити Node.js та npm (Node Package Manager). Після їх встановлення ви можете виконати ці кроки, щоб налаштувати новий проект:

1. Створіть каталог проекту: Створіть новий каталог для свого проекту та перейдіть до нього у вашому терміналі.
2. Ініціалізуйте проект Node.js: Запустіть npm init -y, щоб створити файл package.json.
3. Встановіть TypeScript: Запустіть npm install --save-dev typescript @types/node, щоб встановити TypeScript та визначення типів Node.js. Пакет @types/node містить визначення типів для вбудованих модулів Node.js, дозволяючи TypeScript розуміти та перевіряти ваш код Node.js.
4. Створіть файл конфігурації TypeScript: Запустіть npx tsc --init, щоб створити файл tsconfig.json. Цей файл налаштовує компілятор TypeScript та визначає параметри компіляції.
5. Налаштуйте tsconfig.json: Відкрийте файл tsconfig.json і налаштуйте його відповідно до потреб вашого проекту. Деякі загальні параметри включають:
• target: Визначає версію ECMAScript (наприклад, "es2020", "esnext").
• module: Визначає систему модулів, яку потрібно використовувати (наприклад, "commonjs", "esnext").
• outDir: Визначає вихідний каталог для скомпільованих файлів JavaScript.
• rootDir: Визначає кореневий каталог для вихідних файлів TypeScript.
• sourceMap: Увімкнення створення карти джерела для полегшення налагодження.
• strict: Увімкнення суворої перевірки типів.
• esModuleInterop: Увімкнення взаємодії між модулями CommonJS та ES.

Приклад файлу tsconfig.json може виглядати так:

{
  "compilerOptions": {
    "target": "es2020",
    "module": "commonjs",
    "outDir": "./dist",
    "rootDir": "./src",
    "sourceMap": true,
    "strict": true,
    "esModuleInterop": true,
    "skipLibCheck": true,
    "forceConsistentCasingInFileNames": true
  },
  "include": [
    "src/**/*"
  ]
}

Ця конфігурація вказує компілятору TypeScript компілювати всі файли .ts в каталозі src, виводити скомпільовані файли JavaScript в каталог dist та генерувати карти джерела для налагодження.

Основні анотації типів та інтерфейси

TypeScript вводить анотації типів, які дозволяють вам явно вказувати типи змінних, параметрів функцій і значень, що повертаються. Це дозволяє компілятору TypeScript виконувати перевірку типів та виявляти помилки на ранній стадії.

Основні типи

TypeScript підтримує такі основні типи:

• string: Представляє текстові значення.
• number: Представляє числові значення.
• boolean: Представляє логічні значення (true або false).
• null: Представляє навмисну відсутність значення.
• undefined: Представляє змінну, якій не було присвоєно значення.
• symbol: Представляє унікальне та незмінне значення.
• bigint: Представляє цілі числа довільної точності.
• any: Представляє значення будь-якого типу (використовуйте економно).
• unknown: Представляє значення, тип якого невідомий (безпечніше, ніж any).
• void: Представляє відсутність значення, що повертається з функції.
• never: Представляє значення, яке ніколи не зустрічається (наприклад, функція, яка завжди генерує помилку).
• array: Представляє впорядковану колекцію значень одного типу (наприклад, string[], number[]).
• tuple: Представляє впорядковану колекцію значень з певними типами (наприклад, [string, number]).
• enum: Представляє набір іменованих констант.
• object: Представляє не примітивний тип.

Ось кілька прикладів анотацій типів:

let name: string = "John Doe";
let age: number = 30;
let isStudent: boolean = false;

function greet(name: string): string {
  return `Hello, ${name}!`;
}

let numbers: number[] = [1, 2, 3, 4, 5];

let person: { name: string; age: number } = {
  name: "Jane Doe",
  age: 25,
};

Інтерфейси

Інтерфейси визначають структуру об’єкта. Вони визначають властивості та методи, які повинен мати об’єкт. Інтерфейси — це потужний спосіб забезпечення безпеки типів і покращення зручності супроводження коду.

Ось приклад інтерфейсу:

interface User {
  id: number;
  name: string;
  email: string;
  isActive: boolean;
}

function getUser(id: number): User {
  // ... отримати дані користувача з бази даних
  return {
    id: 1,
    name: "John Doe",
    email: "john.doe@example.com",
    isActive: true,
  };
}

let user: User = getUser(1);

console.log(user.name); // John Doe

У цьому прикладі інтерфейс User визначає структуру об’єкта користувача. Функція getUser повертає об’єкт, який відповідає інтерфейсу User. Якщо функція повертає об’єкт, який не відповідає інтерфейсу, компілятор TypeScript видасть помилку.

Псевдоніми типу

Псевдоніми типу створюють нове ім’я для типу. Вони не створюють новий тип – вони просто дають існуючому типу більш описове або зручне ім’я.

type StringOrNumber = string | number;

let value: StringOrNumber = "hello";
value = 123;

// Псевдонім типу для складного об'єкту
type Point = {
 x: number;
 y: number;
};

const myPoint: Point = { x: 10, y: 20 };

Побудова простого API з TypeScript та Node.js

Давайте створимо простий REST API за допомогою TypeScript, Node.js та Express.js.

1. Встановіть Express.js та його визначення типів: Запустіть npm install express @types/express
2. Створіть файл з назвою src/index.ts з наступним кодом:

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

const app = express();
const port = process.env.PORT || 3000;

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

const products: Product[] = [
  { id: 1, name: 'Laptop', price: 1200 },
  { id: 2, name: 'Keyboard', price: 75 },
  { id: 3, name: 'Mouse', price: 25 },
];

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

app.get('/products/:id', (req: Request, res: Response) => {
  const productId = parseInt(req.params.id);
  const product = products.find(p => p.id === productId);

  if (product) {
    res.json(product);
  } else {
    res.status(404).json({ message: 'Product not found' });
  }
});

app.listen(port, () => {
  console.log(`Server is running on port ${port}`);
});

Цей код створює простий API Express.js з двома кінцевими точками:

• /products: Повертає список продуктів.
• /products/:id: Повертає певний продукт за ідентифікатором.

Інтерфейс Product визначає структуру об’єкта product. Масив products містить список об’єктів product, які відповідають інтерфейсу Product.

Щоб запустити API, вам потрібно буде скомпілювати код TypeScript і запустити сервер Node.js:

1. Скомпілюйте код TypeScript: Запустіть npm run tsc (можливо, вам знадобиться визначити цей скрипт у package.json як "tsc": "tsc").
2. Запустіть сервер Node.js: Запустіть node dist/index.js.

Потім ви можете отримати доступ до кінцевих точок API у своєму браузері або за допомогою такого інструменту, як curl:

curl http://localhost:3000/products
curl http://localhost:3000/products/1

Розширені методи TypeScript для серверної розробки

TypeScript пропонує кілька розширених функцій, які можуть ще більше підвищити безпеку типу та якість коду в серверній розробці.

Дженерики

Дженерики дозволяють писати код, який може працювати з різними типами, не жертвуючи безпекою типів. Вони забезпечують спосіб параметризувати типи, роблячи ваш код більш багаторазовим та гнучким.

Ось приклад узагальненої функції:

function identity<T>(arg: T): T {
  return arg;
}

let myString: string = identity<string>("hello");
let myNumber: number = identity<number>(123);

У цьому прикладі функція identity приймає аргумент типу T і повертає значення того самого типу. Синтаксис <T> вказує, що T є параметром типу. Коли ви викликаєте функцію, ви можете явно вказати тип T (наприклад, identity<string>) або дозволити TypeScript вивести його з аргументу (наприклад, identity("hello")).

Дискриміновані об’єднання

Дискриміновані об’єднання, також відомі як позначені об’єднання, є потужним способом представлення значень, які можуть бути одним із кількох різних типів. Вони часто використовуються для моделювання автоматів або представлення різних видів помилок.

Ось приклад дискримінованого об’єднання:

type Success = {
  status: 'success';
  data: any;
};

type Error = {
  status: 'error';
  message: string;
};

type Result = Success | Error;

function handleResult(result: Result) {
  if (result.status === 'success') {
    console.log('Success:', result.data);
  } else {
    console.error('Error:', result.message);
  }
}

const successResult: Success = { status: 'success', data: { name: 'John Doe' } };
const errorResult: Error = { status: 'error', message: 'Something went wrong' };

handleResult(successResult);
handleResult(errorResult);

У цьому прикладі тип Result є дискримінованим об’єднанням типів Success та Error. Властивість status є дискримінатором, який вказує, яким є значення. Функція handleResult використовує дискримінатор, щоб визначити, як обробляти значення.

Типи утиліт

TypeScript надає кілька вбудованих типів утиліт, які можуть допомогти вам маніпулювати типами та створювати більш стислий та виразний код. Деякі часто використовувані типи утиліт включають:

• Partial<T>: Робить усі властивості T необов'язковими.
• Required<T>: Робить усі властивості T обов'язковими.
• Readonly<T>: Робить усі властивості T лише для читання.
• Pick<T, K>: Створює новий тип лише з властивостями T, чиї ключі є в K.
• Omit<T, K>: Створює новий тип з усіма властивостями T, крім тих, чиї ключі є в K.
• Record<K, T>: Створює новий тип з ключами типу K та значеннями типу T.
• Exclude<T, U>: Виключає з T усі типи, які можна присвоїти U.
• Extract<T, U>: Витягує з T усі типи, які можна присвоїти U.
• NonNullable<T>: Виключає null та undefined з T.
• Parameters<T>: Отримує параметри типу функції T у кортежі.
• ReturnType<T>: Отримує тип повернення типу функції T.
• InstanceType<T>: Отримує тип екземпляра типу функції конструктора T.

Ось кілька прикладів використання типів утиліт:

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

// Зробити всі властивості User необов'язковими
type PartialUser = Partial<User>;

// Створити тип лише з властивостями name та email User
type UserInfo = Pick<User, 'name' | 'email'>;

// Створити тип з усіма властивостями User, крім id
type UserWithoutId = Omit<User, 'id'>;

Тестування додатків TypeScript Node.js

Тестування є важливою частиною створення надійних та надійних серверних додатків. Під час використання TypeScript ви можете використовувати систему типів для написання більш ефективних тестів, які підтримуються.

Популярні фреймворки для тестування для Node.js включають Jest і Mocha. Ці фреймворки надають різноманітні функції для написання модульних тестів, інтеграційних тестів та наскрізних тестів.

Ось приклад модульного тестування за допомогою Jest:

// src/utils.ts
export function add(a: number, b: number): number {
  return a + b;
}

// test/utils.test.ts
import { add } from '../src/utils';

describe('add', () => {
  it('should return the sum of two numbers', () => {
    expect(add(1, 2)).toBe(3);
  });

  it('should handle negative numbers', () => {
    expect(add(-1, 2)).toBe(1);
  });
});

У цьому прикладі функція add перевіряється за допомогою Jest. Блок describe групує пов’язані тести разом. Блоки it визначають окремі тестові випадки. Функція expect використовується для тверджень про поведінку коду.

Під час написання тестів для коду TypeScript важливо переконатися, що ваші тести охоплюють усі можливі сценарії типів. Це включає тестування з різними типами входів, тестування з нульовими та невизначеними значеннями, а також тестування з недійсними даними.

Найкращі практики для розробки TypeScript Node.js

Щоб переконатися, що ваші проекти TypeScript Node.js добре структуровані, зручні у супроводженні та масштабовані, важливо дотримуватися деяких найкращих практик:

• Використовуйте суворий режим: Увімкніть суворий режим у файлі tsconfig.json, щоб забезпечити суворішу перевірку типів і виявляти потенційні помилки на ранній стадії.
• Визначайте чіткі інтерфейси та типи: Використовуйте інтерфейси та типи, щоб визначити структуру ваших даних та забезпечити безпеку типів у вашому додатку.
• Використовуйте дженерики: Використовуйте дженерики для написання коду, який можна використовувати повторно та працювати з різними типами, не жертвуючи безпекою типів.
• Використовуйте дискриміновані об’єднання: Використовуйте дискриміновані об’єднання, щоб представляти значення, які можуть бути одним із кількох різних типів.
• Пишіть комплексні тести: Пишіть модульні тести, інтеграційні тести та наскрізні тести, щоб переконатися, що ваш код працює правильно, а ваш додаток стабільний.
• Дотримуйтесь узгодженого стилю кодування: Використовуйте форматувач коду, наприклад Prettier, і лінтер, наприклад ESLint, щоб забезпечити послідовний стиль кодування та виявляти потенційні помилки. Це особливо важливо під час роботи з командою для підтримки узгодженої кодової бази. Існує багато параметрів конфігурації для ESLint та Prettier, якими можна поділитися в команді.
• Використовуйте ін'єкцію залежностей: Ін'єкція залежностей — це шаблон проектування, який дозволяє вам розділяти код і зробити його більш зручним для тестування. Такі інструменти, як InversifyJS, можуть допомогти вам реалізувати ін'єкцію залежностей у ваших проектах TypeScript Node.js.
• Реалізуйте належну обробку помилок: Реалізуйте надійну обробку помилок, щоб перехоплювати та обробляти винятки належним чином. Використовуйте блоки try-catch та ведення журналу помилок, щоб запобігти збою вашого додатку та надати корисну інформацію для налагодження.
• Використовуйте пакувальник модулів: Використовуйте пакувальник модулів, як-от Webpack або Parcel, щоб об’єднати ваш код та оптимізувати його для виробництва. Хоча їх часто пов’язують із розробкою інтерфейсу, пакувальники модулів також можуть бути корисними для проектів Node.js, особливо під час роботи з модулями ES.
• Розгляньте можливість використання фреймворку: Вивчіть фреймворки, такі як NestJS або AdonisJS, які надають структуру та угоди для створення масштабованих та зручних у супроводженні додатків Node.js з TypeScript. Ці фреймворки часто включають такі функції, як ін’єкція залежностей, маршрутизація та підтримка проміжного програмного забезпечення.

Рекомендації щодо розгортання

Розгортання додатку TypeScript Node.js аналогічне розгортанню стандартного додатку Node.js. Однак є кілька додаткових міркувань:

• Компіляція: Вам потрібно буде скомпілювати код TypeScript у JavaScript перед розгортанням. Це можна зробити в рамках процесу збірки.
• Карти джерел: Подумайте про включення карт джерел у ваш пакет розгортання, щоб полегшити налагодження у виробництві.
• Змінні середовища: Використовуйте змінні середовища, щоб налаштувати ваш додаток для різних середовищ (наприклад, розробка, проміжна версія, виробництво). Це стандартна практика, але вона стає ще важливішою під час роботи з скомпільованим кодом.

Популярні платформи розгортання для Node.js включають:

• AWS (Amazon Web Services): Пропонує різноманітні служби для розгортання додатків Node.js, включаючи EC2, Elastic Beanstalk та Lambda.
• Google Cloud Platform (GCP): Надає послуги, подібні до AWS, включаючи Compute Engine, App Engine та Cloud Functions.
• Microsoft Azure: Пропонує такі служби, як віртуальні машини, App Service та Azure Functions для розгортання додатків Node.js.
• Heroku: Платформа як сервіс (PaaS), яка спрощує розгортання та керування програмами Node.js.
• DigitalOcean: Надає віртуальні приватні сервери (VPS), які можна використовувати для розгортання додатків Node.js.
• Docker: Технологія контейнеризації, яка дозволяє вам упакувати ваш додаток та його залежності в один контейнер. Це полегшує розгортання вашого додатку в будь-якому середовищі, яке підтримує Docker.

Висновок

TypeScript пропонує значне покращення порівняно з традиційним JavaScript для створення надійних та масштабованих серверних додатків з Node.js. Використовуючи безпеку типів, покращену підтримку IDE та розширені функції мови, ви можете створити більш зручні у супроводженні, надійні та ефективні серверні системи. Незважаючи на криву навчання, пов’язану з прийняттям TypeScript, довгострокові переваги з точки зору якості коду та продуктивності розробників роблять його вартим інвестицій. Оскільки попит на добре структуровані та зручні у супроводженні програми продовжує зростати, TypeScript готовий стати все більш важливим інструментом для серверних розробників у всьому світі.