前言

koa致力于成为一个更小、更富有表现力、更健壮的、更轻量的web开发框架。因为它所有功能都通过插件实现，这种插拔式的架构设计模式，很符合unix哲学。

一个简单的服务，如下：

const Koa = require('koa') 
let app = new Koa() 
app.use((ctx, next) => { 
    console.log(ctx) 
}) 
app.listen(4000)
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然后在浏览器端打开http://127.0.0.1:4000即可访问

若没有指定返回body，koa默认处理成了Not Found

本文内容：

• 中间件原理（结合代码）
  • 原理
  • 中间件实现思路
  • 理解上述洋葱模型
• 阅读源码
  • app.listen()
  • ctx挂载内容
    • context.js
    • request.js
    • response.js
    • 挂载ctx
  • next构建的洋葱模型
    • app.use((ctx, next) =< { ... })
    • 中间件含异步代码如何保证正确执行
    • 返回报文
    • 解决多次调用next导致混乱问题
  • 基于事件驱动去处理异常
• koa2, koa1 和 express区别

一、中间件原理（结合代码）

原理

• 中间件执行就像穿越洋葱一样，最早use的中间件，就放在最外层。处理顺序横穿洋葱，从左到右，左边接收一个request，右边输出返回response；
• 一般的中间件都会执行两次，调用next之前为第一次，调用next时把控制传递给下游的下一个中间件。当下游不再有中间件或者没有执行next函数时，就将依次恢复上游中间件的行为，让上游中间件执行next之后的代码；

如下代码：

const Koa = require('koa')
const app = new Koa()
app.use((ctx, next) => {
    console.log(1)
    next()
    console.log(3)
})
app.use((ctx) => {
    console.log(2)
})
app.listen(9001)

# 执行结果是1=>2=>3
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中间件实现思路

# 注意其中的compose函数，这个函数是实现中间件洋葱模型的关键
// 场景模拟
// 异步 promise 模拟
const delay = async () => {
  return new Promise((resolve, reject) => {
    setTimeout(() => {
      console.log('delay 2000ms')
      resolve();
    }, 2000);
  });
}
// 中间间模拟
const fn1 = async (ctx, next) => {
  console.log(1);
  await next();
  console.log(2);
}
const fn2 = async (ctx, next) => {
  console.log(3);
  await delay();
  await next();
  console.log(4);
}
const fn3 = async (ctx, next) => {
  console.log(5);
}

const middlewares = [fn1, fn2, fn3];

// compose 实现洋葱模型
const compose = (middlewares, ctx) => {
  const dispatch = (i) => {
    let fn = middlewares[i];
    if(!fn){ return Promise.resolve() }
    return Promise.resolve(fn(ctx, () => {
      return dispatch(i+1);
    }));
  }
  return dispatch(0);
}

compose(middlewares, 1);
复制代码

理解上述洋葱模型

const fn1 = async (ctx, next) => { 
    console.log(1); 
    
    const fn2 = async (ctx, next) => { 
        console.log(3); 
        await delay(); 

        const fn3 = async (ctx, next) => { 
            console.log(5); 
        }

        console.log(4); 
    }
    
    console.log(2); 
}

# 1 3 5 4 2
复制代码

看完这个，大概了解koa的中间件原理了吧。接下来，咱们一起看下源码。

二、阅读源码

核心文件四个

• application.js：简单封装http.createServer()并整合context.js

  application.js是koa的入口文件，它向外导出了创建class实例的构造函数，
  它继承了events，这样就会赋予框架事件监听和事件触发的能力。
  application还暴露了一些常用的api，比如toJSON、listen、use等等。
  
  listen的实现原理其实就是对http.createServer进行了一个封装，
  重点是这个函数中传入的callback，
  它里面包含了中间件的合并，上下文的处理，对res的特殊处理。
  
  use是收集中间件，将多个中间件放入一个缓存队列中，
  然后通过koa-compose这个插件进行递归组合调用这一些列的中间件。
  复制代码

• context.js：代理并整合request.js和response.js
• request.js：基于原生req封装的更好用
• response.js：基于原生res封装的更好用

koa是用ES6实现的，主要是两个核心方法app.listen()和app.use((ctx, next) => { ... })

1. app.listen()

在application.js中实现 app.listen()

handleRequest()

# application.js

    const http = require('http')
    class Koa {
      constructor () {
        // ...
      }  
        // 处理用户请求
      handleRequest (req, res) {
        // req & res nodejs native
        // ...
      }  
      listen (...args) {
        let server = http.createServer(this.handleRequest.bind(this))
        server.listen(...args)
      }  
    }
    module.exports = Koa
复制代码

2. ctx挂载内容

ctx = {}
ctx.request = {}
ctx.response = {}
ctx.req = ctx.request.req = req
ctx.res = ctx.response.res = res
ctx.xxx = ctx.request.xxx
ctx.yyy = ctx.response.yyy
复制代码

我们需要以上几个对象，最终都代理到ctx对象上。

创建context.js/request.js/response.js三个文件

2.1 request.js内容

# request.js

const url = require('url')
let request = {}
module.exports = request
复制代码

在request.js中，使用ES5提供的属性访问器实现封装

# request.js

const url = require('url')
let request = {
  get url () {
    return this.req.url // 此时的this为调用的对象 ctx.request
  },
  get path () {
    let { pathname } = url.parse(this.req.url)
    return pathname
  },
  get query () {
    let { query } = url.parse(this.req.url, true)
    return query
  }
  // ...更多待完善
}
module.exports = request
复制代码

以上实现了封装request并代理到ctx上

2.2 response.js内容

# response.js

let response = {}
module.exports = response
复制代码

在response.js中，使用ES5提供的属性访问器实现封装

# response.js

let response = {
  set body (val) {
    this._body = val
  },
  get body () {
    return this._body // 此时的this为调用的对象 ctx.response
  }
  // ...更多待完善
}
module.exports = response
复制代码

以上实现了封装response并代理到ctx上

2.3 context.js内容

# context.js 初始化

let context = {}

module.exports = context
复制代码

在context.js中，使用__defineGetter__ / __defineSetter__实现代理，他是Object.defineProperty()方法的变种，可以单独设置get/set，不会覆盖设置。

# context.js

let context = {}
// 定义获取器
function defineGetter (key, property) {
  context.__defineGetter__ (property, function () {
    return this[key][property]
  })
}
// 定义设置器
function defineSetter (key, property) {
  context.__defineSetter__ (property, function (val) {
    this[key][property] = val
  })
}

// 🌰
// 代理 request
defineGetter('request', 'path')
defineGetter('request', 'url')
defineGetter('request', 'query')
// 代理 response
defineGetter('response', 'body')
defineSetter('response', 'body')
module.exports = context
复制代码

2.4 application.js 挂载ctx

在application.js中引入上面三个文件并放到实例上

const context = require('./context')
const request = require('./request')
const response = require('./response')
class Koa extends Emitter{
  constructor () {
    super()
    // Object.create 切断原型链, 深拷贝配置
    this.context = Object.create(context)
    this.request = Object.create(request)
    this.response = Object.create(response)
  }
}
复制代码

然后处理用户请求并在ctx上代理request / responsecreateContext()

  # application.js
  
  // 创建上下文
  createContext (req, res) {
    let ctx = this.context
    // 请求
    ctx.request = this.request
    ctx.req = ctx.request.req = req
    // 响应
    ctx.response = this.response
    ctx.res = ctx.response.res = res
    return ctx
  }
  
  // server connection 回调
  handleRequest (req, res) {
    let ctx = this.createContext(req, res)
    return ctx
  }
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哎嘿，有个req还有个request，两个一样吗？

console.log('native req ----') // node原生的req
console.log(ctx.req.url) 
console.log(ctx.request.req.url)
console.log('koa request ----') // koa封装了request
console.log(ctx.url) 
console.log(ctx.request.url)
复制代码

3. next构建的洋葱模型

接下来实现koa中第二个方法app.use((ctx, next) =< { ... })

app.use((ctx, next) =< { ... })

use中存放着一个个中间件，如cookie、session、static...等等一堆处理函数，并且以洋葱式的形式执行。

 # application.js
 
 constructor () {
    // ...
    // 存放中间件数组
    this.middlewares = []
  }
  // 使用中间件
  use (fn) {
    this.middlewares.push(fn)
  }
复制代码

当处理用户请求时，期望执行所注册的一堆中间件
compose、dispatch

  # application.js

  // 组合中间件
  compose (middlewares, ctx) {
    function dispatch (index) {
      // 迭代终止条件 取完中间件
      // 然后返回成功的promise
      if (index === middlewares.length) return Promise.resolve()
      let middleware = middlewares[index]
      // 让第一个函数执行完，如果有异步的话，需要看看有没有await
      // 必须返回一个promise
      return Promise.resolve(middleware(ctx, () => dispatch(index + 1)))
    }
    return dispatch(0)
  }
  
  // 处理用户请求
  handleRequest (req, res) {
  
    let ctx = this.createContext(req, res)
    
    this.compose(this.middlewares, ctx)
    
    return ctx
  }
复制代码

以上的dispatch迭代函数在很多地方都有运用，比如递归删除目录，也是koa的核心。

中间件含异步代码如何保证正确执行

返回的promise主要是为了处理中间件中含有异步代码的情况

返回报文

在所有中间件执行完毕后，需要渲染页面。

  # application.js

  // 处理用户请求
  handleRequest (req, res) {
    let ctx = this.createContext(req, res)
    
    res.statusCode = 404 // 默认404 当设置body再做修改
    
    let ret = this.compose(this.middlewares, ctx)
    
    ret.then(_ => {
      if (!ctx.body) { // 没设置body
        res.end(`Not Found`)
      } else if (ctx.body instanceof Stream) { // 流
        res.setHeader('Content-Type', 'text/html;charset=utf-8')
        
        ctx.body.pipe(res)
      } else if (typeof ctx.body === 'object') { // 对象
        res.setHeader('Content-Type', 'text/josn;charset=utf-8')
        
        res.end(JSON.stringify(ctx.body))
      } else { // 字符串
        res.setHeader('Content-Type', 'text/html;charset=utf-8')
        
        res.end(ctx.body)
      }
    })
    return ctx
  }
复制代码

需要考虑多种情况做兼容。