從零開始手寫Koa2框架

xpromise發表於2019-03-21

框架

01、介紹

Koa -- 基於 Node.js 平臺的下一代 web 開發框架
Koa 是一個新的 web 框架，由 Express 幕後的原班人馬打造，致力於成為 web 應用和 API 開發領域中的一個更小、更富有表現力、更健壯的基石。
與其對應的 Express 來比，Koa 更加小巧、精壯，本文將帶大家從零開始實現 Koa 的原始碼，從根源上解決大家對 Koa 的困惑

本文 Koa 版本為 2.7.0, 版本不一樣原始碼可能會有變動
原始碼倉庫已經開放，如果本文對你有幫助，歡迎 star ~~

02、原始碼目錄介紹

Koa 原始碼目錄截圖
通過原始碼目錄可以知道，Koa主要分為4個部分，分別是：
- application: Koa 最主要的模組, 對應 app 應用物件
- context: 對應 ctx 物件
- request: 對應 Koa 中請求物件
- response: 對應 Koa 中響應物件
這4個檔案就是 Koa 的全部內容了，其中 application 又是其中最核心的檔案。我們將會從此檔案入手，一步步實現 Koa 框架

03、實現一個基本伺服器

my-application

const {createServer} = require('http');

module.exports = class Application {
  constructor() {
    // 初始化中介軟體陣列, 所有中介軟體函式都會新增到當前陣列中
    this.middleware = [];
  }
  // 使用中介軟體方法
  use(fn) {
    // 將所有中介軟體函式新增到中介軟體陣列中
    this.middleware.push(fn);
  }
  // 監聽埠號方法
  listen(...args) {
    // 使用nodejs的http模組監聽埠號
    const server = createServer((req, res) => {
      /*
        處理請求的回撥函式，在這裡執行了所有中介軟體函式
        req 是 node 原生的 request 物件
        res 是 node 原生的 response 物件
      */
      this.middleware.forEach((fn) => fn(req, res));
    })
    server.listen(...args);
  }
}
複製程式碼

index.js

// 引入自定義模組
const MyKoa = require('./js/my-application');
// 建立例項物件
const app = new MyKoa();
// 使用中介軟體
app.use((req, res) => {
  console.log('中介軟體函式執行了~~~111');
})
app.use((req, res) => {
  console.log('中介軟體函式執行了~~~222');
  res.end('hello myKoa');
})
// 監聽埠號
app.listen(3000, err => {
  if (!err) console.log('伺服器啟動成功了');
  else console.log(err);
})
複製程式碼

執行入口檔案 index.js 後，通過瀏覽器輸入網址訪問 http://localhost:3000/ , 就可以看到結果了~~
神奇吧！一個最簡單的伺服器模型就搭建完了。當然我們這個極簡伺服器還存在很多問題，接下來讓我們一一解決

04、實現中介軟體函式的 next 方法

提取createServer的回撥函式，封裝成一個callback方法（可複用）

// 監聽埠號方法
listen(...args) {
  // 使用nodejs的http模組監聽埠號
  const server = createServer(this.callback());
  server.listen(...args);
}
callback() {
  const handleRequest = (req, res) => {
    this.middleware.forEach((fn) => fn(req, res));
  }
  return handleRequest;
}
複製程式碼

封裝compose函式實現next方法

/**
 * 負責執行中介軟體函式的函式
 * @param middleware 中介軟體陣列
 * @return {function}
 */
function compose(middleware) {
  // compose方法返回值是一個函式，這個函式返回值是一個promise物件
  // 當前函式就是排程
  return (req, res) => {
    // 預設呼叫一次，為了執行第一個中介軟體函式
    return dispatch(0);
    function dispatch(i) {
      // 提取中介軟體陣列的函式fn
      let fn = middleware[i];
      // 如果最後一箇中介軟體也呼叫了next方法，直接返回一個成功狀態的promise物件
      if (!fn) return Promise.resolve();
      /*
        dispatch.bind(null, i + 1)) 作為中介軟體函式呼叫的第三個引數，其實就是對應的next
          舉個例子：如果 i = 0  那麼 dispatch.bind(null, 1))  
            --> 也就是如果呼叫了next方法 實際上就是執行 dispatch(1) 
              --> 它利用遞迴重新進來取出下一個中介軟體函式接著執行
        fn(req, res, dispatch.bind(null, i + 1))
          --> 這也是為什麼中介軟體函式能有三個引數，在呼叫時我們傳進來了
      */
      return Promise.resolve(fn(req, res, dispatch.bind(null, i + 1)));
    }
  }
}
複製程式碼

使用compose函式

callback () {
  // 執行compose方法返回一個函式
  const fn = compose(this.middleware);
  
  const handleRequest = (req, res) => {
    // 呼叫該函式，返回值為promise物件
    // then方法觸發了, 說明所有中介軟體函式都被呼叫完成
    fn(req, res).then(() => {
      // 在這裡就是所有處理的函式的最後階段，可以允許返回響應了~
    });
  }
  
  return handleRequest;
}
複製程式碼

修改入口檔案 index.js 程式碼

// 引入自定義模組
const MyKoa = require('./js/my-application');
// 建立例項物件
const app = new MyKoa();
// 使用中介軟體
app.use((req, res, next) => {
  console.log('中介軟體函式執行了~~~111');
  // 呼叫next方法，就是呼叫堆疊中下一個中介軟體函式
  next();
})
app.use((req, res, next) => {
  console.log('中介軟體函式執行了~~~222');
  res.end('hello myKoa');
  // 最後的next方法沒發呼叫下一個中介軟體函式，直接返回Promise.resolve()
  next();
})
// 監聽埠號
app.listen(3000, err => {
  if (!err) console.log('伺服器啟動成功了');
  else console.log(err);
})
複製程式碼

此時我們實現了next方法，最核心的就是compose函式，極簡的程式碼實現了功能，不可思議！

05、處理返回響應

定義返回響應函式respond

function respond(req, res) {
  // 獲取設定的body資料
  let body = res.body;
  
  if (typeof body === 'object') {
    // 如果是物件，轉化成json資料返回
    body = JSON.stringify(body);
    res.end(body);
  } else {
    // 預設其他資料直接返回
    res.end(body);
  }
}
複製程式碼

在callback中呼叫

callback() {
  const fn = compose(this.middleware);
  
  const handleRequest = (req, res) => {
    // 當中介軟體函式全部執行完畢時，會觸發then方法，從而執行respond方法返回響應
    const handleResponse = () => respond(req, res);
    fn(req, res).then(handleResponse);
  }
  
  return handleRequest;
}
複製程式碼

修改入口檔案 index.js 程式碼

// 引入自定義模組
const MyKoa = require('./js/my-application');
// 建立例項物件
const app = new MyKoa();
// 使用中介軟體
app.use((req, res, next) => {
  console.log('中介軟體函式執行了~~~111');
  next();
})
app.use((req, res, next) => {
  console.log('中介軟體函式執行了~~~222');
  // 設定響應內容，由框架負責返回響應~
  res.body = 'hello myKoa';
})
// 監聽埠號
app.listen(3000, err => {
  if (!err) console.log('伺服器啟動成功了');
  else console.log(err);
})
複製程式碼

此時我們就能根據不同響應內容做出處理了~當然還是比較簡單的，可以接著去擴充套件~

06、定義 Request 模組

// 此模組需要npm下載
const parse = require('parseurl');
const qs = require('querystring');

module.exports = {
  /**
   * 獲取請求頭資訊
   */
  get headers() {
    return this.req.headers;
  },
  /**
   * 設定請求頭資訊
   */
  set headers(val) {
    this.req.headers = val;
  },
  /**
   * 獲取查詢字串
   */
  get query() {
    // 解析查詢字串引數 --> key1=value1&key2=value2
    const querystring = parse(this.req).query;
    // 將其解析為物件返回 --> {key1: value1, key2: value2}
    return qs.parse(querystring);
  }
}
複製程式碼

07、定義 Response 模組

module.exports = {
  /**
   * 設定響應頭的資訊
   */
  set(key, value) {
    this.res.setHeader(key, value);
  },
  /**
   * 獲取響應狀態碼
   */
  get status() {
    return this.res.statusCode;
  },
  /**
   * 設定響應狀態碼
   */
  set status(code) {
    this.res.statusCode = code;
  },
  /**
   * 獲取響應體資訊
   */
  get body() {
    return this._body;
  },
  /**
   * 設定響應體資訊
   */
  set body(val) {
    // 設定響應體內容
    this._body = val;
    // 設定響應狀態碼
    this.status = 200;
    // json
    if (typeof val === 'object') {
      this.set('Content-Type', 'application/json');
    }
  },
}
複製程式碼

08、定義 Context 模組

// 此模組需要npm下載
const delegate = require('delegates');

const proto = module.exports = {};

// 將response物件上的屬性/方法克隆到proto上
delegate(proto, 'response')
  .method('set')    // 克隆普通方法
  .access('status') // 克隆帶有get和set描述符的方法
  .access('body')  

// 將request物件上的屬性/方法克隆到proto上
delegate(proto, 'request')
  .access('query')
  .getter('headers')  // 克隆帶有get描述符的方法

複製程式碼

09、揭祕 delegates 模組

module.exports = Delegator;

/**
 * 初始化一個 delegator.
 */
function Delegator(proto, target) {
  // this必須指向Delegator的例項物件
  if (!(this instanceof Delegator)) return new Delegator(proto, target);
  // 需要克隆的物件
  this.proto = proto;
  // 被克隆的目標物件
  this.target = target;
  // 所有普通方法的陣列
  this.methods = [];
  // 所有帶有get描述符的方法陣列
  this.getters = [];
  // 所有帶有set描述符的方法陣列
  this.setters = [];
}

/**
 * 克隆普通方法
 */
Delegator.prototype.method = function(name){
  // 需要克隆的物件
  var proto = this.proto;
  // 被克隆的目標物件
  var target = this.target;
  // 方法新增到method陣列中
  this.methods.push(name);
  // 給proto新增克隆的屬性
  proto[name] = function(){
    /*
      this指向proto, 也就是ctx
        舉個例子：ctx.response.set.apply(ctx.response, arguments)
        arguments對應實參列表，剛好與apply方法傳參一致
        執行ctx.set('key', 'value') 實際上相當於執行 response.set('key', 'value')
    */
    return this[target][name].apply(this[target], arguments);
  };
  // 方便鏈式呼叫
  return this;
};

/**
 * 克隆帶有get和set描述符的方法.
 */
Delegator.prototype.access = function(name){
  return this.getter(name).setter(name);
};

/**
 * 克隆帶有get描述符的方法.
 */
Delegator.prototype.getter = function(name){
  var proto = this.proto;
  var target = this.target;
  this.getters.push(name);
  // 方法可以為一個已經存在的物件設定get描述符屬性
  proto.__defineGetter__(name, function(){
    return this[target][name];
  });

  return this;
};

/**
 * 克隆帶有set描述符的方法.
 */
Delegator.prototype.setter = function(name){
  var proto = this.proto;
  var target = this.target;
  this.setters.push(name);
  // 方法可以為一個已經存在的物件設定set描述符屬性
  proto.__defineSetter__(name, function(val){
    return this[target][name] = val;
  });

  return this;
};
複製程式碼

10、使用 ctx 取代 req 和 res

修改 my-application

const {createServer} = require('http');
const context = require('./my-context');
const request = require('./my-request');
const response = require('./my-response');

module.exports = class Application {
  constructor() {
    this.middleware = [];
    // Object.create(target) 以target物件為原型, 建立新物件, 新物件原型有target物件的屬性和方法
    this.context = Object.create(context);
    this.request = Object.create(request);
    this.response = Object.create(response);
  }
  
  use(fn) {
    this.middleware.push(fn);
  }
    
  listen(...args) {
    // 使用nodejs的http模組監聽埠號
    const server = createServer(this.callback());
    server.listen(...args);
  }
  
  callback() {
    const fn = compose(this.middleware);
    
    const handleRequest = (req, res) => {
      // 建立context
      const ctx = this.createContext(req, res);
      const handleResponse = () => respond(ctx);
      fn(ctx).then(handleResponse);
    }
    
    return handleRequest;
  }
  
  /**
   * 建立context 上下文物件的方法
   * @param req node原生req物件
   * @param res node原生res物件
   */
  createContext(req, res) {
    /*
      凡是req/res，就是node原生物件
      凡是request/response，就是自定義物件
      這是實現互相掛載引用，從而在任意物件上都能獲取其他物件的方法
     */
    const context = Object.create(this.context);
    const request = context.request = Object.create(this.request);
    const response = context.response = Object.create(this.response);
    context.app = request.app = response.app = this;
    context.req = request.req = response.req = req;
    context.res = request.res = response.res = res;
    request.ctx = response.ctx = context;
    request.response = response;
    response.request = request;
    
    return context;
  }
}
// 將原來使用req，res的地方改用ctx
function compose(middleware) {
  return (ctx) => {
    return dispatch(0);
    function dispatch(i) {
      let fn = middleware[i];
      if (!fn) return Promise.resolve();
      return Promise.resolve(fn(ctx, dispatch.bind(null, i + 1)));
    }
  }
}

function respond(ctx) {
  let body = ctx.body;
  const res = ctx.res;
  if (typeof body === 'object') {
    body = JSON.stringify(body);
    res.end(body);
  } else {
    res.end(body);
  }
}
複製程式碼

修改入口檔案 index.js 程式碼

// 引入自定義模組
const MyKoa = require('./js/my-application');
// 建立例項物件
const app = new MyKoa();
// 使用中介軟體
app.use((ctx, next) => {
  console.log('中介軟體函式執行了~~~111');
  next();
})
app.use((ctx, next) => {
  console.log('中介軟體函式執行了~~~222');
  // 獲取請求頭引數
  console.log(ctx.headers);
  // 獲取查詢字串引數
  console.log(ctx.query);
  // 設定響應頭資訊
  ctx.set('content-type', 'text/html;charset=utf-8');
  // 設定響應內容，由框架負責返回響應~
  ctx.body = '<h1>hello myKoa</h1>';
})
// 監聽埠號
app.listen(3000, err => {
  if (!err) console.log('伺服器啟動成功了');
  else console.log(err);
})
複製程式碼

到這裡已經寫完了 Koa 主要程式碼，有一句古話 - 看萬遍程式碼不如寫上一遍。還等什麼，趕緊寫上一遍吧~ 當你能夠寫出來，再去閱讀原始碼，你會發現原始碼如此簡單~

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從零開始手寫Koa2框架

01、介紹

02、原始碼目錄介紹

03、實現一個基本伺服器

04、實現中介軟體函式的 next 方法

05、處理返回響應

06、定義 Request 模組

07、定義 Response 模組

08、定義 Context 模組

09、揭祕 delegates 模組

10、使用 ctx 取代 req 和 res

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