【JavaScript】实现类似Express的中间件系统

Express 的中间件系统

在 Express 中可以给一个请求设置若干个中间件，在处理响应时会按顺序执行这些中间件，正在执行的中间件可以控制是否执行下一个中间件。

模拟实现的 Express 将拥有这些功能：

• Express 类拥有三个实例方法：
  • run(url) 开始执行中间件，接收 url。
  • use(fn) 设置应用中间件，在路由中间件之前执行。
  • get(url, fn) 设置路由中间件，只在 url 与请求路由一致时执行。
  • fn 的定义为：(req:any, res:any, next) => void。
    • 在 fn 中调用 next() 方法执行下一个中间件。
    • 在 fn 中调用 res.end(response) 方法后将本次响应值为 response 并且不再执行后续中间件。
    • req 和 res 会逐层传递，可以被修改。
• 调用 run(url) 方法后开始执行中间件。
  • 如果没有注册对应的路由中间件，则只执行应用中间件。
  • 如果有对应的路由中间件，则先执行应用中间件后执行路由中间件。
• 中间件按照注册顺序执行。

大概的使用方式如下：

class Express {}

const app = new Express();

app.use(function (req, res, next) {
  console.log("mid");
  next();
});

app.use(function (req, res, next) {
  console.log("mid");
  next();
});

app.get("/home", function (req, res, next) {
  console.log("page home");
  next();
});

app.get("/detail", function (req, res, next) {
  console.log("page detail");
  next();
});

app.run("/home");

实现代码

const appMiddlewareKey = Symbol("app_middleware");
class Express {
  constructor() {
    this.middleware = {};
  }

  use(fn) {
    this.get(appMiddlewareKey, fn);
  }

  get(url, fn) {
    if (!this.middleware[url]) {
      this.middleware[url] = [];
    }

    function wrap(ctx) {
      return new Promise((resolve, reject) => {
        ctx.res.end = (response) => {
          reject(response);
        };
        try {
          const result = fn(ctx.req, ctx.res, () => {
            resolve(ctx);
          });
          if (result instanceof Promise) {
            result.catch(reject);
          }
        } catch (error) {
          reject(error);
        }
      });
    }

    this.middleware[url].push(wrap);
  }

  run(url) {
    const chain = [].concat(this.middleware[appMiddlewareKey]);
    const route = this.middleware[url];
    if (route) {
      chain.push(...route);
    }
    const ctx = {
      req: {
        url,
      },
      res: {},
    };

    let promise = Promise.resolve(ctx);
    chain.forEach((middleware) => {
      promise = promise.then(middleware);
    });
    return promise.then((ctx) => ctx.res);
  }
}

如何实现异步执行链

在调用 use() 方法或 get() 方法设置中间件时，将传入的回调函数包装成一个返回 Promise 对象的新函数。

function wrap(ctx) {
  return new Promise((resolve, reject) => {
    // 提供停止执行中间件的方法
    ctx.res.end = (response) => {
      reject(response);
    };
    try {
      const result = fn(ctx.req, ctx.res, () => {
        resolve(ctx);
      });
      if (result instanceof Promise) {
        result.catch(reject); // 如果传入中间件回调返回值为 Promise
      }
    } catch (error) {
      reject(error);
    }
  });
}
this.middleware[url].push(wrap);

在调用 .run() 方法时，先根据传入的 url 决定要执行的中间件，然后遍历中间件列表，拼接成一个 Promise 链。

let promise = Promise.resolve(ctx);
chain.forEach((middleware) => {
  promise = promise.then(middleware);
});

如何将控制权交给中间件函数

wrap() 方法中，给实际的中间件函数传递一个方法，这个方法调用后 wrap() 返回的 Promise 才会被 resolve，这个方法就是 next() 方法。

const result = fn(ctx.req, ctx.res, () => {
  resolve(ctx);
});

使用示例

应用级中间件与路由级中间件

用 use() 绑定的中间件为应用级中间件，用 get() 绑定的为路由级中间件。应用级中间件总是会执行，只调用 .run() 方法接收到的对应 url 的路由中间件。

以下例子不调用 /detail 的路由中间件。

app.use(function (req, res, next) {
  res.name = "zhangkb";
  next();
});

app.get("/home", function (req, res, next) {
  console.log("page home", req);
  next();
});

app.get("/detail", function (req, res, next) {
  console.log("page home", req);
  next();
});

app.run("/home");

.run() 的返回值与异常处理

.run() 方法返回一个 Promise 对象，如果所有中间件都执行完毕无异常则返回 res 对象：

app.use(function (req, res, next) {
  res.name = "zhangkb";
  next();
});

app.run("/").then((res) => {
  console.log("success", res);
});

如果在中间件中用 throw 关键字抛出异常或者调用 res.end() 方法，则会停止执行后续中间件，并将抛出的异常对象（或 res.end() 的参数）作为 Promise 的失败原因。

app.use(function (req, res, next) {
  res.name = "zhangkb";
  res.end(new Error("reason")); // 主动停止
  throw new Error("reason"); // 抛出异常
  next();
});

app.run("/").catch((error) => {
  console.log("error", error);
});