浅谈Node.js 中间件模式

中间件在 Node.js 中被广泛使用，它泛指一种特定的设计模式、一系列的处理单元、过滤器和处理程序，以函数的形式存在，连接在一起，形成一个异步队列，来完成对任何数据的预处理和后处理。

它的优点在于 灵活性 ：使用中间件我们用极少的操作就能得到一个插件，用最简单的方法就能将新的过滤器和处理程序扩展到现有的系统上。

常规中间件模式

中间件模式中，最基础的组成部分就是 中间件管理器 ，我们可以用它来组织和执行中间件的函数，如图所示：

要实现中间件模式，最重要的实现细节是：

1. 可以通过调用use()函数来注册新的中间件，通常，新的中间件只能被添加到高压包带的末端，但不是严格要求这么做；
2. 当接收到需要处理的新数据时，注册的中间件在意不执行流程中被依次调用。每个中间件都接受上一个中间件的执行结果作为输入值；
3. 每个中间件都可以停止数据的进一步处理，只需要简单地不调用它的毁掉函数或者将错误传递给回调函数。当发生错误时，通常会触发执行另一个专门处理错误的中间件。

至于怎么处理传递数据，目前没有严格的规则，一般有几种方式

1. 通过添加属性和方法来增强；
2. 使用某种处理的结果来替换 data；
3. 保证原始要处理的数据不变，永远返回新的副本作为处理的结果。

而具体的处理方式取决于 中间件管理器 的实现方式以及中间件本身要完成的任务类型。

举一个来自于 《Node.js 设计模式 第二版》 的一个为消息传递库实现 中间件管理器 的例子：

class ZmqMiddlewareManager {
 constructor(socket) {
  this.socket = socket;
  // 两个列表分别保存两类中间件函数：接受到的信息和发送的信息。
  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);
 }
}

接下来只需要创建中间件，分别在 inbound 和 outbound 中写入中间件函数，然后执行完毕调用 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 所推广的 中间件 概念就与之类似，一个 Express 中间件一般是这样的：

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

Koa2 中使用的中间件

前面展示的中间件模型使用回调函数实现的，但是现在有一个比较时髦的 Node.js 框架 Koa2 的中间件实现方式与之前描述的有一些不太相同。 Koa2 中的中间件模式移除了一开始使用 ES2015 中的生成器实现的方法，兼容了回调函数、 convert 后的生成器以及 async 和 await 。

在 Koa2 官方文档中给出了一个关于中间件的 洋葱模型 ，如下图所示：

从图中我们可以看到，先进入 inbound 的中间件函数在 outbound 中被放到了后面执行，那么究竟是为什么呢？带着这个问题我们去读一下 Koa2 的源码。

在 koa/lib/applications.js 中，先看构造函数，其它的都可以不管，关键就是 this.middleware ，它是一个 inbound 队列：

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);
}

和上面一样，在 Koa2 中也是用 use() 来把中间件放入队列中：

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;
}

接着我们看框架对端口监听进行了一个简单的封装：

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

中间件的管理关键就在于 this.callback() ，看一下这个方法：

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;
}

这里的 compose 方法实际上是 Koa2 的一个核心模块 koa-compose (https://github.com/koajs/compose)，在这个模块中封装了中间件执行的方法：

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 通过递归对中间件队列进行了 反序遍历 ，生成了一个 Promise 链，接下来，只需要调用 Promise 就可以执行中间件函数了：

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);
}

从源码中可以发现， next() 中返回的是一个 Promise ，所以通用的中间件写法是：

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

当然如果要用 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`);
});

由于还有很多 Koa1 的项目中间件是基于生成器的，需要使用 koa-convert 来进行平滑升级：

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内容，希望对大家的学习有所帮助，也希望大家多多支持脚本之家。