Koa框架实践与中间件原理剖析-web开发

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Koa框架实践与中间件原理剖析

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2019-1-9

编辑推荐:

本文来自cnblogs，文章介绍了Koa框架、Koa的中间件执行以及koa的中间件是怎么实现的等相关内容。

最近尝试用了一下Koa，并在此记录一下使用心得。

注意：本文是以读者已经了解Generator和Promise为前提在写的，因为单单Generator和Promise都能够写一篇博文来讲解介绍了，所以就不在这里赘述。网上资料很多，可以自行查阅。

Koa是Express原班人马打造的一个更小，基于nodejs平台的下一代web开发框架。Koa的精妙之处就在于其使用generator和promise，实现了一种更为有趣的中间件系统，Koa的中间件是一系列generator函数的对象，执行起来有点类似于栈的结构，依次执行。同时也类似于Python的django框架的中间件系统，以前苏千大神做分享的时候把这种模型称作为洋葱模型。如图：

当一个请求过来的时候，会依次经过各个中间件进行处理，中间件跳转的信号是yield next，当到某个中间件后，该中间件处理完不执行yield next的时候，然后就会逆序执行前面那些中间件剩下的逻辑。直接上个官网的例子：

上面的执行顺序就是：请求 ==> response-time中间件 ==> logger中间件 ==> 响应中间件 ==> logger中间件 ==> response-time中间件 ==> 响应。

更详细描述就是：请求进来，先进到response-time中间件，执行 var start = new Date; 然后遇到yield next，则暂停response-time中间件的执行，跳转进logger中间件，同理，最后进入响应中间件，响应中间件中没有yield next代码，则开始逆序执行，也就是再先是回到logger中间件，执行yield next之后的代码，执行完后再回到response-time中间件执行yield next之后的代码。

至此，整个Koa的中间件执行完毕，整个中间件执行过程相当有意思。

而Koa的中间件是运行在 co 函数下的，而tj大神的co函数能够把异步变同步，也就说，编写Koa的中间件的时候可以这样写，就拿上面那个demo最后的响应中间件来说可以改成这样：

app.use(function*(){
var text = yield new Promise(function(resolve){
fs.readFile('./index.html', 'utf-8', function(err, data){
resolve(data);
})
});

this.body = text;
});

通过Promise可以把获取的文件数据data通过resolve函数，传到最外层的text中，而且，整个异步操作变成了同步操作。

再比如使用mongodb做一个数据库查询功能，就可以写成这样，整个数据的查询原来是异步操作，也可以变成了同步，因为mongodb官方驱动的接口提供了返回Promise的功能，在co函数里只用yield的时候能够直接把异步变成同步，再也不用写那恶心的回调嵌套了。

var MongoClient = require("mongodb").MongoClient;
app.use(function *(){
var db = yield MongoClient.connect('mongodb://127.0.0.1:27017/myblog');

var collection = db.collection('document');

var result = yield collection.find({}).toArray();

db.close()
});

tj的co函数就如同一个魔法，把所有异步都变成了同步，看起来好像很高大上。但是co函数做的事其实并不复杂。

整个co函数说白了，就是使用Promise递归调用generator的next方法，并且在后一次调用的时候把前一次返回的数据传入，直到调用完毕。而co函数同时把非Promise对象的function、generator、array等也组装成了Promise对象。所以可以在yield后面不仅仅可以接Promise，还可以接generator对象等。

自己实现了一个简单的co函数，传入一个generator，获取generator的函数对象，然后定义一个next方法用于递归，在next方法里执行generator.next()并且传入data，执行完generator.next()会获取到{value:XX, done: true|false}的对象，如果done为true，说明generator已经迭代完毕，退出。

否则，假设当前执行到yield new Promise()，也就是返回的result.value就是Promise对象的，直接执行Promise的then方法，并且在then方法的onFulfilled回调（也就是Promise中的异步执行完毕后，调用resolve的时候会触发该回调函数）中执行next方法进行递归，并且将onFulfilled中传入的数据传入next方法，也就可以在下一次generator.next()中把数据传进去。

// co简易实现
function co(generator){
var gen = generator();

var next = function(data){
var result = gen.next(data);

if(result.done) return;

if (result.value instanceof Promise) {
result.value.then(function (d) {
next(d);
}, function (err) {
next(err);
})
}else {
next();
}
};

next();
}

写个demo测试一下：

// test
co(function*(){
var text1 = yield new Promise(function(resolve){
setTimeout(function(){
resolve("I am text1");
}, 1000);
});

console.log(text1);

var text2 = yield new Promise(function(resolve){
setTimeout(function(){
resolve("I am text2");
}, 1000);
});

console.log(text2);
});

运行结果：

运行成功！

既然了解了co函数的原理，再来说说koa的中间件是怎么实现的。整个实现原理就是把所有generator放到一个数组里保存，然后对所有generator进行相应的链式调用。

起初是自己按照自己的想法实现了一次，大概原理如下：

用个数组，在每次执行use方法的时候把generator传入gens数组保存，然后在执行的时候，先定义一个generator的执行索引index、跳转标记ne（也就是yield next里的next）、还有一个是用于保存generator函数对象的数组gs，。然后获取当前中间件generator，并且获取到该generator的函数对象，将函数对象放入gs数组中保存，再执行generator.next()。

接着根据返回的value，做不同处理，如果是Promise，则跟上面的co函数一样，在其onFulfilled的回调中执行下一次generator.next()，如果是ne，也就是当前执行到了yield next，说明要跳转到下一个中间件，此时对index++，然后从gens数组里获取下一个中间件重复上一个中间件的操作。

当执行到的中间件里没有yield next时，并且当该generator已经执行完毕，也就是返回的done为true的时候，再逆序执行，从此前用于保存generator的函数对象gs数组获取到上一个generator函数对象，然后执行该generator的next方法。直到全部执行完毕。

整个过程就像，先是入栈，然后出栈的操作。

//简易实现koa的中间件效果

var gens = [];

function use(generetor){
gens.push(generetor);
}

function trigger(){
var index = 0;
var ne = {};
var gs = [],
g;

next();

function next(){
//获取当前中间件，传入next标记，即当yield next时处理下一个中间件
var gen = gens[index](ne);

//保存实例化的中间件
gs.push(gen);

co(gen)
}

function co(gen, data){
if(!gen) return;

var result = gen.next(data);

// 当当前的generator中间件执行完毕，将执行索引减一，获取上一级的中间件并且执行
if(result.done){
index--;

if(g = gs[index]){
co(g);
}

return;
}

// 如果执行到Promise，则当Promise执行完毕再进行递归
if(result.value instanceof Promise){
result.value.then(function(data){
co(gen, data);
})
}else if(result.value === ne){
// 当遇到yield next时，执行下一个中间件
index++;

next();
}else {
co(gen);
}
}
}

然后再写个demo测试一下：

// test

use(function*(next){
var d = yield new Promise(function(resolve){
setTimeout(function(){
resolve("step1")
}, 1000)
});

console.log(d);

yield next;

console.log("step2");
});

use(function*(next){
console.log("step3");

yield next;

var d = yield new Promise(function(resolve){
setTimeout(function(){
resolve("step4")
}, 1000)
});

console.log(d);
});

use(function*(){
var d = yield new Promise(function(resolve){
setTimeout(function(){
resolve("step5")
}, 1000)
});

console.log(d);

console.log("step6");
});

trigger();

运行结果：

运行成功！

上面的只是我自己的觉得的实现原理，但是其实koa自己的实现更精简，在看了koa的源码后，也大概实现了一下，其实就是把上面的那个co函数进行适当改造一下，然后用个while循环，把所有generator链式绑定起来，再放到co函数里进行yield即可。下面贴出源码：

执行结果也是无问题，运行demo和运行结果跟上一个一样，就不贴出来了。

上面写的三个代码放在了github：

https://github.com/whxaxes/node-test/blob/master/other/myco.js

https://github.com/whxaxes/node-test/blob/master/other/mykoa.js

https://github.com/whxaxes/node-test/blob/master/other/mykoa_2.js

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