ThinkPHP6.0管道模式与中间件的实现分析

说明

ThinkPHP 6.0 RC5 开始使用了管道模式来实现中间件，比起之前版本的实现更加简洁、有序。这篇文章对其实现细节进行分析。

首先我们从入口文件 public/index.php 开始，$http = (new App())->http;

获得一个 http 类的实例后调用它的 run 方法：$response = $http->run();，然后它的 run 方法又调用了 runWithRequest 方法：

protected function runWithRequest(Request $request)
{
    .
    .
    .
    return $this->app->middleware->pipeline()
        ->send($request)
        ->then(function ($request) {
            return $this->dispatchToRoute($request);
        });
}

中间件的执行都在最后的 return 语句中。

pipeline、through、send 方法

$this->app->middleware->pipeline() 的 pipeline 方法:
public function pipeline(string $type = 'global')
{
    return (new Pipeline())  
           // array_map将所有中间件转换成闭包，闭包的特点：
          // 1. 传入参数：$request，请求实例； $next，一个闭包
          // 2. 返回一个Response实例
        ->through(array_map(function ($middleware) {
            return function ($request, $next) use ($middleware) {
                list($call, $param) = $middleware;
                if (is_array($call) && is_string($call[0])) {
                    $call = [$this->app->make($call[0]), $call[1]];
                }
                 // 该语句执行中间件类实例的handle方法，传入的参数是外部传进来的$request和$next
                 // 还有一个$param是中间件接收的参数
                $response = call_user_func($call, $request, $next, $param);
                if (!$response instanceof Response) {
                    throw new LogicException('The middleware must return Response instance');
                }
                return $response;
            };
            // 将中间件排序
        }, $this->sortMiddleware($this->queue[$type] ?? [])))
        ->whenException([$this, 'handleException']);
}

through 方法代码：

public function through($pipes)
{
    $this->pipes = is_array($pipes) ? $pipes : func_get_args();
    return $this;
}

前面调用 through 是传入的 array_map(...) 把中间件封装为一个个闭包，through 则是把这些闭包保存在 Pipeline 类的 $pipes 属性中。

PHP 的 array_map 方法签名：

array_map ( callable $callback , array $array1 [, array $... ] ) : array

$callback 迭代作用于每一个 $array 的元素，返回新的值。所以，最后得到 $pipes 中每个闭包的形式特征是这样的（伪代码）：

function ($request, $next) {
    $response = handle($request, $next, $param);
    return $response;
}

该闭包接收两个参数，一个是请求实例，一个是回调用函数，handle 方法处理后得到相应并返回。

through 返回一个 Pipeline 类的实例，接着调用 send 方法：

public function send($passable)
{
    $this->passable = $passable;
    return $this;
}

该方法很简单，只是将传入的请求实例保存在 $passable 成员变量，最后同样返回 Pipeline 类的实例，这样就可以链式调用 Pipeline 类的其他方法。

then，carry 方法

send 方法之后，接着调用 then 方法：

return $this->app->middleware->pipeline()
            ->send($request)
            ->then(function ($request) {
                return $this->dispatchToRoute($request);
            });

这里的 then 接收一个闭包作为参数，这个闭包实际上包含了控制器操作的执行代码。

then 方法代码：

public function then(Closure $destination)
{
    $pipeline = array_reduce(
        //用于迭代的数组（中间件闭包），这里将其倒序
        array_reverse($this->pipes),
        // array_reduce需要的回调函数
        $this->carry(),
        //这里是迭代的初始值
        function ($passable) use ($destination) {
            try {
                return $destination($passable);
            } catch (Throwable | Exception $e) {
                return $this->handleException($passable, $e);
            }
        });
    return $pipeline($this->passable);
}

carry 代码：

protected function carry()
{
    // 1. $stack 上次迭代得到的值，如果是第一次迭代，其值是后面的「初始值
    // 2. $pipe 本次迭代的值
    return function ($stack, $pipe) {
        return function ($passable) use ($stack, $pipe) {
            try {
                return $pipe($passable, $stack);
            } catch (Throwable | Exception $e) {
                return $this->handleException($passable, $e);
            }
        };
    };
}

为了更方便分析原理，我们把 carry 方法内联到 then 中去，并去掉错误捕获的代码，得到：

public function then(Closure $destination)
{
    $pipeline = array_reduce(
        array_reverse($this->pipes),
        function ($stack, $pipe) {
            return function ($passable) use ($stack, $pipe) {
                return $pipe($passable, $stack);
            };
        },
        function ($passable) use ($destination) {
            return $destination($passable);
        });
    return $pipeline($this->passable);
}

这里关键是理解 array_reduce 以及 $pipeline($this->passable) 的执行过程，这两个过程可以类比于「包洋葱」和「剥洋葱」的过程。

array_reduce 第一次迭代，$stack 初始值为：

（A）

function ($passable) use ($destination) {
    return $destination($passable);
});

回调函数的返回值为：

（B）

function ($passable) use ($stack, $pipe) {
    return $pipe($passable, $stack);
};

将 A 代入 B 可以得到第一次迭代之后的 $stack 的值：

（C）

function ($passable) use ($stack, $pipe) {
    return $pipe($passable, 
        function ($passable) use ($destination) {
            return $destination($passable);
        })
    );
};

第二次迭代，同理，将 C 代入 B 可得：

（D）

// 伪代码
// 每一层的$pipe都代表一个中间件闭包
function ($passable) use ($stack, $pipe) {
    return $pipe($passable,  //倒数第二层中间件
        function ($passable) use ($stack, $pipe) {
            return $pipe($passable,  //倒数第一层中间件
                function ($passable) use ($destination) {
                    return $destination($passable);  //包含控制器操作的闭包
                })
            );
        };
    );
};

以此类推，有多少个中间件，就代入多少次，最后一次得到 $stack 就返回给 $pipeline。由于前面对中间件闭包进行了倒序，排在前面的闭包被包裹在更里层，所以倒序后的闭包越是后面的在外面，从正序来看，则变成越前面的中间件在最外层。

层层包裹好闭包后，我们得到了一个类似洋葱结构的「超级」闭包 D，该闭包的结构如上面的代码注释所示。最后把 $request 对象传给这个闭包，执行它：$pipeline($this->passable);，由此开启一个类似剥洋葱的过程，接下来我们看看这洋葱是怎么剥开的。

剥洋葱过程分析

array_map(...) 把每一个中间件类加工成一个类似这种结构的闭包：

function ($request, $next) {
    $response = handle($request, $next, $param);
    return $response;
}

其中 handle 是中间件中的入口，其结构特点是这样的：

public function handle($request, $next, $param) {
    // do sth ------ M1-1 / M2-1
    $response = $next($request);
    // do sth ------ M1-2 / M2-2
    return $response;
}

我们上面的「洋葱」一共只有两层，也就是有两层中间件的闭包，假设 M1-1，M1-2 分别是第一个中间件 handle 方法的前置和后值操作点位，第二个中间件同理，是 M2-1，M2-2。现在，让程序执行 $pipeline($this->passable)，展开来看，也就是执行：

// 伪代码
function ($passable) use ($stack, $pipe) {
    return $pipe($passable,  
        function ($passable) use ($stack, $pipe) {
            return $pipe($passable,  
                function ($passable) use ($destination) {
                    return $destination($passable);  
                })
            );
        };
    );
}($this->passable)

此时，程序要求从：

return $pipe($passable,  
    function ($passable) use ($stack, $pipe) {
        return $pipe($passable,  
            function ($passable) use ($destination) {
                return $destination($passable);  
            })
        );
    };
);

返回值，也就是要执行第一个中间件闭包，$passable 对应 handle 方法的 $request 参数，而下一层闭包

function ($passable) use ($stack, $pipe) {
    return $pipe($passable,  
        function ($passable) use ($destination) {
            return $destination($passable);  
        })
    );
}

则对应 handle 方法的 $next 参数。

要执行第一个闭包，即要执行第一个闭包的 handle 方法，其过程是：首先执行 M1-1 点位的代码，即前置操作，然后执行 $response = $next($request);，这时程序进入执行下一个闭包，$next($request) 展开来，也就是：

function ($passable) use ($stack, $pipe) {
    return $pipe($passable,  
        function ($passable) use ($destination) {
            return $destination($passable);  
        })
    );
}($request)

依次类推，执行该闭包，即执行第二个中间件的 handle 方法，此时，先执行 M2-1 点位，然后执行 $response = $next($request)，此时的 $next 闭包是：

function ($passable) use ($destination) {
    return $destination($passable);  
})

属于洋葱之芯 —— 最里面的一层，也就是包含控制器操作的闭包，展开来看：

function ($passable) use ($destination) {
    return $destination($passable);  
})($request)

最终，我们从 return $destination($passable) 中返回一个 Response 类的实例，也就是，第二层的 $response = $next($request) 语句成功得到了结果，接着执行下面的语句，也就是 M2-2 点位，最后第二层闭包返回结果，也就是第一层闭包的 $response = $next($request) 语句成功得到了结果，然后执行这一层闭包该语句后面的语句，即 M1-2 点位，该点位之后，第一层闭包也成功返回结果，于是，then 方法最终得到了返回结果。

整个过程过来，程序经过的点位顺序是这样的：M1-1→M2-1→控制器操作→M2-2→M1-2→返回结果。

总结

整个过程看起来虽然复杂，但不管中间件有多少层，只要理解了前后两层中间件的这种递推关系，洋葱是怎么一层层剥开又一层层返回的，来多少层都不在话下。

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