Node.js之数据库与身份验证

一、数据库的基本概念

1.1.什么是数据库

数据库(database)是用来组织、存储和管理数据的仓库。

当今世界是一个充满着数据的互联网世界，充斥着大量的数据。数据的来源有很多，比如出行记录、消费记录、浏览器的网页、发送的消息等等。除了文本类型的数据，图像、音乐、声音都是数据。

为了方便管理互联网世界中的数据，就有了数据库管理系统的概念(简称：数据库)。用户可以对数据库中的数据进行新增、查询、更新、删除等操作。

1.2.常见的数据库及分类

市面上的数据库有很多种，最常见的数据库有如下几个：

MySQL数据库(目前使用最为广泛、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)

其中，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。

二、MySQL的基本使用

具体使用查看CSDN：https://blog.csdn.net/m0_64599482/article/details/127898068?spm=1001.2014.3001.5502

三、在项目中操作MySQL

3.1.在项目中操作数据库的步骤

1.安装操作MySQL数据库的第三方模块(mysql)

2.通过mysql模块连接到MySQL数据库

3.通过mysql模块执行SQL语句

3.2.安装与配置mysql模块

3.2.1.安装mysql模块

mysql模块是托管于npm上的第三方模块，它提供了在Node.js项目中连接和操作MySQL数据库的能力。

想要在项目中使用它，需要先运行如下命令，将mysql安装为项目的依赖包：

npm install mysql

3.2.2.配置mysql模块

// 在使用mysql模块操作MySQL数据库之前，必须先对mysql模块进行必要的配置，主要的配置步骤如下：
// 1.导入mysql模块
const mysql = require('mysql')
// 2.建立与MySQL数据库的连接
const db = mysql.createPool({
    host: '127.0.0.1',   // 数据库的IP地址
    user: 'root',    // 登录数据库的账号
    password: '123123',  // 登录数据库的密码
    database: 'dada' // 指定要操作的数据库
})

4.2.3.测试mysql模块是否正常工作

// 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
// 检查mysql模块是否正常工作
db.query('select 1', (err, results) => {
    if (err) return console.log(err.message)
    // 只要打印出[RowDataPacket {'1':1}]的结果，就证明数据库连接正常
    console.log(results)
})

3.3.使用mysql模块操作MySQL数据库

3.3.1.查询数据

// 查询users表中所有的用户数据
db.query('select * from users;', (err, results) => {
    // 查询失败
    if (err) return console.log(err.message)
    // 查询成功
    console.log(results)
})

3.3.2.插入数据

// 向users表中新增数据，其中username为zs，password为abc123。示例代码如下：
// 1.要插入到users表中的数据对象
const user = {username: 'zs', password: 'abc123'}
// 2.待执行的SQL语句，其中英文的?表示占位符
const sqlStr = 'insert into users(username,password) values (?,?)'
// 3.使用数组的形式，依次为?占位符指定具体的值
db.query(sqlStr, [user.username, user.password], (err, results) => {
    if (err) return console.log(err.message)    // 失败
    if (results.affectedRows === 1) {
        console.log('插入数据成功')
    }    // 成功
})

3.3.3.更新数据

// 1.要更新的数据对象
const user = {id: 2, username: 'aaa', password: '123'}
// 2.要执行的SQL语句
const sqlStr = 'update users set username=?,password=? where id=?'
// 3.调用db.query()执行SQL语句的同时，使用数组依次为占位符指定具体的值
db.query(sqlStr, [user.username, user.password, user.id], (err, results) => {
    if (err) return console.log(err.message)    // 失败
    if (results.affectedRows === 1) {
        console.log('更新数据成功')
    }    // 成功
})

3.3.4.删除数据

// 1.执行的SQL语句
const sqlStr = 'delete from users where id=?'
// 2.调用db.query()执行SQL语句的同时，为占位符指定具体的值
// 注意：如果SQL语句中有多个占位符，则必须使用数组为每一个占位符指定具体的值
// 如果SQL语句中只有一个占位符，则可以省略数组
db.query(sqlStr, 7, (err, results) => {
    if (err) return console.log(err.message)    // 失败
    if (results.affectedRows === 1) {
        console.log('删除数据成功')
    }    // 成功
})

四、前后端的身份认证

4.1.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

4.1.1.服务端渲染的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，代码示例如下：
app.get('/index.html', (req, res) => {
    // 1.要渲染的数据
    const user = {name: 'zs', age: 100}
    // 2.服务器端通过字符串的拼接，动态生成HTML内容
    const html = `
姓名：${user.name}，年龄：${user.age}
`
    // 3.把生成好的页面内容响应给客户端，因此，客户端拿到的是带有真实数据的HTML页面
    res.send(html)
})

4.1.2.服务端渲染的优缺点

优点：

1.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。

2.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：

1.占用服务器资源，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。

2.不利于前后端分类，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，不利于项目高兴开发。

4.1.3.前后端分离的Web开发模式

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。

4.1.4.前后端分离的优缺点

优点：

1.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。

2.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。

3.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：

1.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)

4.1.5.如何选择Web开发模式

不谈业务场景而盲目选择使用何种开发模式都是耍流氓

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，则这时我们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

另外，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的渲染 + 其他页面前后端分离的开发模式。

4.2.身份认证

4.2.1.什么是身份认证

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。

4.2.2.为什么需要身份认证

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。

4.2.3.不同开发模式下的身份认证

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

4.3.Session认证机制

4.3.1.HTTP协议的无状态性

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。

4.3.2.如何突破HTTP无状态的限制

现实生活中的会员卡身份认证方式，在Web开发中的专业术语叫做Cookie

4.3.3.什么是Cookie

Cookie是存储在用户浏览器中的一段不超过4KB的字符串，它由一个名称(Name)、一个值(Value)和其他几个用于控制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.过期限时        4.4KB限制

4.3.4.Cookie在身份认证的作用

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。

4.3.5.Cookie不具有安全性

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。

4.3.6.session的工作原理

1.用户第一次请求服务器时，服务器端会生成一个sessionid

2.服务器端将生成的sessionid返回给客户端，通过set-cookie

3.客户端收到sessionid会将它保存在cookie中，当客户端再次访问服务端时会带上这个sessionid

4.当服务端再次接收到来自客户端的请求时，会先去检查是否存在sessionid，不存在就新建一个sessionid重复1,2的流程，如果存在就去遍历服务端的session文件，找到与这个sessionid相对应的文件，文件中的键值便是sessionid，值为当前用户的一些信息

5.此后的请求都会交换这个 Session ID，进行有状态的会话。

4.4.在Express中使用Session认证

4.4.1.安装express-session中间件

在Express项目中，只需要安装express-session中间件，即可在项目中使用Session认证：

npm install express-session

4.4.2.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，示例代码如下：
// 1.导入session中间件
var session = require('express-session')

// 2.配置Session中间件
app.use(session({
    secret: 'keyboard cat',  // secret属性的值可以为任意字符串
    resave: false,   // 固定写法
    saveUninitialized: true  // 固定写法
}))

4.4.3.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', (req, res) => {
    // 判断用户提交的登录信息是否正确
    if (req.body.username !== 'admin' || req.body.password !== '123') {
        return res.send({status: 1, msg: '登录失败'})
    }
    req.session.user = req.body   // 将用户的信息，存储到Session中
    req.session.islogin = true    // 将用户的登录状态，存储到Session中
    res.send({status: 0, msg: '登录成功'})
})

4.4.4.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，示例代码如下
// 获取用户姓名的接口
app.get('/api/username', (req, res) => {
    // 判断用户是否登录
    if (!req.session.islogin) {
        return res.send({status: 1, msg: 'fail'})
    }
    res.send({status: 0, msg: 'success', username: req.session.user.username})
})

4.4.5.清空session

// 调用req.session.destroy()函数，即可清空服务器保存的session信息
// 退出登录的接口
app.post('/api/logout', (req, res) => {
    // 清空当前客户端对应的session信息
    req.session.destroy()
    res.send({
        status: 0,
        msg: '退出登录成功'
    })
})

4.5.JWT认证机制

4.5.1.了解Session认证的局限性

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：

1.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。

2.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。

4.5.2.什么是JWT

JWT(英文全称：JSON WebToken)是目前最流行的跨域认证解决方案

4.5.3.JWT的工作原理

总结：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 

4.5.4.JWT在组成部分

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

4.5.5.JWT的三个部分各自代表的含义

JWT的三个组成部分，从前到后分别是Header、Patload、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

4.5.6.JWT的使用方式

客户端收到服务器返回的JWT之后，通常会将它存储在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

4.6.在Express中使用JWT

4.6.1.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

其中：

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

4.6.2.导入JWT相关的包

// 使用require()函数，分别导入JWT相关的两个包
// 1.导入用于生成JWT字符串的包
const jwt = require('jsonwebtoken')
// 2.导入用于将客户端发送过来的JWT字符串，解析还原成JSON对象的包
const expressJWT = require('express-jwt')

4.6.3.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：

1.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

2.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

3.secret密钥的本质：就是一个字符串

const secretKey = 'itheima'

4.6.4.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：
// 登录接口
app.post('/api/login', (req, res) => {
    // ...省略登录失败情况下的代码
    // 用户登录成功之后，生成JWT字符串，通过token属性响应给客户端
    res.send({
        status: 200,
        message: '登录成功',
        // 调用jwt.sign生成JWT字符串，三个参数分别是：用户信息对象，加密密钥，配对对象
        token: jwt.sign({username: userinfo.username}, secretKey, {expiresIn: '30s'})
    })
})

4.6.5.将JWT字符串还原为JSON对象

客户端每次在访问那些权限接口的时候，都需要主动通过请求头的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：

// 使用app.use()来注册中间件

// expressJWT({secret:secretKey})就是用来解析Token的中间件

// .unless({path:[/^\/api\//]})用来指定那些接口不需要访问权限

app.use(expressJWT({secret:secretKey}).unless({path:[/^\/api\//]}))

4.6.6.使用req.user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.user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：
// 这个一个有权限的API接口
app.get('/admin/getinfo', (req, res) => {
    console.log(req.user)
    res.send({
        status: 200,
        message: '获取用户信息成功',
        data: req.user
    })
})

4.6.7.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，示例代码如下：
app.use((err, req, res, next) => {
    // token解析失败导致的错误
    if (err.name === 'UnauthorizedError') {
        return res.send({status: 401, message: '无效的token'})
    }
    // 其他原因导致的错误
    res.send({status: 500, message: '未知错误'})
})