理解 Koa 框架中间件原理

原文链接

Node 主要用在开发 Web 应用，koa 是目前 node 里最流行的 web 框架。

在 Node 开启一个 http 服务简直易如反掌,官网 demo。

const http = require("http");

const server = http.createServer((req, res) => {
  res.statusCode = 200;
  res.setHeader("Content-Type", "text/plain");
  res.end("Hello World\n");
});

const hostname = "127.0.0.1";
const port = 3000;
server.listen(port, hostname, () => {
  console.log(`Server running at http://${hostname}:${port}/`);
});
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• 引入 http 模块， http 的 createServer 方法创建了一个 http.Server 的实例。
• server 监听 3000 端口。
• 我们传入到 createServer 里的函数实际是监听 request 事件的回调，每当请求进来，监听函数就会执行。
• request 事件的监听函数，其函数接受两个参数，分别是 req 和 res 。其中 req 是一个可读流， res 是一个可写流。我们通过 req 获取 http 请求的所有信息，同时将数据写入到 res 来对该请求作出响应。

koa 应用

koa 如何创建一个 server, 直接上个官网的例子

const Koa = require("koa");
const app = new Koa();

// x-response-time

app.use(async (ctx, next) => {
  const start = Date.now();
  await next();
  const ms = Date.now() - start;
  ctx.set("X-Response-Time", `${ms}ms`);
});

// logger

app.use(async (ctx, next) => {
  const start = Date.now();
  await next();
  const ms = Date.now() - start;
  console.log(`${ctx.method} ${ctx.url} - ${ms}`);
});

// response

app.use(async ctx => {
  ctx.body = "Hello World";
});

app.listen(3000);
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中间件概念在编程中使用广泛, 不管是前端还是后端, 在实际编程中或者框架设计都有使用到这种实用的模型。

基本上，Koa 所有的功能都是通过中间件实现的。

每个中间件默认接受两个参数，第一个参数是 Context 对象，第二个参数是 next 函数。只要调用 next 函数，就可以把执行权转交给下一个中间件。

如果中间件内部没有调用 next 函数，那么执行权就不会传递下去。

多个中间件会形成一个栈结构（middle stack），以“先进后出”（first-in-last-out）的顺序执行。整个过程就像，先是入栈，然后出栈的操作。

上面代码的执行顺序是：

请求 ==> x-response-time 中间件 ==> logger 中间件 ==> response中间件 ==> logger 中间件 ==> response-time 中间件 ==> 响应
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理解 Koa 的中间件机制（源码分析）

阅读源码，化繁为简,我们看看 koa 的中间件系统是如何实现的。

class Application extends Emitter {
  constructor() {
    super();
    this.middleware = [];
  },

  use(fn) {
    this.middleware.push(fn);
    return this;
  },

  callback() {
    const fn = compose(this.middleware);

    return function(req, res) {
      return fn(ctx);
    };
  },

  listen(...args) {
    const server = http.createServer(this.callback());
    return server.listen(...args);
  }
}
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好了，精简结束，一不小心，去枝末节，最后只剩下不到 20 行代码。

这就是框架的核心，简化后的代码非常清晰，有点不可思议,但核心就是这么简单。

我们先分析以上代码做了什么事。

• 我们定义了一个 middleware 数组来存储中间件。

• 我们定一个了一个 use 方法来注册一个中间件。其实就是简单的 push 到自身的 mideware 这个数组中。

• 我们还使用了一个 compose 方法，传入 middleware ，应该是做了一些处理，返回了一个可执行的方法。

你一定对中间的 compose 方法很好奇，初此之外的代码都容易理解，唯独这个 compose 不太知道究竟做了什么。

其实， compose 就是整个中间件框架的核心。

compose 之外，代码已经很清楚的定义了

• 中间件的存储

• 中间件的注册

而 compose 方法做了最为重要的一件事

• 中间件的执行

核心源码 compose

先上码

function compose(middleware) {
  return function(context, next) {
    // last called middleware #
    let index = -1;
    return dispatch(0);
    function dispatch(i) {
      if (i <= index)
        return Promise.reject(new Error("next() called multiple times"));
      index = i;
      let fn = middleware[i];
      if (i === middleware.length) fn = next;
      if (!fn) return Promise.resolve();
      try {
        return Promise.resolve(fn(context, dispatch.bind(null, i + 1)));
      } catch (err) {
        return Promise.reject(err);
      }
    }
  };
}
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我试图去简化一下这个方法，但方法本身已经足够简洁。

代码很简洁。

通过 next()传递 实现中间件调用, 结合 Promise 采用 递归调用 的通知机制。

看图

这种形式的控制流让整个 Koa 框架中间件的访问呈现出 自上而下的中间件流 + 自下而上的 response 数据流 的形式。

Koa 本身做的工作仅仅是定制了中间件的编写规范，而不内置任何中间件。一个 web request 会通过 Koa 的中间件栈，来动态完成 response 的处理。

koa 在中间件语法上面采用了 async + await 语法来生成 Promise 形式的程序控制流。

总结

koa 是非常精简的框架, 其中的精粹思想就是洋葱模型(中间件模型), koa 框架的中间件模型非常好用并且简洁, 但是也有自身的缺陷, 一旦中间件数组过于庞大, 性能会有所下降,我们需要结合自身的情况与业务场景作出最合适的选择.