Koa源码分析（三） -- middleware机制的实现

Abstract

本系列是关于Koa框架的文章，目前关注版本是Koa v1。主要分为以下几个方面：

1. Koa源码分析（一） -- generator
2. Koa源码分析（二） -- co的实现
3. Koa源码分析（三） -- middleware机制的实现

Koa概括

Koa是基于generator与co之上的新一代中间件框架，它的优势主要集中在以下几个方面

1. 中间件机制
2. 封装了request/response, context对象
3. 使用yield，方便异步编程进行流程控制
4. 在忽略同步或者异步的情况下，使用try catch可以获取程序运行中的异常（错误处理是服务端程序的核心）

示例代码

var Koa = require('koa');
var app = new Koa();
//添加中间件1
app.use(function *(next){
    var start = new Date;
    console.log("start=======1111");
    yield next;
    console.log("end  =======1111");
    var ms = new Date - start;
    console.log('%s %s - %s', this.method, this.url, ms);
});
//添加中间件2
app.use(function *(){
    console.log("start=======2222");
    this.body = 'Hello World';
    console.log("end  =======2222");
});

app.listen(3000);
/*
start=======1111
start=======2222
end  =======2222
end  =======1111
GET / - 10
start=======1111
start=======2222
end  =======2222
end  =======1111
GET /favicon.ico - 5
*/

从上述代码中，我们添加了两个middleware，其中第一个middleware中有一个输入参数next，并通过yield进行调用。通过分析输出的log信息，不难发现，先运行middelware1中的yield之前的代码，然后进入到middleware2中运行，待middleware2运行结束后又回到middleware1中，并运行yield之后的代码。

由于app.use输入的是generator函数，如果熟悉generator函数的同学，或许会说，这是将middleware2作为middleware1中的next参数，依次调用多个generator函数。对，没错，实际运行就是这样的，但是koa框架是如何组织代码实现这样方面的调用，将地狱式调用的异步编程编程这样清晰的结构？请看下文的源码分析

源码分析

Application初始化

function Application() {
    if (!(this instanceof Application)) return new Application;
    this.env = process.env.NODE_ENV || 'development';
    this.subdomainOffset = 2;
    // 用于存放中间件，即generator对象
    this.middleware = [];
    this.proxy = false;
    // 获得封装的上下文对象
    this.context = Object.create(context);
    // 获取封装的请求对象
    this.request = Object.create(request);
    // 获取封装的响应对象
    this.response = Object.create(response);
}

启动服务

listen() {
    debug('listen');
    // 调用node原生中的创建服务
    // 其中callback()是服务创建的核心，具体见下面分析
    const server = http.createServer(this.callback());
    // 开启服务的监听
    return server.listen.apply(server, arguments);
}

添加中间件

app.use = function(fn){
    if (!this.experimental) {
        // es7 async functions are not allowed,
        // so we have to make sure that `fn` is a generator function
        assert(fn && 'GeneratorFunction' == fn.constructor.name, 'app.use() requires a generator function');
    }
    debug('use %s', fn._name || fn.name || '-');
    // 将输入的fn依次push到middleware数组中
    this.middleware.push(fn);
    // 返回this，以便链式调用
    return this;
};

node native 创建服务

app.callback = function(){
    if (this.experimental) {
        console.error('Experimental ES7 Async Function support is deprecated. Please look into Koa v2 as the middleware signature has changed.')
    }
    // 将中间件按照加入的顺序，实现yield的链式调用，即组织异步调用结构，详细见下面的compose
    // co.wrap方法将generator函数转化为Promise
    var fn = this.experimental ? compose_es7(this.middleware) : co.wrap(compose(this.middleware));
    var self = this;

    if (!this.listeners('error').length) this.on('error', this.onerror);

    // 返回node native的请求处理函数
    return function handleRequest(req, res){
        res.statusCode = 404;
        var ctx = self.createContext(req, res);
        onFinished(res, ctx.onerror);
        fn.call(ctx).then(function handleResponse() {
            respond.call(ctx);
        }).catch(ctx.onerror);
    }
};

中间件异步构建

// 返回一个启动函数
function compose(middleware){
    return function *(next){
        if (!next) next = noop();
        var i = middleware.length;
        // 对中间件队列从后遍历，逐个获取对应的generator对象
        while (i--) {
            // 将后面的generator对象传递给前面中间件的generatorFunction
            next = middleware[i].call(this, next);
        }
        // 返回一个yield，next指向第一个中间件的generator
        return yield *next;
    }
}
function *noop(){}

这样，我们就从返回的启动函数（generator函数）的yield处指向第一个中间件，然后从之前while循环构成的从前往后的调用链，依次调用下一个中间件，直至最后一个中间件然后再返回。

这边我们再次回到callback()这个启动函数处，调用co.wrap()实现对generator函数的逐步调用。