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# [week 17] 後端中階 - 使用 Node.js + Express 框架建立一個靜態網頁

> 本篇為 [[BE201] 後端中階：Express 與 Sequelize](https://lidemy.com/p/be201-express-sequelize) 這門課程的學習筆記。如有錯誤歡迎指正！

學習目標：

 P1 學習如何使用 Express 及其相關套件
 P1 我理解為什麼會需要框架

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## 要學框架，先從不用框架開始

在講解什麼是 Express 框架以前，先來談談什麼是 Server，其實 Server 也是一種程式，而 [Node.js](https://nodejs.org/en/) 本身就有提供內建 Library，讓我們能透過引入 module 來使用 Server 的功能。

### 範例：以 Node.js 實作一個 Server

建立一個 js 檔，並引入 Node.js 內建 http 相關 module，再以 createServer() 建立 server：

// node.js 內建 http 相關 module
const http = require('http')
// createServer() 要傳入的參數是 function
const server = http.createServer(handler)

// 兩個參數分別是 request 和 response，這裡使用命名慣例寫法
function handler(req, res) {
  console.log(req.url)  // 印出 req 網址
  res.write('Hello World!')   // 指定 respone 回傳內容
  res.end()   // 結束這個 response
}

// 常見為 80 port，測試時使用 5001 port 就不易發生衝突
server.listen(5001)

接著在 CLI 介面執行 js 檔，會發現什麼事也沒發生，但其實我們已經成功運行一個 server，否則程式會直接執行結束：


3. 可以在瀏覽器輸入 `http://localhost:5001/`，連到本地端的 5001 port，就會看到回傳內容 `Hello World!`：


或者我們也可以根據不同 url，來回傳不同內容：

const http = require('http')
const server = http.createServer(handler)

function handler(req, res) {
  console.log(req.url)  // 印出 req 網址
  if (req.url === '/hello') {
    // 參數分別是 request 的 status code 和內容格式，告訴瀏覽器如何解析網頁
    res.writeHead(200, {            // 200: 請求成功
      'Content-Type': 'text/html'
    })
    res.write('<h1>hello!</h1>')    // 也可以加上 HTML 標籤
  } else if (req.url === '/bye') {
    res.write('bye!')
  } else {
    res.write('Invalid url')
  }
  res.end()   // 結束這個 response
}

server.listen(5001)

在瀏覽器運行結果如下，瀏覽器會根據內容格式（Content-Type）解析網頁：


而當我們切換網址時，CLI 介面也會印出 url 文字，其中 `/favicon.ico` 代表瀏覽器標籤的 logo：


我們也可以利用 `res.writeHead()` 來導向其他網址，如下方範例。這時如果輸入 `http://localhost:5001/bye`，就會重新導向至 google 首頁：

const http = require('http')
const server = http.createServer(handler)

function handler(req, res) {
  console.log(req.url)  // 印出 req 網址
  if (req.url === '/hello') {
    res.write('<h1>hello!</h1>')
  } else if (req.url === '/bye') {
    res.writeHead(301, {              // 301: 重新導向
      'Location': 'https://www.google.com.tw/'
    })
    res.write('bye!')
  } else {
    res.write('Invalid url')
  }
  res.end()   // 結束這個 response
}

server.listen(5001)

根據上述範例，我們能夠利用 Node.js 提供的模組，來實作出一個簡易的 http server。

其實這不是本單元要討論的重點，只是藉由範例來瞭解，Node.js 的底層就是利用 `http.createServer()` 來執行，即使不透過 Library 也能夠時做出 server。

瞭解到背後運作的原理後，接下來要介紹另一套 Library，其實就是把上面實作的功能包裝在一起，讓我們能更方便取得資料。

## 初探 Express

什麼是 Express？根據[官網]((https://expressjs.com/))介紹：

> Express: Fast, unopinionated, minimalist web framework for Node.js

簡言之，Express 是 Node.js 環境下提供的一個輕量後端框架，自由度極高，透過豐富的 HTTP 工具，能幫助快速開發後端應用程式。

跟其他有完整 MVC 架構的框架相比，Express 其實鬆散（或者說自由）很多，許多地方並沒有強制規範，都只是按照前人的方法或者是慣例來實踐，十個人可能會有十種不同的寫法。

### 安裝 Express

> 詳細步驟可參考[官方文件](https://expressjs.com/zh-tw/starter/installing.html)。

#### Step1. 初始化 npm，過程都按確定，最後會在資料夾中建立一個 package.json 檔

$ npm init


#### Step2. 安裝 Express

在最新的 npm 版本，可以省略 `--save`，安裝完成還是會自動存到 package.json：

$ npm install express --save


#### Step3. 實作範例：Hello world

接著可以跟著[官方文件](https://expressjs.com/en/starter/hello-world.html)來實作一個簡單範例，開啟 index.js 檔並輸入下列程式碼：

// 引入 library
const express = require('express');
// express 引入的是一個 function
const app = express();
// 建立一個不易產生衝突的 port 用來測試
const port = 5001;

// 如何處理不同的 request，參數分別為 url 和要執行的 function
app.get('/', (req, res) => {
  res.send('hello world!')
})

app.get('/bye', (req, res) => {
  res.send('bye!')
})

// 運行這個 port，參數分別為 port 和要執行的 function
app.listen(port, () => {
  console.log(`Example app listening at http://localhost:${port}`)
})

在 CLI 介面執行 index.js，出現下方文字代表有成功運行程式：


這時在瀏覽器輸入 `http://localhost:5001/`，就會看到回傳內容：


如果發現修改後，網頁還是會導回先前設定的網址，可透過開發者工具來清除快取（cache），重整頁面就能看到結果：


和最一開始的範例做比較的話，其實可以發現到，寫法和使用 Node.js 實作 Server 非常類似。

但是藉由 Express 提供的[路由（Routing）](https://expressjs.com/zh-tw/guide/routing.html)系統，會將許多語法包裝好，在執行上也會方便許多。除了 `app.get()`，還有像是 `app.post()` 和 `app.delete()` 等針對不同 method 來進行操作，這部分我們後面會再詳細介紹。

### Express vs Apache + PHP

在看完上面的範例後，我們可以試著比較 Express 和以前所學的 [Apache + PHP](https://hackmd.io/@Heidi-Liu/note-be101-php-and-mysql)，兩者的運作模式有何差別：

#### Apache + PHP

- 瀏覽器會發 request 給 Apache Server，再交給 PHP 處理，處理完成後再傳 response 回去
- [檔案系統](https://zh.wikipedia.org/zh-tw/%E6%96%87%E4%BB%B6%E7%B3%BB%E7%BB%9F)：預設路徑長什麼樣子，在該資料夾底下就會有對應的 php 檔


#### Express

- 瀏覽器發 request 給 Express Server，經過處理後會根據 url 回傳 response
- 和前者的最大差別，就是沒有 PHP 處理器，Express 本身就是一個 Server，透過路由系統決定什麼路徑回傳什麼資料，而不會侷限在檔案系統


## MVC 基本架構

在課程當中，我們會使用後端框架 Express 和 ORM 工具 Sequelize 來打造 MVC 架構的網站，以下先來談談什麼是 MVC 架構。

MVC（Model–view–controller）：是一種應用程式架構，透過將程式碼拆成分成模型（Model）、視圖（View）和控制器（Controller）三個部分，並透過路由系統，建立整個應用程式的設計模式。

在 MVC 架構中，request 流程大致如下：

1. 發出的 request 會由 Controller 來處理
2. 接著 Controller 會和 Model 拿取 data
3. Controller 再把拿到的資料給 View，由 View 提供的 template
4. 最後 Controller 再結合 data 和 template，回傳 response


簡單來說：

- Model 負責處理資料部分（data），例如在 MySQL 資料庫裡建立 tables，以及所有讀取、寫入資料等
- View 負責處理畫面的部分（template），也就是我們看到的網頁內容
- Controller 在過程中扮演 Model 和 View 中間的協調者，當不同路由（route）接收到 request 時，會呼叫 Controller 執行相對應的 Method。例如跟 Model 拿取資料，結合 View 提供的模版之後，再回傳 response

這和我們之前使用 PHP 寫的網頁相比，在分工上是明確許多的。接下來我們要利用 Nodes.js 來實作一個簡單的 MVC 架構。

## 在 Node.js 上實作 MVC 架構

### 透過 Express 提供的 [template engines](https://expressjs.com/en/guide/using-template-engines.html) 來實作 View

1. 選擇安裝一種 template engines（樣板處理器）使用，這裡以 EJS 做為範例，架構類似於之前學過的 PHP：

$ npm install ejs


- EJS 語法是透過 `<% %>` 符號，和 PHP 語法其實很類似，語法又可分為三種：

<% JavaScript 程式碼 %>

<%-  %> 會經過解析然後印出來，用於引入 HTML 內容

<%=  %> 會直接印出原始碼，用於輸出資料，避免被解析成語法，可視為一種 XSS 防禦

// 可和 PHP 寫法做比較
<?PHP echo   ?> 

2. 接著回到剛才的 index.js 檔，加上 `app.set()` 設定要使用的 view engine：

// 設定 view engine
app.set('view engine', 'ejs')

3. 預設目錄會是 `/views`，因此需要新建一個資料夾 views，並在資料夾中建立一個 hello.ejs 檔

4. 記得在 VS Code 等編譯器中安裝 ejs 插件，才能夠解析 ejs 檔：

5. 在 hello.ejs 檔中輸入簡單的程式碼進行測試，例如：`<h1>hello</h1>`
6. 接著調整 index.js 程式碼，告訴 express 去 render views 目錄底下叫做 hello 的檔案：

const express = require('express');
const app = express();
const port = 5001;

// 設定 view engine
app.set('view engine', 'ejs')

app.get('/', (req, res) => {
  res.send('index')
})

app.get('/hello', (req, res) => {
// 叫 express 去 render views 底下叫做 hello 的檔案，副檔名可省略
  res.render('hello')
})

app.listen(port, () => {
  console.log(`Example app listening at http://localhost:${port}`)
})

7. 輸入 node index.js 指令運行，在瀏覽器可以看到結果：


8. 如果想要修改 views 中的 template，也就是 ejs 檔的內容，只要重整瀏覽器畫面即可，不需再重新運行 Node.js：


### 實作簡易的 todo list API

1. 首先在 index.js 建立 todos，並設定 app.get() 傳入資料：

const express = require('express');
const app = express();
const port = 5001;

// 設定 view engine
app.set('view engine', 'ejs')

// 建立 todos data
const todos = [
  'first todo', 'second todo', 'third todo'
]

app.get('/todos', (req, res) => {
  // 第二個參數可傳入資料
  res.render('todos', {
    todos     // todos: todos 一樣的話可省略寫法
  })
})

app.get('/hello', (req, res) => {
  res.render('hello')
})

app.listen(port, () => {
  console.log(`Example app listening at http://localhost:${port}`)
})

2. 接著編輯 todos.ejs 檔的內容，也就是 todos 的 view 部分。要輸出內容的語法是 `<%= code %>`，而不是用 console.log()，或是 PHP 的 echo：

<h1>Todos</h1>

<ul>
<% for(let i = 0; i < todos.length; i++) { %>
  <li><%= todos[i]%></li>    // 加上等於代表後面的東西要輸出
<% } %>
</ul>

3. 在瀏覽器運行，這樣能根據之前設立的 data 輸出 todos：


4. 接著回到 index.js 檔，用同樣的方式，根據不同 id 來拿取對應的 todo：

// 加上 :id 代表不確定的參數
app.get('/todos/:id', (req, res) => {
  // params: 可拿到網址列上指定的參數
  const id = req.params.id
  const todo = todos[id]
  res.render('todo', {
    todo
  })
})

5. 建立 todo.ejs 檔，也就是 todo 的 view 部分：

<h1>Todo</h1>

<h2><%= todo %></h2>

6. 透過網址列上的 id，能夠讀取相對應的 todo：


這樣就透過 Express 結合 view template engine 完成了簡單的範例，也可以再增加 header 或 footer 等來豐富內容。

### 重構專案：實作 Model & Controller

接下來要試著重構程式碼，也就是實作 MVC 架構中的 Model 和 Controller 部分。

#### Model：用來管理 todos 的資料

1. 回到 express 目錄，新增一個 models 資料夾，並在裡面建立 todo.js 檔
2. 在 todo.js 檔案，建立 todoModel，提供存取資料的方法（function），例如 get 或 add 等 method：

const todos = [
  'first todo', 'second todo', 'third todo'
]

// 建立一個 todoModel 物件，裡面放存取資料的方法（function）
const todoModel = {
  getAll: () => {
    return todos
  },

  get: id => {
    return todos[id]
  }
}

module.exports = todoModel

#### Controller：控制器

1. 同樣在 express 目錄，新增一個 controllers 資料夾，並在裡面建立 todo.js 檔
2. 接著重構程式碼：
- 從 model 引入資料
- 建立物件，並透過方法（function）來存取資料，這裡會和一開始中 index.js 的 app.get() 寫法類似
- 再交由 view engine 進行 render

// 先從 model 引入 todos 資料
const todoModel = require(../models/todo)

// 建立一個 todoController 物件，透過方法來存取 model 的資料
const todoController = {
  // 傳入參數 req, res
  getAll: (req, res) => {
    const todos = todoModel.getAll()
    res.render('todos', {
      todos
    })
  },

  get: (req, res) => {
    const id = req.params.id
    const todo = todoModel.get(id)
    res.render('todo', {
      todo
    })
  }
}

module.exports = todoController

3. 回到根目錄的 index.js 檔，修改路由，透過引入 controller 的 todo.js，程式碼就可以更簡潔：

const express = require('express');
const app = express();
const port = 5001;

// 引入 controller
const todoController = require('./controllers/todo')

app.set('view engine', 'ejs')

const todos = [
  'first todo', 'second todo', 'third todo'
]

// 可直接使用 controller 的方法拿取資料和進行 render
app.get('/todos', todoController.getAll)

app.get('/todos/:id',

這樣就完成了有 MCV 架構的程式：
- express 目錄的 index.js：提供路由
- views 目錄的 todo.ejs 和 todos.ejs：提供模版
- models 目錄的 todo.js：提供資料
- controllers 目錄的 todo.js：結合 model 和 view，根據路由回傳 Response

假如是大型專案，可以更進一步簡化程式碼，例如把 index.js 中的 app 部分再獨立到專門管理路由的檔案，這部分我們之後會再介紹到。

## 串接 Node.js 與 MySQL

在瞭解到基本的 Express 架構之後，再來我們要試著把 todo 資料存在資料庫。這是因為在實際專案中，後端會把資料存放在資料庫，因此我們要來學習如何透過 Node.js 和 MySQL 溝通。

> 注意不是用 Express 和 MySQL 溝通！我們要操作的是 Nodes.js，Express 提供的是框架！

### Step1. 安裝 MySQL

在使用 Node.js 操作 MySQL 資料庫時，必須先安裝 MySQL 模組。搜尋 node.js mysql 會找到 GitHub 有個叫做 [mysqljs 的 Library](https://github.com/mysqljs/mysql)，執行安裝指令：

$ npm install mysql


引入 MySQL 模組後，接著就可以進行資料庫的連線和其他操作了。

### Step2. 新增 app 資料庫 & todos 資料表

之前在[第九週學到如何使用 MySQL 資料庫](https://hackmd.io/@Heidi-Liu/note-be101-php-and-mysql)，這一次我們同樣可以透過 phpmyadmin 這個 GUI 介面來進行資料庫 CURD，步驟如下：

1. 開啟 XAMPP 連線 MySQL，其實這樣就已經啟動資料庫了，但如果要使用 phpmyadmin 介面操作，就必須同時運行 Apache Server 才能使用：


2. 接著建立一個 app database，並在裡面新增一個 todos table


3. 在 todos table 新增幾筆資料


### Step3. 串接 MySQL 資料庫

確認本地端已經安裝資料庫並正常啟動，接著就可以新增一個 db.js 檔來進行連線，程式碼可[參考範例](https://github.com/mysqljs/mysql#introduction)：

> 要等待回傳一定是使用 callback，好處就是從同步變成非同步。

// 引入 mysql 模組
var mysql = require('mysql');
// 建立連線
var connection = mysql.createConnection({
  host: 'localhost',
  user: 'root',
  password: 'root',
  database: 'app'
});

connection.connect();
// 使用 callback 來接收訊息: 連線成功就印出 todos 所有欄位
connection.query('SELECT * from todos', function (error, results, fields) {
  if (error) throw error;
  console.log(results);
});

connection.end();

接著在 CLI 介面執行 `node db.js`，如果有輸出資料就代表連線成功！


其中 RowDataPacket 是一種自訂的資料格式，如果把 `console.log(results);` 改成：

console.log(results[0].content);

就會達到拿到第一個 todo 的內容：


### 補充：權限不足問題

其實自己當初在嘗試連線資料庫時，有出現權限錯誤的訊息：

Error: ER_ACCESS_DENIED_ERROR: Access denied for user 'root'@'localhost' (using passwo
rd: YES)

後來是在使用者帳號頁面發現，root 這組帳號當初設定不用密碼就可以登入了，真是烏龍一場XD


### Step4. 重構程式碼

1. 將 db.js 簡化，獨立成串聯資料庫時需要的資料，方便其他部分要連線時引入：

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

module.exports = connection;

2. 接著在 index.js 引入 db，也就是 mysql 模組以及連線資料，加上 `db.connect()` 指令來連線：

const express = require('express');
// 引入 db 資料庫: mysql 模組 & 連線資料
const db = require('./db')
const app = express();
const port = 5001;

const todoController = require('./controllers/todo')

app.set('view engine', 'ejs')

app.get('/todos', todoController.getAll)
app.get('/todos/:id', todoController.get)

app.listen(port, () => {
  // 連線資料庫
  db.connect()
  console.log(`Example app listening at http://localhost:${port}`)
})

3. 再來是修改 Models，MVC 架構的好處就是能像這樣明確分工：

> 在使用 SQL 指令時須注意，字串拼接可能會有 SQL injection 的風險，可透過 [Preparing Queries](https://github.com/mysqljs/mysql#preparing-queries) 來避免，方法和 Prepared Statements 其實很類似。

// 引入 db，也就是 connection
const db = require('../db')

const todoModel = {
  // 這裡要用 callback 來拿取資料
  getAll: (cb) => {
    db.query(
      'SELECT * FROM todos', (err, results) => {
      if (err) return cb(err);
      // cb: 第一個參數為是否有錯誤，沒有的話就是 null，第二個才是結果
      cb(null, results)
    });
  },

  get: (id, cb) => {
    db.query(
      'SELECT * FROM todos WHERE id = ?', [id], (err, results) => {
        if (err) return cb(err);
        cb(null, results)
      });
  }
}

module.exports = todoModel

4. 因為 Models 從同步改成非同步操作，也要修改 Controllers 的部分：

// 先從 model 引入 todos 資料
const todoModel = require('../models/todo')

const todoController = {
  getAll: (req, res) => {
    // 改成 callback 非同步操作
    todoModel.getAll((err, results) => {
      // 如果有 err 就印出錯誤訊息
      if (err) return console.log(err);
      // 不然就把 todos 傳給 view
      res.render('todos', {
        todos: results
      })
    })
  },

  get: (req, res) => {
    const id = req.params.id
    todoModel.get(id, (err, results) => {
      if (err) return console.log(err);
      res.render('todos', {
        // 注意回傳的結果 array，必須取 results[0] 才會是一個 todo
        todos: results[0]
      })
    })
  }
}

module.exports = todoController

5. 再來是修改 Views 部分，Todos 部分有兩種寫法：

- 第一種：分開寫

<h1>Todos</h1>

<ul>
<% for(let i = 0; i < todos.length; i++) { %>
  <li><%= todos[i].id %>: <%= todos[i].content %></li>
<% } %>
</ul>

- 第二種：寫在一起，用字串拼接方式

<h1>Todos</h1>

<ul>
<% for(let i = 0; i < todos.length; i++) { %>
  <li><%= todos[i].id + ': ' + todos[i].content %></li>
<% } %>
</ul>

執行 `node index.js` 之後，回到瀏覽器確認程式是否有成功運行：

> 這裡 port 之所以變成 5002，是因為前面在嘗試修改連線時，不知在哪個環節佔用了 5001，因此先改成另一個沒有使用的 port


接著是 Todo，會發現輸出結果是 Object。這是因為 `<%= %>` 語法會直接印出字串，當我們想要把一個 Object 轉成字串時，就會發生下列情形：


只要將 Todo 部分修改成輸出 `todo.content`：

<h1>Todo</h1>

<h2><%= todo.content %></h2>

結果就會是相對應的 todo：


如果對資料庫操作 CURD，重整頁面也會動態更新：


學到目前為止，透過上面這些範例，我們其實已經能寫出一些簡單的網頁程式了，並且有 MVC 架構，能夠簡化程式碼且便於維護。

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## 結語

其實官網上的教學都已經蠻清楚了，但還是想跟著課程影片一步一步操作，一方面透過實作，發現可能會遇到哪些問題，一方面也能加深印象，讓自己更快去熟悉 Express 這套新工具。

也透過實作來複習之前講解過的 MVC 框架，透過將程式碼分成 Model、View 和 Controller 三個部分，再搭配不同 Route 分別進行處理，不但能夠簡化程式碼，也能透過分工便於後續維護。

參考資料：
- [使用 Node.js + Express 建構一個簡單的微博網站](https://cythilya.github.io/2014/11/23/nodejs-express-microblog/)
- [用 Express & Sequelize 打造 MVC 餐廳網站（上）](https://nicolakacha.coderbridge.io/2020/10/25/express-mvc-practice-1/)