Express.js

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En principe, le ou les auteurs en question devraient bientôt présenter une meilleure version.

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Introduction

Express.js est un framework basé sur Node.js pour le développement d'applications web.

Objectifs de cette page

Cette page fait principalement référence au cours STIC I du Master MALTT et s'inscrit dans la perspective d'aborder les fondamentaux de la programmation à travers JavaScript. Plus en détail, Express.js permet de montrer de manière concrète et pragmatique des éléments conceptuels et techniques liés à l'architecture requête/réponse des applications web.

Pour comprendre le contenu de cette page la lecture des pages suivantes et conseillée :

• Introduction à la programmation
• JavaScript
• Tutoriel JavaScript de base
• Node.js

Rappel sur l'architecture requête/réponse

À faire, en attente voir par exemple :

• Ce tutoriel sur OpenClassrooms qui explique le mécanisme
• La page sur le protocole HTTP sur Wikipedia
• Cette liste de codes HTTP sur Wikipedia pour connaître les différents status associés aux résultats d'une requête

Installation de Express.js

Installer le module Express

Comme tout module node.js qui se trouve sur npm, il y a deux possibilité pour installer Express.js :

1. En locale dans le dossier de votre application
2. Globalement dans votre système

Installation locale dans le dossier de l'application

La commande pour installer Express.js en tant que module locale dans le dossier de votre application est le suivant :

npm install express

Ce type d'installation résulte dans l'arborescence suivante :

Votre_dossier
|- node_modules
   |- express
|- votre_fichier_node_principale.js

Installation globale dans le système

Pour installer Express.js de manière globale dans le système, la commande est la suivante :

npm install -g express

L'installation d'express de manière globale n'est cependant pas très intéressante, car ce type d'installation est plus appropriée pour des modules qui prévoient une utilisation en ligne de commande, ce qui n'est pas le cas pour Express. L'installation en locale est donc le choix plus adéquat.

Importer le module dans votre application

Encore une fois, Express.js est un "simple" module Node.js et par conséquent il est suffisant d'utiliser la fonction require() pour l'importer dans votre application :

var express = require('express');

Contrairement à d'autres modules tels que fs, cependant, qui retournent un objet avec des propriétés et des méthodes, Express.js retourne une fonction. Pour cette raison, on associe cette fonction à une autre variable (généralement appelée app) qui représente l'application web elle-même :

//Importer le module express
var express = require('express');
//Le module express exporte une fonction, donc associer la fonction à une variable
var app = express();

L'association d'une application express() à una variable est également utile car Express prévoit de pouvoir "assembler" plusieurs applications dans le même script node:

var express = require('express');
var app_public = express(); //Application publique
var app_private = express(); //Application qui utilise un login qui ne s'applique pas à l'app publique.

Première application web avec Express.js

Express.js est un framework basé sur le module http de Node.js (avec quelques éléments en plus). Donc l'architecture d'un service/serveur web créé avec Express.js est assez similaire à un serveur/service web créé avec le module http. Voici un exemple avec des commentaires pour faciliter la compréhension des différents éléments :

//Importer le module express
var express = require('express');
//Le module express exporte une fonction, donc associer la fonction à une variable
var app = express();

//Définir la route principale de l'application et envoyer une réponse
app.get('/', function(request, response) {
    //Express envois automatiquement les headers en fonction du contenu, dans ce cas du text/plain
    response.send("My first express app!");
});

//Le server http écoute sur la porte 9000
app.listen(9000);

//Message pour la console
console.log("Server listening at http://localhost:9000/");

Le changement plus important par rapport à un simple serveur web avec http concerne l'utilisation des "routes" avec la méthode app.get() qui a comme objectif d'intercepter les requêtes en fonction de l'URL. Dans cet exemple, nous spécifions la route "/", c'est-à-dire l'URL même de notre serveur/service web, qui dans notre cas est le localhost avec la porte 9000. Voici le résultat que vous obtenez à l'adresse http://localhost:9000 :

Simple application avec Express.js.

Ce simple exemple ne permet pas d’apprécier les potentialités de Express.js, mais donne néanmoins déjà un aperçu de sa "philosophie" de framework basé sur l'architecture requête/réponse. Dans la suite de cette page, nous fournirons quelques concepts théoriques et quelques exemples pour approfondir cette architecture.

Comprendre Express.js

Express.js permet d'exploiter la structure événementielle de Node.js dans le cadre spécifique des applications web basées sur l'architecture client/serveur et requête/réponse. Pour bien comprendre le fonctionnement de Express.js, il peut être utile de faire une comparaison avec un serveur web "normal" tel que Apache.

Le rôle de l'interprète

Une des différences fondamentales entre un serveur web Node.js/Express.js et un serveur traditionnel consiste dans le positionnement et le rôle de l'interprète du langage de programmation utilisé pour générer des pages web dynamique.

Cycle requête/réponse avec un server web traditionnel

Un serveur "traditionnel" est principalement construit pour servir des pages statiques (i.e. en simple HTML) selon une simple association entre l’URL de la ressource souhaitée et le positionnement des fichiers HTML sur le serveur web. Pour générer des pages web dynamiques, donc, un server comme Apache nécessite de la présence d'un interprète, comme par exemple PHP, qui identifie des pages dynamiques en fonction de l'extension (.php). Dans le cas de ces pages, le serveur exécute les instructions contenues dans le fichier - qui servent normalement à générer du HTML - avant de renvoyer la ressource en tant que réponse. La carte conceptuelle suivante montre le cycle requête/réponse lorsque le serveur utilise un serveur HTTP "traditionnel" :

Cycle requête/réponse avec un server HTTP "traditionnel".

Cycle requête/réponse avec un server web Node.js/Express.js

Le même cycle requête/réponse est par contre très différent avec un serveur créé avec Node.js, comme c'est le cas de Express.js. Node.js permet en effet de créer directement un serveur HTTP qui est chargé de traiter les requêtes faites par un client et générer des réponses, comme par exemple des pages HTML. En d'autres termes, en accord avec le principe événementielle de Node.js, les requêtes faites à travers un protocole HTTP ne représentent qu'un type d'événement particulier, qui peut être géré avec un module http. Express.js est tout simplement un ensemble d'objets (avec des propriétés et méthodes) qui peuvent être utiles pour gérer le cycle requête/réponse. La carte conceptuelle suivante montre ce cycle avec Express.js :

Le cycle requête/réponse avec Express.js.

Single thread vs. Multi thread

Une autre différence majeure entre Express.js et un server web traditionnel concerne l'architecture Multi- vs. Single-thread. Dans une architecture traditionnelle de type Multi-thread, le server associe à chaque requête une "copie" de la ressource qu'il crée ex-novo chaque fois qu'un client demande cette ressource. Les copies (i.e. les "threads") sont donc indépendantes les unes des autres et si deux clients demandent la même ressource de manière simultanée, ils vont obtenir les deux ressources telles qu'elles sont à ce moment exact dans le temps. Cela signifie que, dans le cas plus théorique que réel où deux requêtes sont traitées exactement en même temps, si la première requête apporte un changement à la ressource demandé, cette modification ne sera pas disponible dans l'autre requête simultanée. Voici un schéma illustrant une architecture Multi-thread:

Architecture Multi-thread d'un server web : chaque requête reçoit une "copie" de la ressource demandée.

Express.js adopte plutôt une architecture de type Single-thread, dans laquelle chaque requête est traitée de manière individuelle en ayant accès à la même ressource. Si deux requêtes surviennent de manière simultanée, le server les insère dans une queue et détermine l'ordre de traitement. Normalement, celle qui reçoit la première position dans la queue sera également la première à être traitée, mais en raison de la nature fortement asynchrone de Node.js, il est difficile de prévoir exactement l'ordre de traitement. Ce qui est important à noter c'est plutôt le fait que l'architecture Single-thread fait ainsi que toutes les requêtes ont accès à la dernière version de la ressource, car toutes les requêtes ont accès à la même ressource et pas à des copies. Cela se traduit par le fait que une modification faite par la requête qui passe en première dans la queue de traitement sera déjà disponible dans la requête qui est passe en deuxième. Voici un schéma illustrant l'architecture Single-thread:

Architecture Single-thread d'Express.js : le server traite de manière centralisée toutes les requêtes, qui ont par conséquent accès à la même ressources (dans son état le plus actuel).

Veuillez noter que l'architecture Single-thread ne s'applique pas seulement à la même ressource (e.g. la page /about/ dans le cas du schéma), mais à toutes les ressources disponibles dans le server. Cela signifie que deux requêtes simultanées seront placées dans la queue de traitement même si elles demandent deux ressources différentes (e.g. une requête la page /about/ et l'autres la page /contact/). Ce mécanisme fait ainsi que toutes les requêtes qui arrivent sur un server Express.js soient traitées de manière centralisée et ont donc accès à la version la plus récente de toutes les données qui concernent toutes les ressources de l'application.

Le concept de "middleware"

Un middleware est un logiciel qui se situe entre le hardware et le software. Il permet la communication entre des logiciels qui ne sont initialement pas prévu pour communiquer. Le middleware permet aussi la communication entre bases de données. Toutes ces communications peuvent être réalisées de manière synchrone et asynchrones. Cela veut dire que les applications n'ont pas besoin d'être disponibles simultanément pour pouvoir communiquer.

L'échange de message fonctionne, de manière imagée, comme une boite mail. Les messages sont envoyés et reçus dans des queues de traitement. Ce type de programme est appelé MoM ou Message-Oriented-Middleware.

Les trois principales interactions que peut réaliser un middleware sont l'échange de message, l'appel de procédure ainsi que la manipulation d'objets.

Les éléments principaux de Express.js

Express.js se base sur les éléments principaux suivants :

1. L'application : l'ensemble de tous les éléments qui contribuent au fonctionnement global (i.e. la logique)
2. La requête : les informations envoyées par le client à l'application;
3. La réponse : les informations envoyées par l'application au client;
4. Les routes : les différentes url (i.e. les "entry points") disponibles dans l'application;