前言
中间件是介于应用系统和系统软件之间的一类软件，它使用系统软件所提供的基础服务（功能），衔接网络上应用系统的各个部分或不同的应用，能够达到资源共享、功能共享的目的。
在 NodeJS 中，中间件主要是指封装 http 请求细节处理的方法。我们都知道在 http 请求中往往会涉及很多动作, 如下:
IP 筛选
查询字符串传递
请求体解析
cookie 信息处理
权限校验
日志记录
会话管理中间件(session)
gzip 压缩中间件(如 compress)
错误处理
当然还有很多自定义的处理动作. 对于 Web 应用而言，我们并不希望了解每一个细节性的处理工作，而是希望能够把主要精力集中在业务的开发上，以达到提升开发效率的目的, 所以引入了 Node 中间件来简化和封装这些基础逻辑处理细节.
node 中间件本质上就是在进入具体的业务处理之前，先让特定过滤器处理。如下图所示:
我们目前看到的主流 nodejs 框架, 比如 connect, koa, express, egg, nest 等, 都离不开中间件的设计概念, 所以为了能让大家更深入的窥探 nodejs 世界, 我们就非常有比较研究中间件的实现原理.
正文
在了解 node 中间件的概念之后, 我们就来手动实现一下中间件, 最后我们会简单分析一下 koa 中中间件的实现思路. 文章大纲如下:
node 中间件核心原理实现
由上文介绍可知中间件是从 http 请求开始到响应结束过程中的处理逻辑，通常需要对请求和响应进行处理. 我们在实现 node 中间件模式时还需要考虑的一个问题就是多中间件共存的问题, 我们要思考如何将多个中间件的执行自动化, 不然在请求到响应的过程中只会执行最开始的中间件, 所以我们基本的中间件形式如下:
const middleware = (req, res, next) => { // 请求处理逻辑 next()}复制代码
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接下来我们先写个简单的案例来看看中间件是如何实现的.
// 定义几个中间间函数const m1 = (req, res, next) => { console.log('m1 run') next()}
const m2 = (req, res, next) => { console.log('m2 run') next()}
const m3 = (req, res, next) => { console.log('m3 run') next()}
// 中间件集合const middlewares = [m1, m2, m3]
function useApp (req, res) { const next = () => { // 获取第一个中间件 const middleware = middlewares.shift() if (middleware) { middleware(req, res, next) } } next()}
// 第一次请求流进入useApp()复制代码
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由以上代码我们就不难发现 next 的作用了, 也就是实现自动调用中间件链的关键参数. 打印结果如下:
以上即实现了基本中间件的执行模式, 但是我们还需要考虑异步的问题, 如果中间件还依赖第三发模块或者 api 的支持, 比如验证, 识别等服务, 我们需要在该异步中间件的回调里执行 next, 才能保证正常的调用执行顺序, 如下代码所示:
const m2 = (req, res, next) => { fetch('/xxxxx').then(res => { next() })}复制代码
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还有一种中间件场景, 比如说日志中间件, 请求监控中间件, 它们会在业务处理前和处理后都会执行相关逻辑, 这个时候就要求我们需要能对 next 函数进行二次处理, 我们可以将 next 的返回值包装成 promise, 使得其在业务处理完成之后通过 then 回调来继续处理中间件逻辑. 如下所示:
function useApp (req, res) { const next = () => { const middleware = middlewares.shift() if (middleware) { // 将返回值包装为Promise对象 return Promise.resolve(middleware(req, res, next)) }else { return Promise.resolve("end") } } next()}复制代码
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此时我们就能使用如下方式调用了:
const m1 = (req, res, next) => { console.log('m1 start') return next().then(() => { console.log('m1 end') })}复制代码
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以上我们就实现了一个基本可以的中间件设计模式, 当然我们也可以用 async 和 await 实现, 写法会更优雅和简单. 笔者这里上一份简单的例子:
const m1 = async (req, res, next) => { // something... let result = await next(); } const m2 = async (req, res, next) => { // something... let result = await next(); } const m3 = async (req, res, next) => { // something... let result = await next(); return result; }
const middlewares = [m1, m2, m3];
function useApp (req, res) { const next = () => { const middleware = middlewares.shift() if (middleware) { return Promise.resolve(middleware(req, res, next)) }else { return Promise.resolve("end") } } next() }// 启动中间件useApp()复制代码
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在 koa2 框架中, 中间件的实现方式也是将 next()方法返回值封装为 Promise 对象，实现了其提出的洋葱圈模型，如下图所示:
koa 中间件实现方式
koa2 框架的中间件实现原理很优雅，笔者觉得很必要研究一下, 这里展示一下其核心思路:
function compose (middleware) { // 提前判断中间件类型,防止后续错误 if (!Array.isArray(middleware)) throw new TypeError('Middleware stack must be an array!') for (const fn of middleware) { // 中间件必须为函数类型 if (typeof fn !== 'function') throw new TypeError('Middleware must be composed of functions!') } return function (context, next) { // 采用闭包将索引缓存,来实现调用计数 let index = -1 return dispatch(0) function dispatch (i) { // 防止next()方法重复调用 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 { // 包装next()返回值为Promise对象 return Promise.resolve(fn(context, dispatch.bind(null, i + 1))); } catch (err) { // 异常处理 return Promise.reject(err) } } }}复制代码
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利用 koa 中间件机制实现一个自己的 koa 中间件
学习了中间件的设计机制和原理, 我们是不是想马上写一个中间件呢? 笔者这里给大家举一个例子. 在 H5-Dooring 项目的服务端代码中, 我们需要对用户登录权限进行分发, 此时我们提供统一个中间件来处理, 如下代码所示:
// 模拟数据库操作const token = db.user();
// router或者koa的中间件一定要用await处理next，否则将不能正常响应数据export default async (ctx, next) => { const t = ctx.request.header.authorization let uid = ctx.request.header['x-requested-with'] let uidArr = uid.split(',') if(uidArr.length > 1) { uid = uidArr.pop().trim() } if(token[uid] && token[uid][1] === t) { await next() }else { ctx.status = 403; ctx.body = { state: 403, msg: '你没有权限操作' } } }复制代码
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以上代码即实现用户登录态处理, 如果用户在没有登录的情况下防问任何需要登录的接口, 都将返回权限不足或则在请求库中让其重定向到登录页面.
所以, 今天你又博学了吗?
最后
笔者最近在迭代开源项目H5-Dooring,大家感兴趣的也可以研究交流一下.
github 地址：H5编辑器H5-Dooring
如果想学习更多 H5 游戏, webpack，node，gulp，css3，javascript，nodeJS，canvas 数据可视化等前端知识和实战，欢迎在《趣谈前端》一起学习讨论，共同探索前端的边界。
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