Koa是一个新的 web 框架，由 Express 幕后的原班人马打造， 致力于成为 web 应用和 API 开发领域中的一个更小、更富有表现力、更健壮的基石。 通过利用 async 函数， Koa 帮你丢弃回调函数，并有力地增强错误处理。 Koa 并没有捆绑任何中间件，而是提供了一套优雅的方法，帮助您快速而愉快地编写服务端应用程序。

Koa 中间件的作用

中间件的功能是可以访问请求对象( request )，响应对象( response )和应用程序的请求-响应周期中的通过 next 对下一个中间件函数的调用。通俗来讲, 利用这一特性在 next 之前对 request 进行处理, 而在 next 之后对 response 进行处理。

简单应用程序

const Koa = require('koa');
const App = new Koa();

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

app.listen(3000);

以上代码是 Koa 官网上面的 简单示例 , 接下来一起深入中间件机制的运行原理。

中间件应用 demo

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

app.use(async (ctx, next) => {
  console.log(1);
  await next();
  console.log(2);
});

app.use(async (ctx, next) => {
  console.log(3);
  await next();
  console.log(4);
});

app.use(async (ctx, next) => {
  ctx.body = 'Hello, Koa';
});

app.listen(3001);

结合上面应用demo, 逐步剖析中间件运行原理。每当服务器接收一个客户端请求时, 都会依次打印: 1, 3, 4, 2 。

中间件原理

注册中间件函数

上面应用使用 use 进行注册中间件函数, 看下 Koa 内部中间件的实现。

use(fn) {
  // 省略部分代码...
  this.middleware.push(fn);
  return this;
}

省略了部分校验和转换的代码, use 函数最核心的就是 this.middleware.push(fn) 这一句。将我们注册的中间件函数都缓存到 middleware 栈中, 并且返回了 this 自身, 方便进行链式调用。

上面的 demo 应用注册了三个中间件函数,具体这些中间件函数什么时候执行以及如何执行, 继续看。

创建 server 服务

上面 demo 引用调用 Koa 实例的 listen 方法, 开启端口号为 3001 的服务, 看下 Koa 内部 listen 方法的实现。

listen(...args) {
  const server = http.createServer(this.callback());
  return server.listen(...args);
}

内部使用了 Node 原生的 http 模块, 通过 createServer 创建一个 Server 实例并监听指定的端口号。 http.createServer(RequestListener) 接受请求侦听器函数作为参数, RequestListener 函数接受 request 和 response 对象两个参数。

所以, 知道 this.callback() 函数的调用返回一个函数, 并且这个函数接受 request 和 response 请求和响应对象。

callback 创建 RequestListener 请求侦听器函数

上面说到, callback 函数的调用返回一个 RequestListener 请求侦听器函数, 并且接受 请求对象( request )和响应对象( response )。

callback() {
  // compose 为中间件运行的核心
  const fn = compose(this.middleware);

  // handleRequest 就是 callback 函数返回的函数
  const handleRequest = (req, res) => {
    const ctx = this.createContext(req, res);
    return this.handleRequest(ctx, fn);
  };
  return handleRequest;
}

callback函数主要做了两件事情:

1. 使用 compose 函数对缓存中间件函数的栈做了一层校验, 并且 返回了一个函数 。后文会详细分析 compose 函数的实现。
2. 创建一个 RequestListener 请求侦听器函数, 并且返回出去。 如果有客户端请求时, 就会先触发请求侦听器函数执行, 并且接受这次请求的 request 和 response 对象。

const ctx = this.createContext(req, res) 纯碎做了一件根据请求的 request 和 response 创建了一个 ctx 上下文对象, 创建它们三者的互相引用关系等, 这不是这篇文章的重点, 可自行了解。。

然后通过 handleRequest 函数将 ctx 上下文对象和 compose 函数的结果作为参数进行处理, 那么 compose 函数主要做了什么呢?

compose

compose 是一个 koa-compose npm 包, 其内部核心代码也就 20+ 行, 它提供了中间件 next 函数调用的核心承载, 看一下内部的代码:

function compose (middleware) {
  if (!Array.isArray(middleware)) 
    throw new TypeError('Middleware stack must be an array!')
  for (const fn of middleware) {
    if (typeof fn !== 'function') 
      throw new TypeError('Middleware must be composed of functions!')
  }

  /**
   * @param {Object} ctx
   * @return {Promise}
   * @api public
   */
  return function fn (ctx, next) {
    // 简化了部分代码
    return dispatch(0)
    function dispatch (i) {
      let middlewareFn = middleware[i]
      try {
        return Promise.resolve(middlewareFn(ctx, dispatch.bind(null, i + 1)));
      } catch (err) {
        return Promise.reject(err)
      }
    }
  }
}

所以, const fn = compose(this.middleware) 的调用主要做了一些对 middleware 及 middleware 栈内每一个中间件函数的校验, 并返回 fn 函数。

下面结合 handleRequest 函数内部的处理来深入理解 fn 函数的执行过程。

handleRequest

每次客户端有请求时, 都会调用 RequestListener 请求侦听器函数, 并创建请求响应上下文对象后, 传递 上下文对象 和 fn 函数到 handleRequest 函数处理。所以每次请求都会处理一次, 每次请求都会依次触发已注册的中间件函数。

handleRequest(ctx, fn) {
  // 省略无关代码...
  const onerror = err => ctx.onerror(err);
  const handleResponse = () => respond(ctx);
  // 省略无关代码...
  return fn(ctx).then(handleResponse).catch(onerror);
}

fn(ctx) 接受上下文对象参数,执行的结果可以调用 .then , 不用想了吧, 八成返回一个 Promise 对象, 下面再进入到看下 fn 函数内部的实现。

内部调用了 dispatch(0) 根据下标取出 middleware 栈中的第一个中间件函数 middlewareFn :

async (ctx, next) => {
  console.log(1);
  await next();
  console.log(2);
}

希望你对 bing 有深刻的理解。 MDN bind

然后执行第一个中间件函数, 将上下文对象( ctx ) 和 next ( dispatch.bind(null, i + 1) ) 作为参数传递给中间件函数。首先会执行 console.log(1) 打印 1 , 然后执行 await next() 将当前函数的 执行权 转交给 dispatch.bind(null, i + 1) 函数执行。

相当于调用了 dispatch(1) , 则取出第二个中间件函数执行, 依次类推。

看图辅助理解

洋葱模型

当 dispatch(0) 出栈后则表示所有的中间件函数已依次执行完毕, 如果某个中间件执行出现错误, 就会抛出 Promise.reject 由外部的 onerror 函数处理, 如果没有出现错误则调用 handleResponse 函数并转交给 respond 函数处理 body 的数据格式, 这些不是本篇幅的重点。