10 الگوی طراحی برتر Node.js برای ساخت اپلیکیشن‌های مقیاس‌پذیر

در توسعه نرم‌افزار، ساخت یک اپلیکیشن موفق تنها به نوشتن کد‌های درست و بدون خطا نیست، بلکه مهم‌ترین توانایی که آن اپلیکیشن باید در اختیار داشته باشد؛ پاسخ گویی به رشد تدریجی کاربران و افزایش فشار کاری است. به‌خصوص در اپلیکیشن‌های مبتنی بر Node.js، که در آن مقیاس‍‌پذیری و حفظ عملکرد مناسب در شرایط پر فشار، یکی از چالش‌های جدی به شمار می‌رود. در چنین شرایطی، استفاده کردن از الگوهای طراحی می‌تواند نقش کلیدی را برای شما ایفا کند. این الگوها در حقیقت راه‌کار‌هایی هستند که طی سال‌ها تجربه در پروژه‌های مختلف به دست آمده است و به توسعه دهندگان کمک می‌کند تا بتوانند ساختار اصولی، منظم و قابل توسعه برای برنامه‌های خود را بسازند. با استفاده و کمک‌گیری از این الگوها می‌توانید از بروز مشکلاتی همچون پیچیدگی بیش از حد، افت عملکرد یا دشواری در نگهداری کد جلوگیری کنید.

در ادامه این مطلب از لیارا با 10 الگوی طراحی مهم و کاربردی آشنا خواهید شد که هر توسعه دهنده Node.js برای ساخت اپلیکیشن‌های سریع، پایدار و مقیاس‌پذیر باید آن‌ها را بشناسد و بتواند به درستی از آن استفاده کند.

بدون هیچ‌گونه پیکربندی پیچیده، هاست NodeJS را در چند ثانیه راه‌اندازی کنید!
✅ عملکرد بالا ✅ بدون نیاز به پیکربندی ✅ راه‌اندازی سریع
خرید هاست ابری NodeJS

آنچه در ادامه خواهید خواند:

• Node.js چیست؟
• 10 الگوی طراحی برتر Node.js
• سوالات متداول
• جمع بندی

Node.js چیست؟

Node.js یک پلتفرم رایگان و متن‌باز است که به دلیل سرعت بالا و انعطاف‌پذیری‌اش، بین توسعه‌دهندگان در سراسر جهان بسیار محبوب شده است. متن‌باز بودن این پلتفرم به برنامه‌نویسان اجازه می‌دهد تا به کدهای اصلی دسترسی داشته باشند و در صورت نیاز، آن را برای پروژه‌های خود شخصی‌سازی کنند. همین ویژگی ازرگ و حائز اهمیت باعث شده است که Node.js به‌مرور زمان به یک ابزار ماندگار، بهینه و قابل اعتماد تبدیل شود.

یکی از مهم‌ترین دلایل سرعت بالای Node.js، استفاده از موتور V8 گوگل و مدل پردازش ناهمگام است. این ترکیب باعث می‌شود برنامه‌ها بتوانند درخواست‌های زیادی را به‌صورت هم‌زمان و بدون وقفه پردازش کنند.

Node.js چیست؟
Node.js

10 الگوی طراحی برتر Node.js

در ادامه 10 الگوی برتر Node.js که می‌توانید از آن‌ها استفاده کنید را برای شما عزیزان به صورت کامل شرح داده‌ایم و برای هر کدام از این الگوها مثال‌هایی را به صورت دقیق نام برده‌ایم.

الگوی ماژول (Module Pattern)

الگوی ماژول یکی از پایه‌ای‌ترین مفاهیم در Node.js به حساب می‌آید، چرا که با استفاده از آن می‌توانید کد را به صورت ماژول‌های جداگانه و مستقل بنویسید. این الگو به توسعه‌دهنده این قابلیت را می‌دهد که بخش‌های مختلف برنامه را به صورت کدهای کوچک‌تر با توجه به اینکه هر کدام با یک وظیفه مشخصی باشند، تقسیم کند. نتیجه این کار، افزایش خوانایی کد و آسان‌تر شدن روند تست و نگهداری آن خواهد بود.

به مثال زیر توجه کنید.

// logger.js
const Logger = {
    log: (message) => console.log(message),
    error: (message) => console.error(message)
};

module.exports = Logger;

استفاده از ماژول‌ها باعث می‌شود که توسعه و مقیاس پذیری اپلیکیشن‌ها بسیار آسان‌تر شود، به این دلیل که عملکرد‌های مختلف برنامه به بخش‌های منطقی و منظم‌تر تقسیم‌بندی می‌‌شود.

معرفی هاست رایگان Node.js
هاست رایگان Node.js

الگوی سینگلتون (Singleton Pattern)

شاید شما هم در بعضی از مواقع نیاز داشته باشید تا یک نمونه واحد از یک کلاس یا یک شی را که در طول اپلیکیشن تان داشته باشد. حال این سوال پیش می‌آید که برای حل این چالش باید چه کرد؟!
در جواب باید به شما بگوییم که می‌توانید از الگوی سینگلتون استفاده کنید. این الگو برای مواردی مانند ارتباط با پایگاه داده یا کش کردن اطلاعات مفید است. در جمله ای کوتاه تر می‌تواند به بهبود عملکرد و یکپارچگی داده ها کمک کند.

برای درک بهتر به مثال زیر توجه کنید.

class Database {
    constructor() {
        if (!Database.instance) {
            Database.instance = this;
        }
        return Database.instance;
    }
}

const instance = new Database();
Object.freeze(instance);

module.exports = instance;

الگوی سینگلتون از مصرف بی‌مورد منابع جلوگیری می‌کند و نمی‌گذارد که یک یا چندین شی مشابه ایجاد بشود.

الگوی کارخانه (Factory Pattern)

الگوی کارخانه به شما این اجازه را می‌دهد تا بتوانید اشیاء را بدون نیاز به تعیین کلاس دقیق آن‌ها بسازید. در Node.js، این الگو برای مدیریت انواع مختلف اشیاء به صورت مقیاس پذیر بسیار مفید خواهد بود، به‌عنوان مثال در زمانی که بخواهید بر اساس پارامترهای درخواست، سرویس‌های مختلفی را بسازید، می‌توانید از این الگو استفاده کنید.

برای شناخت بهتر و درک کامل مثال زیر را با دقت مطالعه کنید.

class UserService {
    // user-specific logic
}
class AdminService {
    // admin-specific logic
}
const ServiceFactory = {
    createService: (type) => {
        if (type === 'user') return new UserService();
        if (type === 'admin') return new AdminService();
    }
};

const userService = ServiceFactory.createService('user');

این روش بسیار انعطاف‌پذیر است و می‌توانید برای افزودن انواع جدید داده‌ها از آن استفاده کنید. این الگو به شما کمک می‌کند تا منطق اشیاء را با استفاده از آن جداسازی کنید.

معرفی هاست NestJS رایگان
هاست NestJS رایگان

الگوی پروکسی (Proxy Pattern)

الگوی پروکسی لایه‌ای را بین یک شیء قرار می‌دهد و معمولا برای کنترل دسترسی یا افزودن فعالیت‌های اضافی مانند کش (Caching) کردن یا اعتبار سنجی از این الگو استفاده می‌شود. این الگو برای بهبود دادن امنیت یا عملکرد بسیار مناسب خواهد بود. پروکسی‌ها در نظارت و کنترل دسترسی بسیار مفید هستند، به‌خصوص در زمانی که با API های خارجی در ارتباط هستید.

با شرح مثال این الگو را بشناسید.

const fetch = require('node-fetch');

const proxyFetch = new Proxy(fetch, {
    apply: (target, thisArg, args) => {
        console.log(`Fetching URL: ${args[0]}`);
        return target.apply(thisArg, args);
    }
});

proxyFetch('https://example.com');

الگوی دکوریتور (Decorator Pattern)

الگوی دکوریتور به شما این قابلیت را می‌دهد که بدون تغییر دادن کد اصلی برنامه، امکانات جدیدی را به آن اضافه کنید. به عنوان مثال در برنامه‌های Node.js می‌توانید با استفاده از این الگو، ویژگی‌هایی مانند ثبت لاگ (Log)، بررسی هویت کاربر یا محدود کردن تعداد درخواست‌ها رو به قسمت‌های مختلف برنامه اضافه کنید، بدون اینکه به کدهای اصلی آن بخش دست بزنید. به این روش هم ساختار برنامه شما مرتب باقی می‌ماند و هم راحت می‌توانید قابلیت‌های جدید را به آن ضافه کنید. هم خیلی راحت می‌توانید قابلیت‌های جدیدی را به آن اضافه کنید.

به مثال زیر توجه کنید.

const authMiddleware = (fn) => {
    return (req, res) => {
        if (req.isAuthenticated) fn(req, res);
        else res.status(401).send('Unauthorized');
    };
};

app.get('/secure', authMiddleware((req, res) => {
    res.send('Welcome to the secure area!');
}));

الگوی ناظر (Observer Pattern)

الگوی ناظر به اشیاء‌ها این قابلیت را می‌دهد تا بتوانند به صورت مشترک به رویداد‌ها و یا تغییرات در وضعیت‌ها واکنش نشان دهند. یکی از نمونه‌های داخلی این الگو در Node.js , EventEmitter است که برای مدیریت معماری‌های رویداد محور و بلادرنگ از آن استفاده می‌شود. این الگو برای ساخت اپلیکیشن‌هایی که به رویدادها و واکنش سریعی می‌دهند بسیار مفید خواهد بود.

برای درک بهتر مثال زیر را مطالعه کنید.

const EventEmitter = require('events');
const eventEmitter = new EventEmitter();

eventEmitter.on('userLoggedIn', (username) => {
    console.log(`${username} has logged in`);
});

eventEmitter.emit('userLoggedIn', 'JaneDoe');

نحوه نصب Node.js روی سرور مجازی اوبونتو Ubuntu
نصب Node.js روی سرور مجازی اوبونتو

الگوی فرمان (Command Pattern)

الگوی فرمان درخواست‌ها را به عنوان یک شیء کپسوله (Encapsulation) می‌کند، به صورتی که می‌توان آن را با صف‌ها، لاگ برداری یا قابلیت‌های لغو پارامتر گذاری کنید. این الگو برای مدیریت دستورات کاربر یا درخواست‌های API بسیار مفید خواهد بود. این الگو می‌تواند منطق پیچیده را تا حد زیادی ساده سازی کند و عملیات را به دستورات فردی تقسیم کند.

برای شناخت بهتر الگوی فرمان مثال زیر را با دقت بخوانید.

class Command {
    execute() {
        throw 'Execute method must be implemented';
    }
}

class SaveFileCommand extends Command {
    execute() {
        console.log('File saved');
    }
}

const commands = [new SaveFileCommand()];

الگوی استراتژی (Strategy Pattern)

الگوی استراتژی یک مجموعه بزرگ از الگوریتم‌ها را تعریف می‌کند و به آن‌ها قابلیت تعویض پذیری را می‌دهد. از این الگو می‌توانید در موقعیت‌هایی که به منطق انعطاف پذیری مانند پردازش پرداخت یا مرتب سازی داده‌ها نیاز داشتید استفاده کنید.

برای اینکه بتوانید الگوی استراتژی را بهتر بشناسید مثال زیر را مرور کنید.

class Payment {
    process() { throw 'Process method must be implemented'; }
}
class CreditCardPayment extends Payment {
    process() { console.log('Processing credit card payment'); }
}
class PaypalPayment extends Payment {
    process() { console.log('Processing PayPal payment'); }
}

const paymentProcessor = (paymentType) => {
    paymentType.process();
};

paymentProcessor(new CreditCardPayment());

۱۰ ترفند جاوا اسکریپت که فقط توسعه‌دهندگان حرفه‌ای از آن‌ها خبر دارند!
جاوا اسکریپت

الگوی میدل ویر (Middleware Pattern)

الگوی میدل ویر (Middleware Pattern) که معمولا در Express.js از آن استفاده می‌شود، به شما این قابلیت را می‌دهد که درخواست‌ها را از طریق مجموعه‌ای از توابع پردازش استفاده کنید. این الگو برای افزودن لایه‌هایی مانند احراز هویت، مدیریت خطا و تبدیل داده‌ها از آن استفاده می‌شود.

مثال زیر را با دقت مطالعه کنید.

const logger = (req, res, next) => {
    console.log(`Request URL: ${req.url}`);
    next();
};
app.use(logger);

میدل ویر با ماژولار (Modular design)، مراحل پردازش درخواست و مقیاس پذیری را افزایش می‌دهد.

الگوی ناهمزمان (Asynchronous Pattern)

الگوهای ناهمزمان، مانند async/await و promises در Node.js برای مدیریت عملیات‌های ورودی و خروجی غیر بلاکینگ (Non-blocking) ضروری هستند. این الگو‌ها تضمین می‌کنند که درخواست‌ها به دلیل کد‌های همگام (synchronous) کند شوند.

const fetchData = async () => {
    const data = await fetch('https://api.example.com/data');
    console.log(data);
};

fetchData();

استفاده صحیح از الگوهای ناهمزمان می‌تواند پاسخگویی و کارایی اپلیکیشن شما را به خصوص در زمان‌های بار سنگین بهبود ببخشد. درک این الگوهای طراحی برای ساخت اپلیکیشن‌های مقیاس پذیر، قابل نگهداری و با عملکرد بالا در Node.js بسیار ضروری است. پیاده سازی آن‌ها در موارد مناسب، می‌تواند به آینده نگری کد شما کمک کند و ساختار تمیز تر و منظم تری را به اپلیکیشن شما بدهد. چه در حال مدیریت ترافیک زیاد باشید، چه منطق تجاری پیچیده می‌توانید آن را پردازش کنید و یا با استفاده از API های مختلف یکپارچه سازی را انجام دهید، این الگو‌های پایه بسیار مناسب برای ساخت اپلیکیشن های Node.js هستند.

همین الان، بدون کمترین پیچیدگی، سرور مجازی خودتون رو در کمتر از ۳۰ ثانیه، راه‌اندازی کنید.
✅ عملکرد پایدار ✅ ترافیک نامحدود ✅ هزینه به‌صرفه
خرید سرور مجازی ابری

سوالات متداول

در ادامه به سوالاتی که امکان دارد در این زمینه برای شما بدون پاسخ بماند، جواب‌های کوتاه اما مفیدی داده‌ایم که با استفاده از آن می‌توانید به سوال خود پاسخ صحیحی را بدهید.

Node.js چیست؟

Node.js یک پلتفرم منبع‌باز است که برای اجرای برنامه‌های جاوا اسکریپت از سرور طراحی شده است. این پلتفرم از موتور V8 گوگل استفاده می‌کند و توسعه‌دهندگان می‌توانند اپلیکیشن‌های سریع و مقیاس‌پذیری را بسازند. Node.js برای اپلیکیشن‌هایی که نیاز به پردازش همزمان تعداد زیادی درخواست دارند، بسیار مناسب است.

چرا باید از Node.js استفاده کنیم؟

Node.js برای پروژه‌هایی که به پردازش همزمان نیاز دارند بسیار مناسب است. این پلتفرم از معماری ناهمگام (asynchronous) و حلقه رویداد (event loop) استفاده می‌کند که باعث می‌شود برنامه‌های Node.js سریع‌تر و کارآمدتر باشند. همچنین، چون با جاوا اسکریپت نوشته شده است، توسعه‌دهندگان می‌توانند هم در سمت سرور و هم در سمت کلاینت از یک زبان واحد استفاده کنند.

چطور یک برنامه‌ی Node.js را برای محیط تولید روی سرور مجازی اوبونتو Ubuntu راه‌اندازی کنیم؟
 راه‌اندازی Node.js برای محیط تولید 

فرق بین Node.js و JavaScript در مرورگر چیست؟

JavaScript در مرورگر بیشتر برای تعامل با کاربران و دستکاری مدل شیء سند (DOM) استفاده می‌شود، در حالی که Node.js از جاوا اسکریپت برای نوشتن برنامه‌های سمت سرور استفاده می‌کند. Node.js به جای استفاده از API های مرورگر، از API هایی مانند فایل سیستم، شبکه و پروسه‌های سیستم‌عامل پشتیبانی می‌کند.

چگونه می‌توانم پکیج‌ها را در Node.js نصب کنم؟

برای نصب پکیج‌ها در Node.js، می‌توانید از ابزار npm (Node Package Manager) استفاده کنید. از دستور زیر برای نصب پکیج‌ها استفاده کنید.

npm install <package-name>

همچنین برای نصب پکیج می‌توانید از گزینه -g استفاده کرد.

مفهوم Callback در Node.js به چه معنا است؟

یک تابع است که به‌عنوان آرگومان به توابع دیگر ارسال می‌شود و هنگامی که عملیات به پایان رسید، فراخوانی می‌شود. این روش برای عملیات‌های غیرهمزمان مثل خواندن فایل‌ها یا انجام درخواست‌های HTTP استفاده می‌شود.

چگونه می‌توان از Express.js در Node.js استفاده کرد؟

Express.js یک فریمورک وب است که بر پایه Node.js ساخته شده است و ساخت اپلیکیشن‌های وب و API های RESTful را ساده تر می‌کند. برای استفاده از Express، ابتدا باید آن را نصب کرده و سپس از آن برای تعریف مسیرها و مدیریت درخواست‌ها استفاده کنید.

npm install express

بعد از آن برای ساخت یک سرور ساده از Express استفاده کنید.

const express = require('express');
const app = express();
app.get('/', (req, res) => res.send('Hello, World!'));
app.listen(3000, () => console.log('Server is running on port 3000'));

چگونه می‌توان در Node.js با پایگاه‌ داده کار کرد؟

برای ارتباط با پایگاه‌داده در Node.js می‌توان از پکیج‌های مختلفی مانند mysql , mongodb , pg (برای PostgreSQL) و غیره استفاده کنید. این پکیج‌ها درخواست‌ها را به پایگاه‌داده ارسال کرده و داده‌ها را دریافت می‌کند. به عنوان مثال، برای استفاده از MySQL می‌توان از کد زیر استفاده کنید.

npm install mysql

بعد از آن کد زیر را وارد کنید.

const mysql = require('mysql');
const connection = mysql.createConnection({
  host: 'localhost',
  user: 'root',
  password: '',
  database: 'test'
});

connection.connect();
connection.query('SELECT * FROM users', (err, rows) => {
  if (err) throw err;
  console.log(rows);
});
connection.end();

مفهوم Event Loop در Node.js به چه معنا است؟

Event Loop یک مکانیزم در Node.js است که به آن اجازه می‌دهد تا از منابع بهینه استفاده کند و عملیات‌های ناهمزمان را پردازش کند. در این مدل، Node.js درخواست‌ها را در صف قرار داده و مداوما بررسی می‌کند که آیا عملیاتی به پایان رسیده است یا خیر.

جلوگیری از Memory Leak در برنامه‌‌های Node.js
Memory Leak در برنامه‌‌های Node.js

چگونه می‌توانیم امنیت را در Node.js حفظ کنم؟

برای حفظ امنیت در اپلیکیشن‌های Node.js می‌توان از روش‌های مختلفی مانند احراز هویت و مجوزدهی (با استفاده از JWT یا OAuth)، جلوگیری از حملات XSS و CSRF، استفاده از HTTPS، رمزنگاری داده‌ها، و همچنین استفاده از پکیج‌های امنیتی مانند helmet و cors استفاده کنید.

جمع بندی

آشنایی با الگوهای طراحی مختلف و به کار گیری آن‌ها در ساخت اپلیکیشن‌های Node.js می‌تواند به افزایش کیفیت عملکرد، مقیاس پذیری کد هایتان کمک کند. برای این کار می‌توانید از الگوهایی مانند Singleton , Factory و Observer استفاده کنید. این قابلیت ها به شما کمک می‌کند که بتوانید اپلیکیشن‌هایتان را سریع‌، منعطف‌ و از همه مهم تر قابل توسعه بسازید. این روش‌ها به‌خصوص در پروژه‌های بزرگ و بسیار پیچیده که به مدیریت حجم بالایی از داده‌ها و درخواست‌ها نیاز دارد، اهمیت بسیار زیادی را خواهد داشت. رعایت این اصل نه تنها کارایی اپلیکیشن شما را ارتقا می‌دهد بلکه به نگهداری و افزایش کیفیت آن نیز در دراز مدت کمک می‌کند.