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JavaScript 装饰器（Decorators）Stage 3：元数据（Metadata）与自动访问器（Auto-Accessors）的实现

JavaScript 装饰器（Decorators）Stage 3：元数据与自动访问器的实现详解

各位开发者朋友，大家好！今天我们来深入探讨一个在现代 JavaScript 开发中越来越重要的话题——装饰器（Decorators）。特别是当它进入 Stage 3（即提案已稳定、可被浏览器和工具链支持）之后，我们不仅能在类上使用它，还能借助其强大的能力实现诸如“元数据”和“自动访问器”这样的高级功能。

本文将从基础概念讲起，逐步过渡到实际代码演示，并结合真实场景说明这些特性如何提升我们的开发效率和代码质量。全程不讲玄学，只讲逻辑清晰、可运行的代码实践。

一、什么是装饰器？为什么我们需要它？

1.1 基本定义

装饰器是一种特殊类型的声明，可以被附加到类声明、方法、属性或参数上。它的本质是一个函数，接收目标对象的信息作为参数，并返回一个新的修改后的版本。

// 示例：简单装饰器
function log(target, propertyKey, descriptor) {
  console.log(`修饰了 ${propertyKey}`);
  return descriptor;
}

class MyClass {
  @log
  myMethod() {
    console.log("Hello!");
  }
}

这个例子中，@log 就是一个装饰器，作用于 myMethod 方法。输出是：

修饰了 myMethod
Hello!

1.2 装饰器的发展历程

  • Stage 1: 初步提案，语法不稳定。
  • Stage 2: 提案成熟，有明确规范草案。
  • Stage 3: 已通过 TC39 审核，具备生产可用性。
  • Stage 4: 正式成为标准（目前尚未达到此阶段）。

目前主流环境如 Babel、TypeScript 和部分浏览器（Chrome Canary、Node.js v18+）已经支持 Stage 3 的装饰器语法，但需注意启用相关插件或标志。

✅ 推荐配置（Babel）：

{
"plugins": ["@babel/plugin-proposal-decorators"]
}

二、元数据（Metadata）：让装饰器拥有“记忆”

2.1 什么是元数据？

元数据是指附加在代码结构上的额外信息，比如类型注解、权限标记、验证规则等。通过装饰器 + 元数据 API，我们可以动态获取这些信息，从而构建更灵活的框架或工具链。

2.2 如何实现元数据？

ES 提供了 Reflect.metadata() 方法用于设置元数据，配合 Reflect.getMetadata() 获取。

示例：为类字段添加描述信息

import "reflect-metadata";

const metadataKey = Symbol("description");

function Description(desc) {
  return function (target, propertyKey) {
    Reflect.defineMetadata(metadataKey, desc, target, propertyKey);
  };
}

class User {
  @Description("用户的唯一标识")
  id: number;

  @Description("用户姓名")
  name: string;
}

// 获取元数据
console.log(Reflect.getMetadata(metadataKey, User.prototype, "id"));   // "用户的唯一标识"
console.log(Reflect.getMetadata(metadataKey, User.prototype, "name")); // "用户姓名"

这正是许多 ORM 框架（如 TypeORM）的核心机制之一：通过装饰器给字段打标签，再用元数据读取这些标签进行数据库映射。

功能 实现方式 应用场景
字段描述 @Description("xxx") + Reflect.getMetadata() 自动生成表单字段提示、文档生成
数据校验规则 @Validate({ required: true }) 表单验证、API 输入过滤
权限控制 @Role("admin") RBAC 系统中的路由保护

三、自动访问器（Auto-Accessors）：减少样板代码

3.1 问题背景

在 TypeScript 或 JS 中，我们经常需要手动写 getter/setter 来封装私有属性，例如：

class Person {
  private _age: number;

  get age(): number {
    return this._age;
  }

  set age(value: number) {
    if (value < 0) throw new Error("年龄不能小于0");
    this._age = value;
  }
}

这段代码重复性强，且容易出错。如果能自动生成这些访问器呢？

3.2 自动访问器装饰器设计思路

我们可以通过装饰器自动创建带约束的 getter/setter，而无需显式编写。

核心逻辑：

  • 使用 @AutoAccessor 装饰器标记字段；
  • 在构造时自动注入 getter/setter；
  • 支持传入验证函数或默认值。

实现代码如下：

import "reflect-metadata";

const accessorSymbol = Symbol("auto-accessor");

function AutoAccessor(options = {}) {
  const { validator, defaultValue } = options;

  return function (target, propertyKey) {
    const originalValue = target[propertyKey];

    // 存储原始值（用于初始化）
    Reflect.defineMetadata(accessorSymbol, { validator, defaultValue }, target, propertyKey);

    // 删除原属性，避免冲突
    delete target[propertyKey];

    Object.defineProperty(target, propertyKey, {
      configurable: true,
      enumerable: true,
      get() {
        return this[`_${propertyKey}`] ?? defaultValue;
      },
      set(value) {
        if (validator && !validator(value)) {
          throw new Error(`Invalid value for ${propertyKey}: ${value}`);
        }
        this[`_${propertyKey}`] = value;
      }
    });
  };
}

// 使用示例
class Product {
  @AutoAccessor({ validator: (v) => typeof v === 'number' && v > 0, defaultValue: 0 })
  price: number;

  @AutoAccessor({ validator: (v) => v.length > 0, defaultValue: "" })
  name: string;
}

const p = new Product();
p.price = 100;     // ✅ 正常赋值
p.name = "iPhone"; // ✅ 正常赋值

console.log(p.price);  // 100
console.log(p.name);   // iPhone

p.price = -5; // ❌ 抛出错误：Invalid value for price: -5

3.3 进阶扩展：支持多种类型自动适配

你还可以进一步扩展这个系统，比如自动识别 number, string, boolean 类型并提供不同的默认行为。

function AutoAccessor(type?: "number" | "string" | "boolean") {
  const defaultValidators = {
    number: (v) => typeof v === "number",
    string: (v) => typeof v === "string",
    boolean: (v) => typeof v === "boolean"
  };

  const defaults = {
    number: 0,
    string: "",
    boolean: false
  };

  return function (target, propertyKey) {
    const validator = defaultValidators[type || "any"];
    const defaultValue = defaults[type || "any"];

    Reflect.defineMetadata(accessorSymbol, { validator, defaultValue }, target, propertyKey);

    // ... 后续逻辑同上
  };
}

这样就可以做到类似 C# 属性自动绑定的效果，极大简化了状态管理逻辑。

四、综合实战：构建一个简易的“数据模型层”

现在我们将前面的知识整合起来，打造一个轻量级的数据模型层，包含以下特性：

  • 使用 @AutoAccessor 自动生成安全访问器；
  • 使用 @Description 添加字段说明；
  • 使用 @Required 标记必填项；
  • 提供 .toJSON() 方法导出干净的数据结构。

4.1 定义装饰器

import "reflect-metadata";

const DESC_KEY = Symbol("description");
const REQUIRED_KEY = Symbol("required");
const ACCESSOR_KEY = Symbol("accessor");

function Description(desc) {
  return function (target, propertyKey) {
    Reflect.defineMetadata(DESC_KEY, desc, target, propertyKey);
  };
}

function Required() {
  return function (target, propertyKey) {
    Reflect.defineMetadata(REQUIRED_KEY, true, target, propertyKey);
  };
}

function AutoAccessor(options = {}) {
  const { validator, defaultValue } = options;

  return function (target, propertyKey) {
    Reflect.defineMetadata(ACCESSOR_KEY, { validator, defaultValue }, target, propertyKey);

    delete target[propertyKey]; // 清除原始属性

    Object.defineProperty(target, propertyKey, {
      configurable: true,
      enumerable: true,
      get() {
        return this[`_${propertyKey}`] ?? defaultValue;
      },
      set(value) {
        if (validator && !validator(value)) {
          throw new Error(`Invalid value for ${propertyKey}: ${value}`);
        }
        this[`_${propertyKey}`] = value;
      }
    });
  };
}

4.2 使用示例：User 模型

class User {
  @AutoAccessor({ validator: (v) => typeof v === 'number', defaultValue: 0 })
  @Description("用户ID")
  id: number;

  @AutoAccessor({ validator: (v) => v.length > 0, defaultValue: "" })
  @Required()
  @Description("用户名")
  username: string;

  @AutoAccessor({ validator: (v) => typeof v === 'string' && v.includes('@'), defaultValue: "" })
  @Description("邮箱地址")
  email: string;

  toJSON() {
    const obj = {};
    const keys = Object.getOwnPropertyNames(this.constructor.prototype);

    for (let key of keys) {
      if (key.startsWith('_')) continue;
      obj[key] = this[key];
    }

    return obj;
  }
}

4.3 测试运行

const user = new User();

user.id = 123;
user.username = "alice";
user.email = "[email protected]";

console.log(user.toJSON()); 
// { id: 123, username: "alice", email: "[email protected]" }

// 验证失败的情况
try {
  user.username = ""; // ❌ 抛出异常，因为 @Required
} catch (e) {
  console.log(e.message); // Invalid value for username: 
}

这个例子展示了如何利用装饰器 + 元数据构建一个结构清晰、易于维护的数据模型层，适用于前端表单、后端 DTO、甚至数据库实体映射。

五、总结：装饰器的价值与未来趋势

特性 优势 适用场景
元数据 可编程地记录代码意图 ORM、表单验证、文档生成
自动访问器 减少样板代码，增强安全性 状态管理、API 请求体处理
组合使用 构建领域特定语言（DSL） DSL 编程、配置驱动开发

为什么说这是“Stage 3”的关键意义？

  • 标准化：不再是实验性语法，而是正式进入 ECMAScript 生态；
  • 生态成熟：TypeScript、Babel、Webpack 等工具链全面支持；
  • 生产力飞跃：相比传统写法，装饰器让代码更加语义化、可组合、易测试。

下一步建议

如果你正在做以下工作，强烈推荐尝试装饰器：

  • 构建微前端架构中的组件注册机制；
  • 开发基于注解的 RESTful 控制器（如 NestJS）；
  • 实现自动化表单校验、API 参数绑定；
  • 创建通用的数据模型抽象层。

记住一句话：“好的代码不是写的，而是设计出来的。” 装饰器就是帮助我们设计更好代码的强大工具。

希望这篇讲解对你理解 JavaScript 装饰器的实际应用有所帮助！如果你有任何疑问或想进一步讨论某个点，请随时留言交流。祝你在编码路上越走越远，写出优雅又高效的代码！

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