Node.js バックエンドフレームワークの選択 Express, Fastify, または NestJS

Node.js バックエンドフレームワーク：哲学的な考察

Node.js の活気に満ちたエコシステムにおいて、バックエンドフレームワークの選択は、プロジェクトのスケーラビリティ、保守性、開発速度に大きな影響を与えます。多くの人にとって、Express は事実上の標準であり、Node.js で Web サービスを構築する方法を形作ったミニマリストの先駆者でした。しかし、アプリケーションが複雑化し、パフォーマンスへの要求が激化するにつれて、Fastify や NestJS のような新しい競合が登場し、それぞれが独自の哲学を提唱しています。この探索では、これら 3 つの著名なフレームワークを掘り下げ、それぞれの核となる教義、実際の実装、理想的なユースケースを検証し、開発者がますます多様化する Node.js バックエンド開発の状況を乗り越えるのを支援します。その根本的な設計原則と、それらがコードにどのように変換されるかを理解することは、プロジェクト固有の要件とチームの開発パラダイムに適合する情報に基づいた意思決定を行う上で重要になります。

各フレームワークの具体例に入る前に、議論の枠組みとなるいくつかの基本的な用語について共通の理解を確立しましょう。

ミドルウェア (Middleware): アプリケーションのリクエスト・レスポンスサイクルの req (リクエスト) オブジェクト、res (レスポンス) オブジェクト、および next ミドルウェア関数にアクセスできる関数。コードを実行し、リクエストおよびレスポンスオブジェクトを変更し、リクエスト・レスポンスサイクルを終了させることができます。
ルーティング (Routing): アプリケーションが特定のエンドポイント（URI またはパスと特定の HTTP リクエストメソッド (GET, POST など)）に対するクライアントリクエストにどのように応答するかを決定するメカニズム。
パフォーマンス (TPS/レイテンシ): 往々にして、トランザクション/秒 (TPS) とレイテンシ（サーバーによってリクエストが処理されるまでの時間）で測定されます。TPS が高く、レイテンシが低いほど、一般的にパフォーマンスが良いことを示します。
依存性注入 (DI): 制御の反転を実装するために使用されるデザインパターン。依存オブジェクトの作成は、依存オブジェクト自体によって作成されるのではなく、外部エンティティによって処理されます。これにより、結合度が低くなり、テストが容易になります。
デコレーター (Decorators): クラス、メソッド、アクセサー、プロパティ、またはパラメーターにアタッチできる特別な種類の宣言。これらは、デコレートしているアイテムの動作を変更する関数です。（TypeScript で一般的）。
アーキテクチャの意向 (Architectural Opinion): フレームワークが課す構造と事前定義されたパターンのレベルを指します。強力なアーキテクチャの意向を持つフレームワークは、より多くの足場とガイドラインを提供することがよくありますが、意向の少ないフレームワークはより多くの自由を提供します。

Express：意向のないミニマリスト

Express.js は、「デフォルト」の Node.js フレームワークと見なされることが多く、ミニマリストで意向のない哲学を体現しています。Web アプリケーションおよび API 用の堅牢な機能セットを提供し、主にルーティングとミドルウェアに焦点を当てています。その強みは、開発者がフレームワークに制約されることなく、さまざまなアーキテクチャパターンを使用してアプリケーションを構築できる柔軟性にあります。しかし、この自由は、アプリケーションを自分で構造化する責任を伴います。

コア原則:

最小限の構造: Express は、Node.js の HTTP モジュールの上に薄いレイヤーを提供し、リクエストとレスポンスを処理するための基本的な機能を提供します。
ミドルウェアによる拡張性: Express アプリケーションのほぼすべての側面を、ミドルウェア関数を介してカスタマイズまたは拡張できます。

コード例（基本サーバー）:

const express = require('express');
const app = express();
const port = 3000;

app.get('/', (req, res) => {
  res.send('Hello from Express!');
});

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

アプリケーションシナリオ:

中小規模の API: 軽量で高速なセットアップが好まれ、チームがアーキテクチャの決定に慣れているプロジェクトに最適です。
プロトタイピング: そのシンプルさは、アイデアを素早く具現化するのに優れています。
マイクロサービス: より重量なフレームワークを必要としない可能性のある、小さく集中的なサービスを構築するために使用できます。

長所: 成熟したエコシステム、広範なコミュニティサポート、非常に柔軟、学習が容易。 短所: 大規模アプリケーション向けの構造が欠けている、ボイラープレートが多くなる可能性がある、最適化された代替手段よりもパフォーマンスが低い可能性がある。

Fastify：パフォーマンス重視のパフォーマー

Fastify は、生のパフォーマンスを最優先目標として設計されています。スキーマベースの検証とシリアライゼーションを活用してリクエスト処理を最適化することにより、可能な限り最高のスループットと低レイテンシを提供することを目指しています。Fastify は、速度への注力により、リクエスト/レスポンスサイクルの処理方法において Express よりも意向が強いです。

コア原則:

パフォーマンス第一: JSON スキーマ検証や高速 JSON 文字列化などの手法を使用して、オーバーヘッドを最小限に抑えます。
プラグインベースのアーキテクチャ: 強力なプラグインシステムを通じて、モジュール性と再利用性を促進します。
スキーマベースの検証とシリアライゼーション: リクエストおよびレスポンスの検証とシリアライゼーションのためのスキーマを事前にコンパイルすることで、パフォーマンスを向上させます。

コード例（スキーマ付き基本サーバー）:

const fastify = require('fastify')({ logger: true });

fastify.get('/', async (request, reply) => {
  return { message: 'Hello from Fastify!' };
});

const start = async () => {
  try {
    await fastify.listen({ port: 3000 });
  } catch (err) {
    fastify.log.error(err);
    process.exit(1);
  }
};
start();

コード例（入力/出力スキーマ付きルート）:

const fastify = require('fastify')({ logger: true });

const opts = {
  schema: {
    querystring: {
      type: 'object',
      properties: {
        name: { type: 'string' }
      },
      required: ['name']
    },
    response: {
      200: {
        type: 'object',
        properties: {
          greeting: { type: 'string' }
        }
      }
    }
  }
};

fastify.get('/greet', opts, async (request, reply) => {
  const { name } = request.query;
  return { greeting: `Hello, ${name} from Fastify!` };
});

const start = async () => {
  try {
    await fastify.listen({ port: 3000 });
  } catch (err) {
    fastify.log.error(err);
    process.exit(1);
  }
};
start();

アプリケーションシナリオ:

高性能 API: 極めて低いレイテンシと高いスループットを要求するサービスに最適です。
リアルタイムアプリケーション: クイックデータ処理が重要な場合に適している可能性があります。
マイクロサービス（パフォーマンス重視）： 個々のサービスに最適化されたパフォーマンスが必要な場合。

長所: 優れたパフォーマンス、モダンなプラグインアーキテクチャ、スキーマによる強力な開発者エクスペリエンス。 短所: Express よりも学習曲線が急、Express よりもコミュニティとエコシステムが小さい。

NestJS：意向のあるフルスタックフレームワーク

TypeScript で構築された NestJS は、Angular のアーキテクチャパターンから大きな影響を受け、Node.js バックエンド開発に構造とスケーラビリティをもたらします。依存性注入、モジュール性、オブジェクト指向プログラミングなどのプラクティスを促進し、大規模でエンタープライズグレードのアプリケーションに最適です。デコレーターを広範囲に使用し、プロジェクト生成用の堅牢な CLI を提供します。内部的には、NestJS は Express または Fastify を HTTP サーバーとして利用でき、両方の長所を提供します。

コア原則:

意向のあるアーキテクチャ: アプリケーションの構造化のための明確なガイドラインを提供し、保守性とスケーラビリティを促進します。
TypeScript ファースト: 強力な型付けとコード品質の向上に TypeScript を採用しています。
依存性注入: 疎結合とテスト容易性を促進します。
モジュール設計: アプリケーションを小さく管理可能なモジュールに分割することを奨励します。

コード例（サービス付きコントローラー）:

// app.controller.ts
import { Controller, Get } from '@nestjs/common';
import { AppService } from './app.service';

@Controller()
export class AppController {
  constructor(private readonly appService: AppService) {}

  @Get()
  getHello(): string {
    return this.appService.getHello();
  }
}

// app.service.ts
import { Injectable } from '@nestjs/common';

@Injectable()
export class AppService {
  getHello(): string {
    return 'Hello from NestJS!';
  }
}

// app.module.ts
import { Module } from '@nestjs/common';
import { AppController } from './app.controller';
import { AppService } from './app.service';

@Module({
  imports: [],
  controllers: [AppController],
  providers: [AppService],
})
export class AppModule {}

アプリケーションシナリオ:

エンタープライズアプリケーション: 長期的な保守性を必要とする大規模で複雑なプロジェクトに適しています。
マイクロサービス（構造化）： 一貫したアーキテクチャスタイルを持つ、首尾一貫したマイクロサービスのセットを構築するのに優れています。
フルスタック開発（TypeScript 中心）： 特に Angular や同様の構造化フレームワークに慣れているチームにとって魅力的です。

長所: 高いスケーラビリティと保守性、大規模チームに最適、堅牢な機能セット（GraphQL、WebSockets、ORM 統合）、強力な TypeScript サポート。 短所: 学習曲線が最も急、Express または Fastify よりも多くのボイラープレートコード、単純なプロジェクトには過剰である可能性があります。

結論

Express、Fastify、NestJS の間の選択は、最終的にはプロジェクト固有のニーズ、チームの専門知識、およびアプリケーションの長期的なビジョンにかかっています。Express は、シンプルさと直接的な制御を重視するプロジェクトに比類のない柔軟性を提供する、スイスアーミーナイフであり続けます。際立ったパフォーマンスが最優先される場合、Fastify はリクエスト・レスポンスサイクルのあらゆる側面を細心の注意を払って最適化します。一方、NestJS は、特に TypeScript とオブジェクト指向の原則を採用する複雑なアプリケーションに、高度に構造化されたスケーラブルな基盤を提供する、アーキテクトの夢です。適切なフレームワークは、チームがアプリケーションを効率的かつ効果的に構築、保守、スケーリングできるように、最もよく力を与えるものです。