前后端交互—数据库与身份认证

数据库

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数据库(database)是用来组织、存储和管理数据的仓库。常见的数据库有如下几个:

  • MySQL 数据库(目前使用最广泛、流行度最高的开源免费数据库;Community + Enterprise)
  • Oracle 数据库(收费)
  • SQL Server 数据库(收费)
  • Mongodb 数据库(Community + Enterprise)

MySQL、Oracle、SQL Server 属于传统型数据库(又叫做:关系型数据库 或 SQL 数据库)，这三者的 设计理念相同，用法比较类似。而 Mongodb 属于新型数据库(又叫做:非关系型数据库 或 NoSQL 数据库)，它在一定程度上弥补了传统型 数据库的缺陷。

在传统型数据库中，数据的组织结构分为数据库(database)、数据表(table)、数据行(row)、字段(field)这 4 大部分组成。库、表、行、字段的关系：

  1. 在实际项目开发中，一般情况下，每个项目都对应独立的数据库。
  2. 不同的数据，要存储到数据库的不同表中，例如: 用户数据存储到 users 表中，图书数据存储到 books 表中。
  3. 每个表中具体存储哪些信息，由字段来决定，例如: 可以为 users 表设计 id、username、password 这 3 个字段。
  4. 表中的行，代表每一条具体的数据。

对于开发人员来说，需要安装 MySQL Server 和 MySQL Workbench 这两个软件，来满足开发的需要：

  • MySQL Server:专门用来提供数据存储和服务的软件。
  • MySQL Workbench:可视化的 MySQL 管理工具，通过它，可以方便的操作存储在 MySQL Server 中的数据。

管理数据库

略

在node中操作 MySQL

  1. 安装操作 MySQL 数据库的第三方模块(mysql)
npm i mysql
  1. 通过 mysql 模块连接到 MySQL 数据库
// 配置 mysql 模块
const mysql = require('mysql');
const db = mysql.createPool({host: 'localhost',port: '3306',user: 'root',password: 'admin123',database: 'my_db_01'
});

于是可以调用 db.query() 函数，指定要执行的 SQL 语句，通过回调函数拿到执行的结果来测试 mysql 模块能否正常工作。

  1. 通过 mysql 模块执行 SQL 语句
// 插入数据
db.query('insert into users (username, password) values (?, ?)', ['王五', 'ww'], function(error, result) {if (error) return console.log(error.message);if (result.affectedRows == 1) console.log('插入数据成功');
});// 便捷方式插入数据
db.query('insert into users set ?', {username: '赵六', password: 'zl'}, function(error, result) {if (error) return console.log(error.message);if (result.affectedRows == 1) console.log('便捷方式插入数据成功');
});// 更新数据
db.query('update users set username=?, password=? where id=?', ['李白', 'lb', 1], function(error, result) {if (error) return console.log(error.message);if (result.affectedRows == 1) console.log('更新数据成功');
});// 更新数据的便捷方式
const user = { id: 4, username: '王唯', password: 'ww' };
db.query('update users set ? where id=?', [user, user.id], function(error, result) {if (error) return console.log(error.message);if (result.affectedRows == 1) console.log('便捷方式更新数据成功');
})// 删除数据
db.query('delete from users where id=?', 3, function(error, result) {if (error) return console.log(error.message);if (result.affectedRows == 1) console.log('删除数据成功');
});// 查询所有数据
db.query('select * from users', (error, result)=> {if (error) return console.log(error.message);console.log(result);
});
  1. 标记删除，使用 DELETE 语句，会把真正的把数据从表中删除掉。为了保险起见，推荐使用标记删除的形式，来模拟删除的动作。 所谓的标记删除，就是在表中设置类似于 status 这样的状态字段，来标记当前这条数据是否被删除。
    当用户执行了删除的动作时，并没有执行 DELETE 语句把数据删除掉，而是执行了 UPDATE 语句，将这条数据对应 的 status 字段标记为删除即可：
// 标记删除
db.query('update users set status=? where id=?', [1, 5], function(error, result) {if (error) console.log(error.message);if (result) console.log('标记删除数据成功');
});

前后端身份认证

Web 开发模式

目前主流的 Web 开发模式有两种，分别是: 1、基于服务端渲染的传统 Web 开发模式，2、基于前后端分离的新型 Web 开发模式。

服务端渲染的概念: 服务器发送给客户端的 HTML 页面，是在服务器通过字符串的拼接，动态生成的。因此，客户端不需要使用 Ajax 这样的技术额外请求页面的数据。

优点:

  • 前端耗时少。因为服务器端负责动态生成 HTML 内容，浏览器只需要直接渲染页面即可。尤其是移动端，更省电。
  • 有利于SEO。因为服务器端响应的是完整的 HTML 页面内容，所以爬虫更容易爬取获得信息，更有利于 SEO。

缺点:

  • 占用服务器端资源。即服务器端完成 HTML 页面内容的拼接，如果请求较多，会对服务器造成一定的访问压力。
  • 不利于前后端分离，开发效率低。使用服务器端渲染，则无法进行分工合作，尤其对于前端复杂度高的项目，不利于 项目高效开发。

前后端分离的概念: 前后端分离的开发模式，依赖于 Ajax 技术的广泛应用。简而言之，前后端分离的 Web 开发模式，就是后端只负责提供 API 接口，前端使用 Ajax 调用接口的开发模式。

优点:

  • 开发体验好。前端专注于 UI 页面的开发，后端专注于api 的开发，且前端有更多的选择性。
  • 用户体验好。Ajax 技术的广泛应用，极大的提高了用户的体验，可以轻松实现页面的局部刷新。
  • 减轻了服务器端的渲染压力。因为页面最终是在每个用户的浏览器中生成的。

缺点:

  • 不利于 SEO。因为完整的 HTML 页面需要在客户端动态拼接完成，所以爬虫对无法爬取页面的有效信息。(解决方 案:利用 Vue、React 等前端框架的 SSR (server side render)技术能够很好的解决 SEO 问题!)

具体使用何种开发模式并不是绝对的，为了同时兼顾了首页的渲染速度和前后端分离的开发效率，一些网站采用了 首屏服务器端渲染 + 其他页面前后端分离的开发模式。

  • 比如企业级网站，主要功能是展示而没有复杂的交互，并且需要良好的 SEO，则这时就需要使用服务器端渲染。
  • 而类似后台管理项目，交互性比较强，不需要考虑 SEO，那么就可以使用前后端分离的开发模式。

前后端的身份认证

身份认证(Authentication)又称“身份验证”、“鉴权”，是指通过一定的手段，完成对用户身份的确认。

身份认证的目的，是为了确认当前所声称为某种身份的用户，确实是所声称的用户。例如，你去找快递员取快递，你要怎么证明这份快递是你的。

对于服务端渲染和前后端分离这两种开发模式来说，分别有着不同的身份认证方案:

  1. 服务端渲染推荐使用 Session 认证机制
  2. 前后端分离推荐使用 JWT 认证机制

Session 认证机制

了解 HTTP 协议的无状态性是进一步学习 Session 认证机制的必要前提。HTTP 协议的无状态性，指的是客户端的每次 HTTP 请求都是独立的，连续多个请求之间没有直接的关系，服务器不会主动保留每次 HTTP 请求的状态。

Cookie 是存储在用户浏览器中的一段不超过 4 KB 的字符串。它由一个名称(Name)、一个值(Value)和其它几个用于控制 Cookie 有效期、安全性、使用范围的可选属性组成。不同域名下的 Cookie 各自独立，每当客户端发起请求时，会自动把当前域名下所有未过期的 Cookie 一同发送到服务器。 Cookie的几大特性:

  1. 自动发送
  2. 域名独立
  3. 过期时限
  4. 4KB限制

客户端第一次请求服务器的时候，服务器通过响应头的形式，向客户端发送一个身份认证的 Cookie，客户端会自动将 Cookie 保存在浏览器中。随后，当客户端浏览器每次请求服务器的时候，浏览器会自动将身份认证相关的 Cookie，通过请求头的形式发送给 服务器，服务器即可验明客户端的身份。

由于 Cookie 是存储在浏览器中的，而且浏览器也提供了读写 Cookie 的 API，因此 Cookie 很容易被伪造，不具有安全性。因此不建议服务器将重要的隐私数据，通过 Cookie 的形式发送给浏览器。注意: 千万不要使用 Cookie 存储重要且隐私的数据!比如用户的身份信息、密码等。

在 Express 中使用 Session 认证
  1. 安装 express-session 中间件
npm install express-session
  1. 配置 express-session 中间件，express-session 中间件安装成功后，需要通过 app.use() 来注册 session 中间件
// 导入模块
const express = require('express');
const session = require('express-session');const app = express();
// 配置中间件
app.use(session({secret: 'keyword: myKeyword', //可以为任意字符串resave: false, // 固定写法saveUninitialized: true // 固定写法
}));
  1. 向 session 中存数据，当 express-session 中间件配置成功后，即可通过 req.session 来访问和使用 session 对象，从而存储用户的关键信息:
app.post('/api/login', function(req, res) {if (req.body.username !== 'zs' && req.body.password !== '123456') {return res.send({ status: 1, message: '登录失败' });}// 将用户信息、登录状态存储到session中req.session.user = { username: req.body.username };req.session.islogin = true;res.send({ status: 0, message: '登录成功' });
});
  1. 从 session 中取数据，可以直接从 req.session 对象上获取之前存储的数据
app.get('/api/username', function(req, res) {if (!req.session.islogin) {return res.send({ status: 1, message: '请求失败' });}res.send({ status: 0, username: req.session.username, message: '请求成功' });
});
  1. 清空 session，调用 req.session.destroy() 函数，即可清空服务器保存的 session 信息
app.post('/api/logout', function(req, res) {// 清空当前客户端 session 信息req.session.destroy();res.send({ status: 0, message: '退出成功' });
});

JWT 认证机制

Session 认证机制需要配合 Cookie 才能实现。由于 Cookie 默认不支持跨域访问，所以，当涉及到前端跨域请求后端接
口的时候，需要做很多额外的配置，才能实现跨域 Session 认证。注意:

  • 当前端请求后端接口不存在跨域问题的时候，推荐使用 Session 身份认证机制。
  • 当前端需要跨域请求后端接口的时候，不推荐使用 Session 身份认证机制，推荐使用 JWT 认证机制。

JWT(英文全称:JSON Web Token)是目前最流行的跨域认证解决方案。用户的信息通过 Token 字符串的形式，保存在客户端浏览器中。服务器通过还原 Token 字符串的形式来认证用户的身份。

JWT 通常由三部分组成，分别是 Header(头部)、Payload(有效荷载)、Signature(签名)。
三者之间使用英文的“.”分隔，格式如下:

Header.Payload.Signature

JWT 字符串的示例:

eyJhbciOiJIUZI1NiIsInR5cCI6IkpXVCJ9.eyJpZCI6MSwidXN1cm5hbwUi0iJhZG1pbiIsInBhc3N3b3JkIjoiIiwibm|ja25
hbwUi0iLms6X1t7T1t7QiLCJ1bWFpbCI6Im5pYmFiYUBpdGNhc3QuY24iLCJ1c2VyX3BpYy]6IiIsImlhdCI6MTU30DAzNjY4Miw
iZXhwIjoxNTc4MDcyNjgyfQ.wq7GqCxJPK-EA8LNrtMG0411KdZ3359KBL3XeuBxuI

JWT 的三个组成部分，从前到后分别是 Header、Payload、Signature。其中:

  • Payload 部分才是真正的用户信息，它是用户信息经过加密之后生成的字符串。
  • Header 和 Signature 是安全性相关的部分，只是为了保证 Token 的安全性。

客户端收到服务器返回的 JWT 之后，通常会将它储存在 localStorage 或 sessionStorage 中。此后，客户端每次与服务器通信，都要带上这个 JWT 的字符串，从而进行身份认证。推荐的做法是把 JWT 放在 HTTP 请求头的 Authorization 字段中，格式如下:

Authorization: Bearer <token>
在 Express 中使用 JWT
  1. 安装 JWT 相关的包，运行如下命令，安装如下两个 JWT 相关的包
npm install jsonwebtoken express-jwt
  • jsonwebtoken 用于生成 JWT 字符串
  • express-jwt 用于将 JWT 字符串解析还原成 JSON 对象
  1. 导入 JWT 相关的包，使用 require() 函数，分别导入 JWT 相关的两个包:
// 导入生成 JWT 字符串的包
const jwt = require('jsonwebtoken');
// 导入将 JWT 字符串还原成 JSON 对象的包
var {expressjwt: expressJWT} = require('express-jwt');
  1. 定义 secret 密钥，为了保证 JWT 字符串的安全性，防止 JWT 字符串在网络传输过程中被别人破解，我们需要专门定义一个用于加密和解密 的 secret 密钥:
  • 当生成 JWT 字符串的时候，需要使用 secret 密钥对用户的信息进行加密，最终得到加密好的 JWT 字符串
  • 当把 JWT 字符串解析还原成 JSON 对象的时候，需要使用 secret 密钥进行解密
// 定义秘钥
const secretKey = 'abc123ABC!@#';
  1. 在登录成功后生成 JWT 字符串，调用 jsonwebtoken 包提供的 sign() 方法，将用户的信息加密成 JWT 字符串，响应给客户端:
app.post('/api/login', function(req, res) {if (req.body.username === 'zs' && req.body.password === '123456') {// jwt.sign() 方法生成 JWT 字符串。并通过 token 属性发送给客户端// 参数1：用户的信息对象// 参数2：加密的秘钥// 参数3：配置对象，可以配置当前 token 的有效期// 记住：千万不要把密码加密到 token 字符中const token = jwt.sign({ username: req.body.username }, secretKey, { expiresIn: '2m'});res.send({status: 0,token: token,message: '登录成功'})} else {res.send({status: 1,message: '登录失败'})}
});
  1. 将 JWT 字符串还原为 JSON 对象 客户端每次在访问那些有权限接口的时候，都需要主动通过请求头中的 Authorization 字段，将 Token 字符串发
    送到服务器进行身份认证。此时，服务器可以通过 express-jwt 这个中间件，自动将客户端发送过来的 Token 解析还原成 JSON 对象:
// 注册将 JWT 字符串解析还原成 JSON 对象的中间件
// 注意：只要配置成功了 express-jwt 这个中间件，就可以把解析出来的用户信息，挂载到 req.user 属性上
// use(expressJWT({ secret: secretKey, algorithms: ['HS256'] }) 用来解析 token 的中间件
// unless({ path: [/^\/api\//] }) 指定哪些接口不需要访问权限
app.use(expressJWT({ secret: secretKey, algorithms: ['HS256'] }).unless({ path: [/^\/api\//] }))
  1. 使用 req.auth 获取用户信息，当 express-jwt 这个中间件配置成功之后，即可在那些有权限的接口中，使用 req.auth 对象，来访问从 JWT 字符串 中解析出来的用户信息了，示例代码如下:
app.get('/my/info', function(req, res) {console.log(req.auth);res.send({status: 0,userinfo: req.auth,message: '请求成功'});
});
  1. 捕获解析 JWT 失败后产生的错误，当使用 express-jwt 解析 Token 字符串时，如果客户端发送过来的 Token 字符串过期或不合法，会产生一个解析失败 的错误，影响项目的正常运行。我们可以通过 Express 的错误中间件，捕获这个错误并进行相关的处理:
// 使用全局错误处理中间件，捕获解析 JWT 失败后产生的错误
app.use(function(err, req, res, next) {console.log(err, req, res);// err.name === 'UnauthorizedError' 的错误是由 token 解析失败导致的if (err.name === 'UnauthorizedError') {res.send({status: 2,message: '无效的token'});} else {res.send({status: 3,message: '未知错误'});}
});

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