深入浅出 node 中间件原理

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徐小夕
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发布于: 2020 年 11 月 12 日
深入浅出node中间件原理

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。

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

  • koa中间键实现方式

  • 利用koa中间件机制实现一个自己的koa中间件

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()
}
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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()
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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:

m1 run
m2 run
m3 run
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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

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()
}
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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')
})
}
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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

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)
}
}
}
}
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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'
}
}
}
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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, webpacknodegulpcss3javascriptnodeJScanvas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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前端架构师,致力于前端工程化,可视化 2020.08.08 加入

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