你需要掌握的 Koa 洋葱模型和中间件

大家好，我是前端西瓜哥。

Koa 是一个 nodejs 框架，经常用于写 web 后端服务。它是 Express 框架的原班人马开发的新一代 web 框架，使用了 async / await 来优雅处理无处不在的异步逻辑。

我们常说 Koa 其实是洋葱模型，今天就来深挖下 Koa 的洋葱模型到底是什么。

什么是洋葱模型

在这之前，我们先简单看看 Koa 是如何使用的。

在 Koa 中，我们通过 app.use 方法注册中间件。中间件可以注册多个，它们的执行顺序和注册时机相关，先注册的先执行。

所谓中间件就是一个函数，这个函数接受 Koa 提供的两个参数：

ctx 上下文对象；
next 函数。

ctx 上有各种参数，比如请求对象 request 和响应对象 response。

调用 next 函数会执行下一个的中间件，如果你不调用 next 函数，那下一个中间件就不会执行。

我们看一个例子：

const Koa = require('koa');

const app = new Koa();

// 中间件 1：记录请求花费时间
app.use(async (ctx, next) => {
  console.log('中间件 1');
  const start = new Date().getTime();
  await next();
  const t = new Date().getTime() - start;
  console.log('请求花费时间为', t + ' ms');
})

// 中间件 2：获取数据
app.use(async (ctx, next) => {
  console.log('中间件 2')
  const data = await getData(); 
  ctx.body = { data };
})

// 模拟从数据库获取数据，耗时 1 s
const getData = async () => {
  await new Promise((resolve) => {
    setTimeout(() {
      resolve();
    }, 1000);
  })
  return 'Hello World!';
}

app.listen(3005);

当请求时，服务器的日志是这样的：

中间件 
中间件 2 
请求花费时间为 1005 ms

从中间件 1 睡觉来看来说，代码逻辑可以分为三部分：

先执行next() 。
然后执行next() 其后的中间件 2 的所有代码。
最后执行next() 后面的代码。

这种先执行了当前中间件的前半部分逻辑，然后处理完之后的中间件后，最后继续执行当前中间件的后半部分的特性，可以让我们可以像洋葱一样，从外到内先处理 request 对象，再从内到外处理 response 对象，于是被称为洋葱模型。

洋葱模式本质是设计模式中的 职责链模式 的变体。

职责链模式，指的是将请求和响应解耦，让多个处理对象有机会依此去处理请求。比如处理对象 A 先处理数据，然后将处理后的数据传给处理对象 B，依此类推形成了一条链。链条上的不同处理对象负责各自的职责。

A -> B -> C

相比经典的职责链模式，洋葱模型可以将一个处理器分成两个部分，在不同时机触发但却拥有相同的上下文，在一些情况下是非常好用的，就比如刚刚提到的打印单个请求花费时长。

A1 -> B1 -> C -> B2 -> A2

Koa 中的源码实现

Koa 是一个非常轻量的库，源码分析起来相对比较容易，所以我们来看看它的洋葱模型，也就是中间件模型的实现吧。不过因为用到了大量闭包的实现，看起来还是容易眼花的。

首先通过 new Koa() 创建的一个 app 对象，它有一个成员属性 middleware，初始值为空数组。这个 middleware 就是保存中间件函数的地方。

每当我们调用 app.use(fn) 时，Koa 会将中间件函数加到 middleware。

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

最后我们调用 app.listen(port)，这个 API 会启动 http 服务器。

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

this.callback 是一个函数，会返回一个封装好的函数给 nodejs 原生的 http.createServer 使用。

callback 实现为：

callback () {
  const fn = this.compose(this.middleware)
  if (!this.listenerCount('error')) this.on('error', this.onerror)
  const handleRequest = (req, res) => {
    const ctx = this.createContext(req, res)
    return this.handleRequest(ctx, fn)
  }
  return handleRequest
}

再看看这个 this.compose 方法，它将多个中间件函数进行组合，让它们可以依此被调用。这个 compose 被抽成一个名为 koa-compose 的 npm 包，里面的代码很少，我将其中的核心代码抽出来：

function compose (middleware) {
  return function (context, next) {
    function dispatch (i) {
      let fn = middleware[i]
      if (i === middleware.length) fn = next
      // 走到最后一个中间件
      if (!fn) return Promise.resolve()
      return Promise.resolve(fn(context, dispatch.bind(null, i + 1)))
    }    
    return dispatch(0)
  }
}

compose 函数的作用是将中间件函数进行组装，先返回第一个中间件函数的封装，其类型签名为 () => Promise。

当这个被封装的函数被执行时，它会将执行原始的中间件函数，并拿到下一个中间件函数的封装，也就是 next。

我们回到 callback 方法中，其中 this.handleRequest 的实现为：

handleRequest (ctx, fnMiddleware) {
  const res = ctx.res
  res.statusCode = 404
  const onerror = err ctx.onerror(err)
  const handleResponse = () respond(ctx)
  onFinished(res, onerror)
  return fnMiddleware(ctx).then(handleResponse).catch(onerror)
}

this.handleRequest 将 compose 返回的第一个中间件，进行调用。

Express 是洋葱模型吗？

Express 发布时，ES6 还没出来，不能使用 Promise，更不用说 ES7 的 async / await 了。

所以 Express 在当时情况下，其实并没有能力实现这种支持异步的洋葱模型，那时候要做异步就只能使用回调的风格。

总的来说，Express 也算是一种 只支持同步的洋葱模型，因为它在实现上没有处理 next 是 async 的情况，这是历史原因导致的。

Express 是在调用 res.send 时，结束数据的处理，返回响应数据给客户的。在一个请求里不能多次调用 res.rend。
Koa 是给 ctx.response 上加内容，等到中间件走完才返回数据。

结尾

洋葱模型，就是将数据顺序传入到多个中间件中，让它们进行处理传递，并利用函数递归的特性，让我们可以在一个中间件内先执行前半部分逻辑，再执行之后的所有中间件的完整逻辑后，再掉转方向继续执行这个中间件的后半部分。

相比一旦进入下个中间件后再不回来，这种实现可以让我们的代码更灵活，在一些场景下很有用。

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