nestjs之策略模式的应用

策略模式（Strategy Pattern）是一种软件设计模式，它定义了算法族，分别封装起来，使它们可以互相替换。策略模式让算法的变化独立于使用算法的客户。这种模式涉及到三个角色：

1. 上下文（Context）：持有一个策略类的引用，用来与策略类交互。
2. 策略接口（Strategy Interface）：定义了每个策略或算法必须遵循的接口。
3. 具体策略（Concrete Strategies）：实现策略接口的类，提供具体的算法实现。

策略模式的优点

• 分离算法：策略模式通过分离算法和上下文来提高内聚性和灵活性。
• 易于扩展：可以定义新的策略而不影响到其他的代码。
• 避免条件语句：策略模式避免了使用多重条件选择语句。

举例说明

假设我们正在开发一个导航系统，需要支持多种路线规划算法，例如最短路径、最少时间和避开高速。

当使用 TypeScript 来实现策略模式时，基本的模式和概念与 Java 类似，只是语法稍有不同。以下是使用 TypeScript 实现策略模式的示例：

首先，定义策略接口和具体策略类：

// 策略接口
interface RouteStrategy {
  buildRoute(pointA: string, pointB: string): string;
}

// 具体策略类 - 最短路径策略
class ShortestPathStrategy implements RouteStrategy {
  buildRoute(pointA: string, pointB: string): string {
    return `最短路径从 ${pointA} 到 ${pointB}`;
  }
}

// 具体策略类 - 最少时间策略
class MinTimeStrategy implements RouteStrategy {
  buildRoute(pointA: string, pointB: string): string {
    return `最少时间路径从 ${pointA} 到 ${pointB}`;
  }
}

// 具体策略类 - 避开高速策略
class AvoidHighwaysStrategy implements RouteStrategy {
  buildRoute(pointA: string, pointB: string): string {
    return `避开高速的路径从 ${pointA} 到 ${pointB}`;
  }
}

接下来，创建上下文类和使用策略模式：

// 上下文类
class NavigationContext {
  private strategy: RouteStrategy;

  setRouteStrategy(strategy: RouteStrategy): void {
    this.strategy = strategy;
  }

  buildRoute(pointA: string, pointB: string): string {
    return this.strategy.buildRoute(pointA, pointB);
  }
}

// 使用策略模式
const context = new NavigationContext();

// 选择最短路径策略
context.setRouteStrategy(new ShortestPathStrategy());
console.log(context.buildRoute("起点", "终点"));

// 切换到最少时间策略
context.setRouteStrategy(new MinTimeStrategy());
console.log(context.buildRoute("起点", "终点"));

// 切换到避开高速策略
context.setRouteStrategy(new AvoidHighwaysStrategy());
console.log(context.buildRoute("起点", "终点"));

在这个例子中，RouteStrategy 是策略接口，ShortestPathStrategy、MinTimeStrategy 和 AvoidHighwaysStrategy 是实现了不同路线规划算法的具体策略类。NavigationContext 是上下文，负责接受不同的策略并使用它们来构建路线。这样，当需要改变路线规划算法时，只需更换不同的策略类即可，无需修改 NavigationContext 的代码。

理解和运用这些设计模式可以帮助你更有效地使用 NestJS 构建可维护和可扩展的应用程序。

在 NestJS 中，策略模式主要用于以下几个领域：

Authentication

在 NestJS 中实现策略模式主要是通过 Guards 来完成的，特别是在处理授权（Authorization）时。我们可以通过定义不同的 Guards 来实现不同的授权策略，例如基于角色的授权（RBAC）或者是基于权限的授权。

示例：基于角色的访问控制（RBAC）

假设我们有一个简单的应用程序，它有两种用户角色：普通用户（User）和管理员（Admin）。我们想要实现的是，某些操作只能由管理员执行。

步骤 1：定义角色

首先，我们定义一个角色枚举（Enum）。

export enum Role {
  User = 'user',
  Admin = 'admin',
}

步骤 2：创建 Roles 装饰器

接下来，我们创建一个自定义装饰器来标记特定的路由需要特定的角色。

import { SetMetadata } from '@nestjs/common';

export const Roles = (...roles: Role[]) => SetMetadata('roles', roles);

步骤 3：实现 RolesGuard

然后，我们实现一个 RolesGuard，它将检查用户是否具有访问特定路由所需的角色。

import { CanActivate, ExecutionContext, Injectable } from '@nestjs/common';
import { Reflector } from '@nestjs/core';

@Injectable()
export class RolesGuard implements CanActivate {
  constructor(private reflector: Reflector) {}

  canActivate(context: ExecutionContext): boolean {
    const roles = this.reflector.get<Role[]>('roles', context.getHandler());
    if (!roles) {
      return true;
    }
    const request = context.switchToHttp().getRequest();
    const user = request.user;
    return roles.some(role => user.roles?.includes(role));
  }
}

在这个 Guard 中，我们使用 Reflector 来获取与当前路由处理程序相关联的角色。然后，我们检查当前用户是否具有这些角色之一。

步骤 4：应用 RolesGuard

最后，我们需要在模块中注册这个 Guard 并应用到具体的路由上。

// 在模块中
@Module({
  providers: [
    {
      provide: APP_GUARD,
      useClass: RolesGuard,
    },
  ],
})
export class AppModule {}

// 在控制器中
@Controller('items')
export class ItemsController {
  @Get()
  @Roles(Role.Admin) // 只有管理员可以访问
  findAll() {
    // ...
  }
}

在这个例子中，RolesGuard 作为一个策略，用于控制对特定路由的访问。通过简单地更改 @Roles 装饰器中的参数，我们可以轻松地改变访问控制的策略，而无需修改其他业务逻辑。

Logging

在 NestJS 中实现日志策略模式通常涉及到自定义日志服务。这样，你可以根据需要切换或扩展不同的日志策略，例如输出日志到控制台、文件、远程服务器等。

示例：自定义日志服务

假设我们需要实现两种日志策略：一种是简单地将日志输出到控制台，另一种是将日志记录到文件中。

步骤 1：定义日志接口

首先，我们定义一个日志接口（LoggerService），它描述了日志服务应该实现的方法。

interface LoggerService {
  log(message: string): void;
  error(message: string, trace: string): void;
  warn(message: string): void;
  debug(message: string): void;
  verbose(message: string): void;
}

步骤 2：实现具体的日志策略

接下来，我们实现两个具体的日志策略，分别是 ConsoleLogger 和 FileLogger。

@Injectable()
class ConsoleLogger implements LoggerService {
  log(message: string) { console.log(message); }
  // ...实现其他方法
}

@Injectable()
class FileLogger implements LoggerService {
  log(message: string) {
    // 将消息写入文件
  }
  // ...实现其他方法
}

步骤 3：动态选择日志策略

然后，我们可以根据需要在应用中动态选择使用哪个日志策略。

@Module({
  providers: [
    {
      provide: 'LoggerService',
      useClass: process.env.NODE_ENV === 'development' ? ConsoleLogger : FileLogger,
    },
  ],
})
export class AppModule {}

在这个模块中，我们根据环境变量来决定使用 ConsoleLogger 还是 FileLogger。

步骤 4：使用日志服务

在应用的其他部分，我们可以注入并使用 LoggerService。

@Controller('items')
export class ItemsController {
  constructor(@Inject('LoggerService') private logger: LoggerService) {}

  @Get()
  findAll() {
    this.logger.log('Fetching all items');
    // ...业务逻辑
  }
}

在这个控制器中，我们通过构造函数注入了 LoggerService。不论底层使用的是哪种日志策略，我们都可以通过相同的方式记录日志。

Exception Handling

在 NestJS 中，异常处理通常通过异常过滤器（Exception Filters）来实现，这可以被视为一种策略模式的应用。异常过滤器允许你定义不同的处理策略来处理不同类型的异常。以下是一个详细的例子，展示如何在 NestJS 中使用异常过滤器来实现异常处理的策略模式。

示例：自定义异常过滤器

假设我们的应用需要特定的处理方式来处理数据库异常和 HTTP 异常。

步骤 1：创建自定义异常过滤器

首先，我们创建两个异常过滤器，一个用于处理数据库异常，另一个用于处理 HTTP 异常。

import { ExceptionFilter, Catch, ArgumentsHost, HttpException } from '@nestjs/common';

@Catch(HttpException)
export class HttpExceptionFilter implements ExceptionFilter {
  catch(exception: HttpException, host: ArgumentsHost) {
    const ctx = host.switchToHttp();
    const response = ctx.getResponse();
    const status = exception.getStatus();

    response
      .status(status)
      .json({
        statusCode: status,
        timestamp: new Date().toISOString(),
        message: exception.message,
      });
  }
}

@Catch(DatabaseException)
export class DatabaseExceptionFilter implements ExceptionFilter {
  catch(exception: DatabaseException, host: ArgumentsHost) {
    // 处理数据库异常的逻辑
  }
}

步骤 2：注册异常过滤器

接下来，我们需要在应用中注册这些异常过滤器。你可以全局注册或针对特定控制器或路由注册。

• 全局注册:

  @Module({
    // ...
    providers: [
      {
        provide: APP_FILTER,
        useClass: HttpExceptionFilter,
      },
      {
        provide: APP_FILTER,
        useClass: DatabaseExceptionFilter,
      },
    ],
  })
  export class AppModule {}

• 针对特定控制器的注册:

  @Controller('users')
  @UseFilters(new HttpExceptionFilter(), new DatabaseExceptionFilter())
  export class UsersController {
    // ...
  }

步骤 3：触发异常

在应用的任何地方抛出异常，对应的过滤器将会捕获并处理它。

@Controller('users')
export class UsersController {
  @Get(':id')
  findOne(@Param('id') id: string): string {
    throw new HttpException('User not found', HttpStatus.NOT_FOUND);
  }
}

在这个例子中，当 findOne 方法抛出 HttpException 时，HttpExceptionFilter 会被触发，并按照其逻辑处理异常。

Request Processing

在 NestJS 中，请求处理（Request Processing）通常涉及拦截器（Interceptors），这些拦截器可以被视为一种策略模式的实现。拦截器允许你在请求处理流程中插入自定义逻辑，比如日志记录、响应转换、错误处理等。接下来我将通过一个详细的例子来说明如何在 NestJS 中使用拦截器实现请求处理的策略。

示例：响应转换拦截器

假设我们需要一个拦截器来统一格式化所有 API 响应。这个拦截器将拦截出站响应，并将其转换为一个标准的格式。

步骤 1：创建拦截器

首先，我们创建一个名为 TransformInterceptor 的拦截器。

import { Injectable, NestInterceptor, ExecutionContext, CallHandler } from '@nestjs/common';
import { Observable } from 'rxjs';
import { map } from 'rxjs/operators';

@Injectable()
export class TransformInterceptor<T> implements NestInterceptor<T, Response<T>> {
  intercept(context: ExecutionContext, next: CallHandler): Observable<Response<T>> {
    return next.handle().pipe(
      map(data => ({
        data,
        timestamp: new Date().toISOString(),
        path: context.switchToHttp().getRequest().url,
      }))
    );
  }
}

interface Response<T> {
  data: T;
  timestamp: string;
  path: string;
}

在这个拦截器中，我们通过 rxjs 的 map 操作符来转换处理函数返回的数据。我们把数据包装成一个对象，其中包含数据、时间戳和请求路径。

步骤 2：注册拦截器

接下来，我们需要在应用中注册这个拦截器。有两种方式可以注册拦截器：全局注册和针对特定路由的注册。

• 全局注册:

  @Module({
    // ...
    providers: [
      {
        provide: APP_INTERCEPTOR,
        useClass: TransformInterceptor,
      },
    ],
  })
  export class AppModule {}

• 针对特定路由的注册:

  在特定控制器或者处理函数上使用拦截器：

  @Controller('items')
  @UseInterceptors(TransformInterceptor)
  export class ItemsController {
    // ...
  }

步骤 3：使用拦截器

一旦拦截器被注册，它就会自动应用于你的请求处理流程。在上面的例子中，任何通过 ItemsController 的响应都会被 TransformInterceptor 拦截并格式化。

Validation and Transformation

从源码层面详细分析 NestJS 中的管道（Pipes）是一个涉及到多个文件和类的复杂过程，但我会尽量简化并解释关键部分。

管道的基本原理

在 NestJS 中，管道（Pipes）是负责处理输入数据的中间件，它们在控制器处理函数执行之前运行。管道可以执行数据转换或数据验证。当你在控制器的参数前使用管道，NestJS 会在将请求传递给处理函数之前执行这些管道。

核心类：ValidationPipe

以 ValidationPipe 为例，这是一个内置的管道，通常用于 DTO（Data Transfer Object）验证。我们将从它的源码开始分析。

1. ValidationPipe的定义

   ValidationPipe 是一个实现了 PipeTransform 接口的类。PipeTransform 接口要求实现一个名为 transform 的方法。

   export class ValidationPipe implements PipeTransform<any> {
     async transform(value, metadata: ArgumentMetadata) {
       // ...验证逻辑
     }
   }

2. 使用 Class Validator 进行验证

   ValidationPipe 的 transform 方法使用 class-validator 库来验证输入数据。如果数据不符合 DTO 定义的规则，它会抛出异常。

   import { validate } from 'class-validator';
   
   async transform(value, { metatype }): Promise<any> {
     if (!metatype || !this.toValidate(metatype)) {
       return value;
     }
     const object = plainToClass(metatype, value);
     const errors = await validate(object);
     if (errors.length > 0) {
       throw new BadRequestException('Validation failed');
     }
     return value;
   }

3. 调用管道

   当请求到达控制器时，NestJS 会根据控制器方法的装饰器（如 @Body）来确定需要应用哪个管道。

   在 @Body(new ValidationPipe()) 的情况下，NestJS 会创建一个 ValidationPipe 实例，并调用它的 transform 方法，将传入的请求体作为参数。

4. 异常处理

   如果验证失败，ValidationPipe 会抛出一个 BadRequestException。NestJS 捕获这个异常，并根据异常类型生成相应的 HTTP 响应。