比较一下nodejs中间件Koa和Express

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说到中间件，很多开发者都会想到 Koa.js，其中间件设计无疑是前端中间件思想的典型代表之一。

最近重新温习这部分内容，按奈不住想要和各位看官聊聊其中绝妙！

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Koa用起来非常方便——比之express，它“完美中间件”的设计让功能之间看起来非常简洁！笔者在项目中就曾这样使用过：

const Koa=require('koa')
const app=new Koa()
const Router=require('koa-router')
const router=new Router()
const cors=require('koa2-cors')
const koaBody=require('koa-body')

const ENV='test-mpin2'

app.use(cors({
	origin:['http://localhost:9528'],   // 也可以写为：['*']
	credentials:true
}))
app.use(koaBody({
	multipart:true
}))
app.use(async(ctx,next)=>{
	console.log('访问全局中间件')
	ctx.state.env=ENV   // 全局缓存
	await next()
})

const playlist=require('./controller/playlist.js')
router.use('/playlist',playlist.routes())
const blog=require('./controller/blog.js')
router.use('/blog',blog.routes())

app.use(router.routes()).use(router.allowedMethods())

app.listen(3000,()=>{
	console.log('服务已开启')
})

它将路由router抽离出去作为单独的中间件使用，则app只负责全局处理。还比如：

// 最外层中间件，可以用于兜底 Koa 全局错误
app.use(async (ctx, next) => {
  try {
    // 执行下一个中间件
    await next();
  } catch (error) {
    console.log(`[koa error]: ${error.message}`)
  }
});
// 第二层中间件，可以用于日志记录
app.use(async (ctx, next) => {
  const { req } = ctx;
  console.log(`req is ${JSON.stringify(req)}`);
  await next();
  console.log(`res is ${JSON.stringify(ctx.res)}`);
});

简单实现一个Koa吧！

如上代码，我们看 Koa 实例，通过use方法注册和串联中间件，其源码的简单实现可以表述为：

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

我们将中间件存储到this.middleware数组中，那么中间件是如何被执行的呢？参考下面源码：

// 通过 createServer 方法启动一个 Node.js 服务
listen(...args) {
    const server = http.createServer(this.callback());
    server.listen(...args);
}

Koa 框架通过 http 模块的 createServer 方法创建一个 Node.js 服务，并传入 this.callback() 方法， callback源码简单实现如下：

callback(){
	const fn=compose(this.middlewareList)
	
	return (req,res)=>{
		const ctx=createContext(req,res)
		return this.handleRequest(ctx,fn)
	}
}

handleRequest(ctx, fn) {
    const onerror = err => ctx.onerror(err);
    // 将 ctx 对象传递给中间件函数 fn
    return fn(ctx).catch(onerror);
}

如上代码，我们将 Koa 一个中间件组合和执行流程梳理为以下步骤：

• 通过一个方法（我们称为compose）组合各种中间件，返回一个中间件组合函数fn

• 请求过来时，会先调用handleRequest方法，该方法完成：

  • 调用createContext方法，对该次请求封装出一个ctx对象；
  • 接着调用this.handleRequest(ctx, fn)处理该次请求。

其中，核心过程就是使用compose方法组合各种中间件 —— 这是一个单独的方法，它应该不受Koa其余方法的约束。其源码简单实现为：

// 组合中间件
// 和express中的next函数意义一样
function compose(middlewareList){
	// return function意思是返回一个函数
	return function(ctx,next){
		// 各种中间件调用的逻辑
		function dispatch(i){
			const fn=middlewareList[i] || next
			if(fn){
				try{
					// koa中都是async，其返回的是一个promise（对象）
					return Promise.resolve(fn(ctx,function next(){
						return dispatch(i+1)
					}))
				}catch(err){
					return Promise.reject(err)
				}
			}else{
				return Promise.resolve()
			}
		}
		return dispatch(0)
	}
}

其功能可以表示为这样（非源码）：

async function middleware1() {
  //...
  await (async function middleware2() {
    //...
    await (async function middleware3() {
      //...
    });
    //...
  });
  //...
}

到这里我们其实可以“初窥”其原理，有两点：

• Koa 的中间件机制被社区形象地总结为洋葱模型；

所谓洋葱模型，就是指每一个 Koa 中间件都是一层洋葱圈，它即可以掌管请求进入，也可以掌管响应返回。换句话说：外层的中间件可以影响内层的请求和响应阶段，内层的中间件只能影响外层的响应阶段。

• dispatch(n)对应第 n 个中间件的执行，在使用中即第 n 个中间件可以通过await next()来“插入”执行下一个中间件，同时在最后一个中间件执行完成后，依然有恢复执行的能力。即：通过洋葱模型，await next()控制调用后面的中间件，直到全局没有可执行的中间件且堆栈执行完毕，最终“原路返回”至第一个执行next的中间件。这种方式有个优点，特别是对于日志记录以及错误处理等全局功能需要非常友好。

Koa1 的中间件实现利用了 Generator 函数 + co 库（一种基于 Promise 的 Generator 函数流程管理工具），来实现协程运行。本质上，Koa v1 中间件和 Koa v2 中间件思想是类似的，只不过 Koa v2 改用了 Async/Await 来替换 Generator 函数 + co 库，整体实现更加巧妙，代码更加优雅。—— from《狼书》

经过上述部分源码的描述，我们就可以采用es6的方式将其组合起来：

// myKoa.js文件

const http=require('http')

function compose(){}   //见上

class LikeKoa2{
	constructor() {
	    this.middlewareList=[]
	}
	use(){}   //见上
	
	// 把所有的req，res属性、事件都交给ctx（这里只是简写）
	createContext(req,res){
		const ctx={
			req,
			res
		}
		// 比如
		ctx.query=req,query
		return ctx
	}
	handleRequest(){}   //见上
	callback(){}   //见上
	listen(){}   //见上
}

// koa和express的不同之一：
// express在调用时直接调用函数：const app=express();所以暴露出去new过的对象——具体见下面链接中代码
// 但是koa调用时以类的方式：const app=new Koa();所以直接暴露出去
module.exports=LikeKoa2

那use方法和其余方法并不相通，它是如何被执行的呢？执行了createServer后是不是相当于建立了一个通道、挂载了一个监听函数呢？
这一点恐怕就要到Node的源码中一探究竟了…

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对比 Koa，聊聊 Express 原理

说起 Node.js 框架，我们一定忘不了 Express —— 不同于 Koa，它继承了路由、静态服务器和模板引擎等功能，虽然比之Koa显得“臃肿”了许多，但看上去比 Koa 更像是一个框架。通过学习 Express 源码，笔者简单的总结了它的工作机制：

• 通过app.use方法注册中间件。

• 一个中间件可以理解为一个 Layer 对象，其中包含了当前路由匹配的正则信息以及 handle 方法。

• 所有中间件（Layer 对象）使用stack数组存储起来。

• 当一个请求过来时，会从 req 中获取请求 path，根据 path 从stack中找到匹配的 Layer，具体匹配过程由router.handle函数实现。

• router.handle函数通过next()方法遍历每一个 layer 进行比对：

  • next()方法通过闭包维持了对于 Stack Index 游标的引用，当调用next()方法时，就会从下一个中间件开始查找；
  • 如果比对结果为 true，则调用layer.handle_request方法，layer.handle_request方法中会调用next()方法 ，实现中间件的执行。

通过上述内容，我们可以看到，Express 其实是通过 next() 方法维护了遍历中间件列表的 Index 游标，中间件每次调用next()方法时，会通过增加 Index 游标的方式找到下一个中间件并执行。它的功能就像这样：

((req, res) => {
  console.log('第一个中间件');
  ((req, res) => {
    console.log('第二个中间件');
    (async(req, res) => {
      console.log('第三个中间件');
      await sleep(2000)
      res.status(200).send('hello')
    })(req, res)
    console.log('第二个中间件调用结束');
  })(req, res)
  console.log('第一个中间件调用结束')
})(req, res)

如上代码，Express 中间件设计并不是一个洋葱模型，它是基于回调实现的线形模型，不利于组合，不利于互操，在设计上并不像 Koa 一样简单。而且业务代码有一定程度的侵扰，甚至会造成不同中间件间的耦合。

express的简单实现笔者已上传至腾讯微云，需要者可自行查看&下载：express的简单实现

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