浅析koa的洋葱模型实现

前言

koa被认为是第二代node web framework，它最大的特点就是独特的中间件流程控制，是一个典型的洋葱模型。koa和koa2中间件的思路是一样的，但是实现方式有所区别，koa2在node7.6之后更是可以直接用async/await来替代generator使用中间件，本文以最后一种情况举例。

洋葱模型

下面两张图是网上找的，很清晰的表明了一个请求是如何经过中间件最后生成响应的，这种模式中开发和使用中间件都是非常方便的

来看一个koa2的demo:

const Koa = require('koa');

const app = new Koa();
const PORT = 3000;

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

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

app.listen(PORT);
console.log(`http://localhost:${PORT}`);

访问http://localhost:3000，控制台打印：

1
2
3
2
1

怎么样，是不是有一点点感觉了。当程序运行到await next()的时候就会暂停当前程序，进入下一个中间件，处理完之后才会仔回过头来继续处理。也就是说，当一个请求进入，#1会被第一个和最后一个经过，#2则是被第二和倒数第二个经过，依次类推。

实现

koa的实现有几个最重要的点

1. context的保存和传递
2. 中间件的管理和next的实现

翻看源码我们发现
app.listen使用了this.callback()来生成node的httpServer的回调函数

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

那就再来看this. callback

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

这里用compose处理了一下this.middleware，创建了ctx并赋值为createContext的返回值，最后返回了handleRequest。

this.middleware看起来应该是中间件的集合，查了下代码，果不其然：

this.middleware = [];

use(fn) {
    if (typeof fn !== 'function') throw new TypeError('middleware must be a function!');
    if (isGeneratorFunction(fn)) {
      deprecate('Support for generators will be removed in v3. ' +
                'See the documentation for examples of how to convert old middleware ' +
                'https://github.com/koajs/koa/blob/master/docs/migration.md');
      fn = convert(fn);
    }
    debug('use %s', fn._name || fn.name || '-');
    this.middleware.push(fn);
    return this;
}

抛开兼容和判断，这段代码只做了一件事：

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

原来当我们app.use的时候，只是把方法存在了一个数组里。
那么compose 又是什么呢。跟踪源码可以看到compose来自koa-compose模块，代码也不多：（去掉了一些不影响主逻辑的判断）

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, function next () {
          return dispatch(i + 1)
        }))
      } catch (err) {
        return Promise.reject(err)
      }
    }
  }
}

比较关键的就是这个dispatch函数了，它将遍历整个middleware，然后将context和dispatch(i + 1)传给middleware中的方法。

return Promise.resolve(fn(context, function next () {
      return dispatch(i + 1)
}))

这段代码就很巧妙的实现了两点:

1. 将`context`一路传下去给中间件

2. 将`middleware`中的下一个中间件`fn`作为未来`next`的返回值

这两点也是洋葱模型实现的核心。
再往下看代码实际上就没有太多花样了。
createContext和handleRequest 做的事实际上是把ctx和中间件进行绑定，也就是第一次调用compose 返回值的地方。

  createContext(req, res) {
    const context = Object.create(this.context);
    const request = context.request = Object.create(this.request);
    const response = context.response = Object.create(this.response);
    context.app = request.app = response.app = this;
    context.req = request.req = response.req = req;
    context.res = request.res = response.res = res;
    request.ctx = response.ctx = context;
    request.response = response;
    response.request = request;
    context.originalUrl = request.originalUrl = req.url;
    context.cookies = new Cookies(req, res, {
      keys: this.keys,
      secure: request.secure
    });
    request.ip = request.ips[0] || req.socket.remoteAddress || '';
    context.accept = request.accept = accepts(req);
    context.state = {};
    return context;
  }

  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);
  }

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