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淺談Node.js 中間件模式

更新時(shí)間：2018年06月12日 13:44:58 作者：雞腿

中間件在 Node.js 中被廣泛使用，它泛指一種特定的設(shè)計(jì)模式、一系列的處理單元、過(guò)濾器和處理程序，以函數(shù)的形式存在，這篇文章主要介紹了淺談Node.js 中間件模式，小編覺(jué)得挺不錯(cuò)的，現(xiàn)在分享給大家，也給大家做個(gè)參考。一起跟隨小編過(guò)來(lái)看看吧

中間件在 Node.js 中被廣泛使用，它泛指一種特定的設(shè)計(jì)模式、一系列的處理單元、過(guò)濾器和處理程序，以函數(shù)的形式存在，連接在一起，形成一個(gè)異步隊(duì)列，來(lái)完成對(duì)任何數(shù)據(jù)的預(yù)處理和后處理。

它的優(yōu)點(diǎn)在于靈活性：使用中間件我們用極少的操作就能得到一個(gè)插件，用最簡(jiǎn)單的方法就能將新的過(guò)濾器和處理程序擴(kuò)展到現(xiàn)有的系統(tǒng)上。

常規(guī)中間件模式

中間件模式中，最基礎(chǔ)的組成部分就是中間件管理器，我們可以用它來(lái)組織和執(zhí)行中間件的函數(shù)，如圖所示：

要實(shí)現(xiàn)中間件模式，最重要的實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)是：

可以通過(guò)調(diào)用use()函數(shù)來(lái)注冊(cè)新的中間件，通常，新的中間件只能被添加到高壓包帶的末端，但不是嚴(yán)格要求這么做；
當(dāng)接收到需要處理的新數(shù)據(jù)時(shí)，注冊(cè)的中間件在意不執(zhí)行流程中被依次調(diào)用。每個(gè)中間件都接受上一個(gè)中間件的執(zhí)行結(jié)果作為輸入值；
每個(gè)中間件都可以停止數(shù)據(jù)的進(jìn)一步處理，只需要簡(jiǎn)單地不調(diào)用它的毀掉函數(shù)或者將錯(cuò)誤傳遞給回調(diào)函數(shù)。當(dāng)發(fā)生錯(cuò)誤時(shí)，通常會(huì)觸發(fā)執(zhí)行另一個(gè)專(zhuān)門(mén)處理錯(cuò)誤的中間件。

至于怎么處理傳遞數(shù)據(jù)，目前沒(méi)有嚴(yán)格的規(guī)則，一般有幾種方式

通過(guò)添加屬性和方法來(lái)增強(qiáng)；
使用某種處理的結(jié)果來(lái)替換 data；
保證原始要處理的數(shù)據(jù)不變，永遠(yuǎn)返回新的副本作為處理的結(jié)果。

而具體的處理方式取決于中間件管理器的實(shí)現(xiàn)方式以及中間件本身要完成的任務(wù)類(lèi)型。

舉一個(gè)來(lái)自于《Node.js 設(shè)計(jì)模式第二版》的一個(gè)為消息傳遞庫(kù)實(shí)現(xiàn) 中間件管理器的例子：

class ZmqMiddlewareManager {
 constructor(socket) {
  this.socket = socket;
  // 兩個(gè)列表分別保存兩類(lèi)中間件函數(shù)：接受到的信息和發(fā)送的信息。
  this.inboundMiddleware = [];
  this.outboundMiddleware = [];
  socket.on('message', message => {
   this.executeMiddleware(this.inboundMiddleware, {
    data: message
   });
  });
 }
 
 send(data) {
  const message = { data };
  
  this.excuteMiddleware(this.outboundMiddleware, message, () => {
   this.socket.send(message.data);
  });
 }
 
 use(middleware) {
  if(middleware.inbound) {
   this.inboundMiddleware.push(middleware.inbound);
  }
  if(middleware.outbound) {
   this.outboundMiddleware.push(middleware.outbound);
  }
 }
 
 exucuteMiddleware(middleware, arg, finish) {
  function iterator(index) {
   if(index === middleware.length) {
    return finish && finish();
   }
   middleware[index].call(this, arg, err => {
    if(err) {
     return console.log('There was an error: ' + err.message);
    }
    iterator.call(this, ++index);
   });
  }
  iterator.call(this, 0);
 }
}

接下來(lái)只需要?jiǎng)?chuàng)建中間件，分別在 inbound 和 outbound 中寫(xiě)入中間件函數(shù)，然后執(zhí)行完畢調(diào)用 next() 就好了。比如：

const zmqm = new ZmqMiddlewareManager();

zmqm.use({
 inbound: function(message, next) {
  console.log('input message: ', message.data);
  next();
 },
 outbound: function(message, next) {
  console.log('output message: ', message.data);
  next();
 }
});

Express 所推廣的中間件概念就與之類(lèi)似，一個(gè) Express 中間件一般是這樣的：

function(req, res, next) { ... }

Koa2 中使用的中間件

前面展示的中間件模型使用回調(diào)函數(shù)實(shí)現(xiàn)的，但是現(xiàn)在有一個(gè)比較時(shí)髦的 Node.js 框架 Koa2 的中間件實(shí)現(xiàn)方式與之前描述的有一些不太相同。 Koa2 中的中間件模式移除了一開(kāi)始使用 ES2015 中的生成器實(shí)現(xiàn)的方法，兼容了回調(diào)函數(shù)、 convert 后的生成器以及 async 和 await 。

在 Koa2 官方文檔中給出了一個(gè)關(guān)于中間件的洋蔥模型，如下圖所示：

從圖中我們可以看到，先進(jìn)入 inbound 的中間件函數(shù)在 outbound 中被放到了后面執(zhí)行，那么究竟是為什么呢？帶著這個(gè)問(wèn)題我們?nèi)プx一下 Koa2 的源碼。

在 koa/lib/applications.js 中，先看構(gòu)造函數(shù)，其它的都可以不管，關(guān)鍵就是 this.middleware ，它是一個(gè) inbound 隊(duì)列：

constructor() {
 super();

 this.proxy = false;
 this.middleware = [];
 this.subdomainOffset = 2;
 this.env = process.env.NODE_ENV || 'development';
 this.context = Object.create(context);
 this.request = Object.create(request);
 this.response = Object.create(response);
}

和上面一樣，在 Koa2 中也是用 use() 來(lái)把中間件放入隊(duì)列中：

use(fn) {
 if (typeof fn !== 'function') throw new TypeError('middleware must be a function!');
 if (isGeneratorFunction(fn)) {
  deprecate('Support for generators will be removed in v3. ' +
    'See the documentation for examples of how to convert old middleware ' +
    'https://github.com/koajs/koa/blob/master/docs/migration.md');
  fn = convert(fn);
 }
 debug('use %s', fn._name || fn.name || '-');
 this.middleware.push(fn);
 return this;
}

接著我們看框架對(duì)端口監(jiān)聽(tīng)進(jìn)行了一個(gè)簡(jiǎn)單的封裝：

// 封裝之前 http.createServer(app.callback()).listen(...)
listen(...args) {
 debug('listen');
 const server = http.createServer(this.callback());
 return server.listen(...args);
}

中間件的管理關(guān)鍵就在于 this.callback() ，看一下這個(gè)方法：

callback() {
 const fn = compose(this.middleware);
 
 if (!this.listenerCount('error')) this.on('error', this.onerror);
 
 const handleRequest = (req, res) => {
  const ctx = this.createContext(req, res);
  return this.handleRequest(ctx, fn);
 };
 
 return handleRequest;
}

這里的 compose 方法實(shí)際上是 Koa2 的一個(gè)核心模塊 koa-compose (https://github.com/koajs/compose)，在這個(gè)模塊中封裝了中間件執(zhí)行的方法：

function compose (middleware) {
 if (!Array.isArray(middleware)) throw new TypeError('Middleware stack must be an array!')
 for (const fn of middleware) {
  if (typeof fn !== 'function') throw new TypeError('Middleware must be composed of functions!')
 }
 
  /**
  * @param {Object} context
  * @return {Promise}
  * @api public
  */
 
 return function (context, next) {
  // last called middleware #
  let index = -1
  return dispatch(0)
  function dispatch (i) {
   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 {
    return Promise.resolve(fn(context, dispatch.bind(null, i + 1)));
   } catch (err) {
    return Promise.reject(err)
   }
  }
 }
}

可以看到， compose 通過(guò)遞歸對(duì)中間件隊(duì)列進(jìn)行了反序遍歷，生成了一個(gè) Promise 鏈，接下來(lái)，只需要調(diào)用 Promise 就可以執(zhí)行中間件函數(shù)了：

handleRequest(ctx, fnMiddleware) {
 const res = ctx.res;
 res.statusCode = 404;
 const onerror = err => ctx.onerror(err);
 const handleResponse = () => respond(ctx);
 onFinished(res, onerror);
 return fnMiddleware(ctx).then(handleResponse).catch(onerror);
}

從源碼中可以發(fā)現(xiàn)， next() 中返回的是一個(gè) Promise ，所以通用的中間件寫(xiě)法是：

app.use((ctx, next) => {
 const start = new Date();
 return next().then(() => {
  const ms = new Date() - start;
  console.log(`${ctx.method} ${ctx.url} - ${ms}ms`);
 });
});

當(dāng)然如果要用 async 和 await 也行：

app.use((ctx, next) => {
 const start = new Date();
 await next();
 const ms = new Date() - start;
 console.log(`${ctx.method} ${ctx.url} - ${ms}ms`);
});

由于還有很多 Koa1 的項(xiàng)目中間件是基于生成器的，需要使用 koa-convert 來(lái)進(jìn)行平滑升級(jí)：

const convert = require('koa-convert');

app.use(convert(function *(next) {
 const start = new Date();
 yield next;
 const ms = new Date() - start;
 console.log(`${this.method} ${this.url} - ${ms}ms`);
}));

以上就是本文的全部?jī)?nèi)容，希望對(duì)大家的學(xué)習(xí)有所幫助，也希望大家多多支持腳本之家。

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