如何在Express4.x中愉快地使用async的方法

更新時(shí)間：2020年11月18日 09:59:49 作者：descire

這篇文章主要介紹了如何在Express4.x中愉快地使用async的方法，文中通過示例代碼介紹的非常詳細(xì)，對(duì)大家的學(xué)習(xí)或者工作具有一定的參考學(xué)習(xí)價(jià)值，需要的朋友們下面隨著小編來一起學(xué)習(xí)學(xué)習(xí)吧

前言

為了能夠更好地處理異步流程，一般開發(fā)者會(huì)選擇 async 語(yǔ)法。在 express 框架中可以直接利用 async 來聲明中間件方法，但是對(duì)于該中間件的錯(cuò)誤，無法通過錯(cuò)誤捕獲中間件來劫持到。

錯(cuò)誤處理中間件

 const express = require('express');
 const app = express();
 const PORT = process.env.PORT || 3000;

 app.get('/', (req, res) => {
  const message = doSomething();
  res.send(message);
 });

 // 錯(cuò)誤處理中間件
 app.use(function (err, req, res, next) {
  return res.status(500).send('內(nèi)部錯(cuò)誤！');
 });

 app.listen(PORT, () => console.log(`app listening on port ${PORT}`));

以上述代碼為例，中間件方法并沒有通過 async 語(yǔ)法來聲明，如果 doSomething 方法內(nèi)部拋出異常，那么就可以在錯(cuò)誤處理中間件中捕獲到錯(cuò)誤，從而進(jìn)行相應(yīng)地異常處理。

 app.get('/', async (req, res) => {
  const message = doSomething();
  res.send(message);
 });

而采用 async 語(yǔ)法來聲明中間件時(shí)，一旦 doSomething 內(nèi)部拋出異常，則錯(cuò)誤處理中間件無法捕獲到。

雖然可以利用 process 監(jiān)聽 unhandledRejection 事件來捕獲，但是無法正確地處理后續(xù)流程。

try/catch

對(duì)于 async 聲明的函數(shù)，可以通過 try/catch 來捕獲其內(nèi)部的錯(cuò)誤，再使用 next 函數(shù)將錯(cuò)誤遞交給錯(cuò)誤處理中間件，即可處理該場(chǎng)景：

 app.get('/', async (req, res, next) => {
  try {
   const message = doSomething();
   res.send(message);
  } catch(err) {
   next(err);
  }
 });

「這種寫法簡(jiǎn)單易懂，但是滿屏的 try/catch 語(yǔ)法，會(huì)顯得非常繁瑣且不優(yōu)雅。」

高階函數(shù)

對(duì)于基礎(chǔ)扎實(shí)的開發(fā)來說，都知道 async 函數(shù)最終返回一個(gè) Promise 對(duì)象，而對(duì)于 Promsie 對(duì)象應(yīng)該利用其提供的 catch 方法來捕獲異常。

那么在將 async 語(yǔ)法聲明的中間件方法傳入 use 之前，需要包裹一層 Promise 函數(shù)的異常處理邏輯，這時(shí)就需要利用高階函數(shù)來完成這樣的操作。

 function asyncUtil(fn) {
  return function asyncUtilWrap(...args) {
   const fnReturn = fn(args);
   const next = args[args.length - 1];
   return Promise.resolve(fnReturn).catch(next);
  }
 }

 app.use(asyncUtil(async (req, res, next) => {
  const message = doSomething();
  res.send(message);
 }));

相比較第一種方法，「 高階函數(shù)減少了冗余代碼，在一定程度上提高了代碼的可讀性。 」

上述兩種方案基于扎實(shí)的 JavaScript 基礎(chǔ)以及 Express 框架的熟練使用，接下來從源碼的角度思考合適的解決方案。

中間件機(jī)制

Express 中主要包含三種中間件：

應(yīng)用級(jí)別中間件
路由級(jí)別中間件
錯(cuò)誤處理中間件

app.use = function use(fn) {
 var path = '/';

 // 省略參數(shù)處理邏輯
 ...

 // 初始化內(nèi)置中間件
 this.lazyrouter();
 var router = this._router;

 fns.forEach(function (fn) {
  // non-express app
  if (!fn || !fn.handle || !fn.set) {
   return router.use(path, fn);
  }

  ...

 }, this);

 return this;
};

應(yīng)用級(jí)別中間件通過 app.use 方法注冊(cè)，「 其本質(zhì)上也是調(diào)用路由對(duì)象上的中間件注冊(cè)方法，只不過其默認(rèn)路由為 '/' 」。

proto.use = function use(fn) {
 var offset = 0;
 var path = '/';

 // 省略參數(shù)處理邏輯
 ...

 var callbacks = flatten(slice.call(arguments, offset));

 for (var i = 0; i < callbacks.length; i++) {
  var fn = callbacks[i];

  ...

  // add the middleware
  debug('use %o %s', path, fn.name || '<anonymous>')

  var layer = new Layer(path, {
   sensitive: this.caseSensitive,
   strict: false,
   end: false
  }, fn);

  layer.route = undefined;

  this.stack.push(layer);
 }

 return this;
};

中間件的所有注冊(cè)方式最終會(huì)調(diào)用上述代碼，根據(jù) path 和中間件處理函數(shù)生成 layer 實(shí)例，再通過棧來維護(hù)這些 layer 實(shí)例。

// 部分核心代碼
proto.handle = function handle(req, res, out) {
 var self = this;
 var idx = 0;
 var stack = self.stack;

 next();

 function next(err) {
  var layerError = err === 'route'
   ? null
   : err;
  
  if (idx >= stack.length) {
   return;
  }

  var path = getPathname(req);

  // find next matching layer
  var layer;
  var match;
  var route;

  while (match !== true && idx < stack.length) {
   layer = stack[idx++];
   match = matchLayer(layer, path);
   route = layer.route;

   if (match !== true) {
    continue;
   }

  }

  // no match
  if (match !== true) {
   return done(layerError);
  }

  // this should be done for the layer
  self.process_params(layer, paramcalled, req, res, function (err) {
   if (err) {
    return next(layerError || err);
   }

   if (route) {
    return layer.handle_request(req, res, next);
   }

   trim_prefix(layer, layerError, layerPath, path);
  });
 }

 function trim_prefix(layer, layerError, layerPath, path) {

  if (layerError) {
   layer.handle_error(layerError, req, res, next);
  } else {
   layer.handle_request(req, res, next);
  }
 }
};

Express 內(nèi)部通過 handle 方法來處理中間件執(zhí)行邏輯，其利用「 閉包的特性 」緩存 idx 來記錄當(dāng)前遍歷的狀態(tài)。

該方法內(nèi)部又實(shí)現(xiàn)了 next 方法來匹配當(dāng)前需要執(zhí)行的中間件，從遍歷的代碼可以明白「 中間件注冊(cè)的順序是非常重要的 」。

如果該流程存在異常，則調(diào)用 layer 實(shí)例的 handle.error 方法，這里仍然是「 遵循了 Node.js 錯(cuò)誤優(yōu)先的設(shè)計(jì)理念 」：

Layer.prototype.handle_error = function handle_error(error, req, res, next) {
 var fn = this.handle;

 if (fn.length !== 4) {
  // not a standard error handler
  return next(error);
 }

 try {
  fn(error, req, res, next);
 } catch (err) {
  next(err);
 }
};

「內(nèi)部通過判斷函數(shù)的形參個(gè)數(shù)過濾掉非錯(cuò)誤處理中間件」。
如果 next 函數(shù)內(nèi)部沒有異常情況，則調(diào)用 layer 實(shí)例的 handle_request 方法：

Layer.prototype.handle_request = function handle(req, res, next) {
 var fn = this.handle;

 if (fn.length > 3) {
  // not a standard request handler
  return next();
 }

 try {
  fn(req, res, next);
 } catch (err) {
  next(err);
 }
};

「 handle 方法初始化執(zhí)行了一次 next 方法，但是該方法每次調(diào)用最多只能匹配一個(gè)中間件 」，所以在執(zhí)行 handle_error 和 handle_request 方法時(shí)，會(huì)將 next 方法透?jìng)鹘o中間件，這樣開發(fā)者就可以通過手動(dòng)調(diào)用 next 方法的方式來執(zhí)行接下來的中間件。

從上述中間件的執(zhí)行流程中可以知曉，「 用戶注冊(cè)的中間件方法在執(zhí)行的時(shí)候都會(huì)包裹一層 try/catch，但是 try/catch 無法捕獲 async 函數(shù)內(nèi)部的異常，這也就是為什么 Express 中無法通過注冊(cè)錯(cuò)誤處理中間件來攔截到 async 語(yǔ)法聲明的中間件的異常的原因 」。

修改源碼

找到本質(zhì)原因之后，可以通過修改源碼的方法來進(jìn)行適配：

Layer.prototype.handle_request = function handle(req, res, next) {
 var fn = this.handle;

 if (fn.length > 3) {
  // not a standard request handler
  return next();
 }
 // 針對(duì) async 語(yǔ)法函數(shù)特殊處理
 if (Object.prototype.toString.call(fn) === '[object AsyncFunction]') {
  return fn(req, res, next).catch(next);
 }

 try {
  fn(req, res, next);
 } catch (err) {
  next(err);
 }
};

上述代碼在 handle_request 方法內(nèi)部判斷了中間件方法通過 async 語(yǔ)法聲明的情況，從而采用 Promise 對(duì)象的 catch 方法來向下傳遞異常。

「 這種方式可以減少上層冗余的代碼，但是實(shí)現(xiàn)該方式，可能需要 fork 一份 Express4.x 的源碼，然后發(fā)布一個(gè)修改之后的版本，后續(xù)還要跟進(jìn)官方版本的新特性，相應(yīng)的維護(hù)成本非常高。 」

express5.x 中將 router 部分剝離出了單獨(dú)的路由庫(kù) -- router

AOP（面向切面編程）

為了解決上述方案存在的問題，我們可以嘗試?yán)?AOP 技術(shù)在不修改源碼的基礎(chǔ)上對(duì)已有方法進(jìn)行增強(qiáng)。

app.use(async function () {
 const message = doSomething();
 res.send(message);
})

以注冊(cè)應(yīng)用級(jí)別中間件為例，可以對(duì) app.use 方法進(jìn)行 AOP 增強(qiáng)：

const originAppUseMethod = app.use.bind(app);
app.use = function (fn) {
 if (Object.prototype.toString.call(fn) === '[object AsyncFunction]') {
  const asyncWrapper = function(req, res, next) {
   fn(req, res, next).then(next).catch(next);
  }
  return originAppUseMethod(asyncWrapper);
 }
 return originAppUseMethod(fn);
}

前面源碼分析的過程中，app.use 內(nèi)部是有 this 調(diào)用的，所以這里需要「 利用 bind 方法來避免后續(xù)調(diào)用過程中 this 指向出現(xiàn)問題。 」

然后就是利用 AOP 的核心思想，重寫原始的 app.use 方法，通過不同的分支邏輯代理到原始的 app.use 方法上。

「 該方法相比較修改源碼的方式，維護(hù)成本低。但是缺點(diǎn)也很明顯，需要重寫所有可以注冊(cè)中間件的方法，不能夠像修改源碼那樣一步到位。 」

寫在最后

本文介紹了 Express 中使用 async 語(yǔ)法的四種解決方案：