前言
本文是我在阅读 Koa 源码后，并实现迷你版 Koa 的过程。如果你使用过 Koa 但不知道内部的原理，我想这篇文章应该能够帮助到你，实现一个迷你版的 Koa 不会很难。
本文会循序渐进的解析内部原理，包括：
- 基础版本的 koa
- context 的实现
- 中间件原理及实现
文件结构
application.js: 入口文件，里面包括我们常用的use方法、listen方法以及对ctx.body做输出处理context.js: 主要是做属性和方法的代理，让用户能够更简便的访问到request和response的属性和方法request.js: 对原生的req属性做处理，扩展更多可用的属性和方法，比如：query属性、get方法response.js: 对原生的res属性做处理，扩展更多可用的属性和方法，比如：status属性、set方法
基础版本
用法：
const Coa = require('./coa/application')
const app = new Coa()
// 应用中间件
app.use((ctx) => {
ctx.body = '<h1>Hello</h1>'
})
app.listen(3000, '127.0.0.1')
application.js:
const http = require('http')
module.exports = class Coa {
use(fn) {
this.fn = fn
}
// listen 只是语法糖 本身还是使用 http.createServer
listen(...args) {
const server = http.createServer(this.callback())
server.listen(...args)
}
callback() {
const handleRequest = (req, res) => {
// 创建上下文
const ctx = this.createContext(req, res)
// 调用中间件
this.fn(ctx)
// 输出内容
res.end(ctx.body)
}
return handleRequest
}
createContext(req, res) {
let ctx = {}
ctx.req = req
ctx.res = res
return ctx
}
}
基础版本的实现很简单，调用 use 将函数存储起来，在启动服务器时再执行这个函数，并输出 ctx.body 的内容。
但是这样是没有灵魂的。接下来，实现 context 和中间件原理，Koa 才算完整。
Context
ctx 为我们扩展了很多好用的属性和方法，比如 ctx.query、ctx.set()。但它们并不是 context 封装的，而是在访问 ctx 上的属性时，它内部通过属性劫持将 request 和 response 内封装的属性返回。就像你访问 ctx.query，实际上访问的是 ctx.request.query。
说到劫持你可能会想到 Object.defineProperty，在 Kao 内部使用的是 ES6 提供的对象的 setter 和 getter，效果也是一样的。所以要实现 ctx，我们首先要实现 request 和 response。
在此之前，需要修改下 createContext 方法：
// 这三个都是对象
const context = require('./context')
const request = require('./request')
const response = require('./response')
module.exports = class Coa {
constructor() {
this.context = context
this.request = request
this.response = response
}
createContext(req, res) {
const ctx = Object.create(this.context)
// 将扩展的 request、response 挂载到 ctx 上
// 使用 Object.create 创建以传入参数为原型的对象，避免添加属性时因为冲突影响到原对象
const request = ctx.request = Object.create(this.request)
const response = ctx.response = Object.create(this.response)
ctx.app = request.app = response.app = this;
// 挂载原生属性
ctx.req = request.req = response.req = req
ctx.res = request.res = response.res = res
request.ctx = response.ctx = ctx;
request.response = response;
response.request = request;
return ctx
}
}
上面一堆花里胡哨的赋值，是为了能通过多种途径获取属性。比如获取 query 属性，可以有 ctx.query、ctx.request.query、ctx.app.query 等等的方式。
如果你觉得看起来有点冗余，也可以主要理解这几行，因为我们实现源码时也就用到下面这些：
const request = ctx.request = Object.create(this.request)
const response = ctx.response = Object.create(this.response)
ctx.req = request.req = response.req = req
ctx.res = request.res = response.res = res
request
request.js：
const url = require('url')
module.exports = {
/* 查看这两步操作
* const request = ctx.request = Object.create(this.request)
* ctx.req = request.req = response.req = req
*
* 此时的 this 是指向 ctx，所以这里的 this.req 访问的是原生属性 req
* 同样，也可以通过 this.request.req 来访问
*/
// 请求的 query 参数
get query() {
return url.parse(this.req.url).query
},
// 请求的路径
get path() {
return url.parse(this.req.url).pathname
},
// 请求的方法
get method() {
return this.req.method.toLowerCase()
}
}
response
response.js：
module.exports = {
// 这里的 this.res 也和上面同理
// 返回的状态码
get status() {
return this.res.statusCode
},
set status(val) {
return this.res.statusCode = val
},
// 返回的输出内容
get body() {
return this._body
},
set body(val) {
return this._body = val
},
// 设置头部
set(filed, val) {
if (typeof filed === 'string') {
this.res.setHeader(filed, val)
}
if (toString.call(filed) === '[object Object]') {
for (const key in filed) {
this.set(key, filed[key])
}
}
}
}
属性代理
通过上面的实现，我们可以使用 ctx.request.query 来访问到扩展的属性。但是在实际应用中，更常用的是 ctx.query。不过 query 是在 request 的属性，通过 ctx.query 是无法访问的。
这时只需稍微做个代理，在访问 ctx.query 时，将 ctx.request.query 返回就可以实现上面的效果。
context.js:
module.exports = {
get query() {
return this.request.query
}
}
实际的代码中会有很多扩展的属性，总不可能一个一个去写吧。为了优雅的代理属性，Koa 使用 delegates 包实现。这里我就直接简单封装下代理函数，代理函数主要用到__defineGetter__ 和 __defineSetter__ 两个方法。
在对象上都会带有 __defineGetter__ 和 __defineSetter__，它们可以将一个函数绑定在当前对象的指定属性上，当属性被获取或赋值时，绑定的函数就会被调用。就像这样：
let obj = {}
let obj1 = {
name: 'JoJo'
}
obj.__defineGetter__('name', function(){
return obj1.name
})
此时访问 obj.name，获取到的是 obj1.name 的值。
了解这个两个方法的用处后，接下来开始修改 context.js：
const proto = module.exports = {
}
// getter代理
function delegateGetter(prop, name){
proto.__defineGetter__(name, function(){
return this[prop][name]
})
}
// setter代理
function delegateSetter(prop, name){
proto.__defineSetter__(name, function(val){
return this[prop][name] = val
})
}
// 方法代理
function delegateMethod(prop, name){
proto[name] = function() {
return this[prop][name].apply(this[prop], arguments)
}
}
delegateGetter('request', 'query')
delegateGetter('request', 'path')
delegateGetter('request', 'method')
delegateGetter('response', 'status')
delegateSetter('response', 'status')
delegateGetter('response', 'body')
delegateSetter('response', 'body')
delegateMethod('response', 'set')
中间件原理
中间件思想是 Koa 最精髓的地方，为扩展功能提供很大的帮助。这也是它虽然小，却很强大的原因。还有一个优点，中间件使功能模块的职责更加分明，一个功能就是一个中间件，多个中间件组合起来成为一个完整的应用。
下面是著名的“洋葱模型”。这幅图很形象的表达了中间件思想的作用，它就像一个流水线一样，上游加工后的东西传递给下游，下游可以继续接着加工，最终输出加工结果。
原理分析
在调用 use 注册中间件的时候，内部会将每个中间件存储到数组中，执行中间件时，为其提供 next 参数。调用 next 即执行下一个中间件，以此类推。当数组中的中间件执行完毕后，再原路返回。就像这样:
app.use((ctx, next) => {
console.log('1 start')
next()
console.log('1 end')
})
app.use((ctx, next) => {
console.log('2 start')
next()
console.log('2 end')
})
app.use((ctx, next) => {
console.log('3 start')
next()
console.log('3 end')
})
输出结果如下：
1 start
2 start
3 start
3 end
2 end
1 end
有点数据结构知识的同学，很快就想到这是一个“栈”结构，执行的顺序符合“先入后出”。
下面我将内部中间件实现原理进行简化，模拟中间件执行：
function next1() {
console.log('1 start')
next2()
console.log('1 end')
}
function next2() {
console.log('2 start')
next3()
console.log('2 end')
}
function next3() {
console.log('3 start')
console.log('3 end')
}
next1()
执行过程：
- 调用
next1，将其入栈执行，输出1 start - 遇到
next2函数，将其入栈执行，输出2 start - 遇到
next3函数，将其入栈执行，输出3 start - 输出
3 end，函数执行完毕，next3弹出栈 - 输出
2 end，函数执行完毕，next2弹出栈 - 输出
1 end，函数执行完毕，next1弹出栈 - 栈空，全部执行完毕
相信通过这个简单的例子，都大概明白中间件的执行过程了吧。
原理实现
中间件原理实现的关键点主要是 ctx 和 next 的传递。
function compose(middleware) {
return function(ctx) {
return dispatch(0)
function dispatch(i){
// 取出中间件
let fn = middleware[i]
if (!fn) {
return
}
// dispatch.bind(null, i + 1) 为应用中间件接受到的 next
// next 即下一个应用中间件
fn(ctx, dispatch.bind(null, i + 1))
}
}
}
可以看到，实现过程本质是函数的递归调用。在内部实现时，其实 next 没有做什么神奇的操作，它就是下一个中间件调用的函数，作为参数传入供使用者调用。
下面我们来单独测试 compose，你可以将它粘贴到控制台上运行：
function next1(ctx, next) {
console.log('1 start')
next()
console.log('1 end')
}
function next2(ctx, next) {
console.log('2 start')
next()
console.log('2 end')
}
function next3(ctx, next) {
console.log('3 start')
next()
console.log('3 end')
}
let ctx = {}
let fn = compose([next1, next2, next3])
fn(ctx)
最后，因为 Koa 中间件是可以使用 async/await 异步执行的，所以还需要修改下 compose 返回 Promise：
function compose(middleware) {
return function(ctx) {
return dispatch(0)
function dispatch(i){
// 取出中间件
let fn = middleware[i]
if (!fn) {
return Promise.resolve()
}
// dispatch.bind(null, i + 1) 为应用中间件接受到的 next
// next 即下一个应用中间件
try {
return Promise.resolve( fn(ctx, dispatch.bind(null, i + 1)) )
} catch (error) {
return Promise.reject(error)
}
}
}
}
应用
实现完成中间件的逻辑后，将它应用到迷你版Koa中，原来的代码逻辑要做一些修改(部分代码忽略)
application.js:
module.exports = class Coa {
constructor() {
// 存储中间件的数组
this.middleware = []
}
use(fn) {
if (typeof fn !== 'function') throw new TypeError('middleware must be a function!');
// 将中间件加入数组
this.middleware.push(fn)
return this
}
listen(...args) {
const server = http.createServer(this.callback())
server.listen(...args)
}
callback() {
const handleRequest = (req, res) => {
// 创建上下文
const ctx = this.createContext(req, res)
// fn 为第一个应用中间件
const fn = this.compose(this.middleware)
// 在所有中间件执行完毕后 respond 函数用于处理 ctx.body 输出
return fn(ctx).then(() => respond(ctx)).catch(console.error)
}
return handleRequest
}
compose(middleware) {
return function(ctx) {
return dispatch(0)
function dispatch(i){
let fn = middleware[i]
if (!fn) {
return Promise.resolve()
}
// dispatch.bind(null, i + 1) 为应用中间件接受到的 next
try {
return Promise.resolve(fn(ctx, dispatch.bind(null, i + 1)))
} catch (error) {
return Promise.reject(error)
}
}
}
}
}
function respond(ctx) {
let res = ctx.res
let body = ctx.body
if (typeof body === 'string') {
return res.end(body)
}
if (typeof body === 'object') {
return res.end(JSON.stringify(body))
}
}
完整实现
application.js:
const http = require('http')
const context = require('./context')
const request = require('./request')
const response = require('./response')
module.exports = class Coa {
constructor() {
this.middleware = []
this.context = context
this.request = request
this.response = response
}
use(fn) {
if (typeof fn !== 'function') throw new TypeError('middleware must be a function!');
this.middleware.push(fn)
return this
}
listen(...args) {
const server = http.createServer(this.callback())
server.listen(...args)
}
callback() {
const handleRequest = (req, res) => {
// 创建上下文
const ctx = this.createContext(req, res)
// fn 为第一个应用中间件
const fn = this.compose(this.middleware)
return fn(ctx).then(() => respond(ctx)).catch(console.error)
}
return handleRequest
}
// 创建上下文
createContext(req, res) {
const ctx = Object.create(this.context)
// 处理过的属性
const request = ctx.request = Object.create(this.request)
const response = ctx.response = Object.create(this.response)
// 原生属性
ctx.app = request.app = response.app = this;
ctx.req = request.req = response.req = req
ctx.res = request.res = response.res = res
request.ctx = response.ctx = ctx;
request.response = response;
response.request = request;
return ctx
}
// 中间件处理逻辑实现
compose(middleware) {
return function(ctx) {
return dispatch(0)
function dispatch(i){
let fn = middleware[i]
if (!fn) {
return Promise.resolve()
}
// dispatch.bind(null, i + 1) 为应用中间件接受到的 next
// next 即下一个应用中间件
try {
return Promise.resolve(fn(ctx, dispatch.bind(null, i + 1)))
} catch (error) {
return Promise.reject(error)
}
}
}
}
}
// 处理 body 不同类型输出
function respond(ctx) {
let res = ctx.res
let body = ctx.body
if (typeof body === 'string') {
return res.end(body)
}
if (typeof body === 'object') {
return res.end(JSON.stringify(body))
}
}
写在最后
本文的简单实现了 Koa 主要的功能。有兴趣最好还是自己去看源码，实现自己的迷你版 Koa。其实 Koa 的源码不算多，总共4个文件，全部代码包括注释也就 1800 行左右。而且逻辑不会很难，很推荐阅读，尤其适合源码入门级别的同学观看。
最后附上完整实现的代码：github