聊一聊koa

目标

本文主要通过一个简单的例子来解释koa的内部原理。

koa的一个简单例子

const Koa = require('koa');
const app = new Koa();

app.use(async ctx => {
  ctx.body = 'Hello World';
});

app.listen(3000);

koa内部文件组成

• application.js中包含了Application类和一些辅助方法
• context.js主要作用是承载上下信息，并封装了处理上下文信息的操作
• request.js中封装了处理请求信息的基本操作
• response.js中封装了处理响应信息的基本操作

koa内部

在文章开头的例子中，执行const app = new koa()时，实际上构造了一个Application实例，在application的构造方法中，创建了context.js、request.js、response.js代码的运行实例。下文约定request值request.js代码运行实例，response指response.js运行实例，context指context.js运行实例。

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);
    if (util.inspect.custom) {
      this[util.inspect.custom] = this.inspect;
    }
  }

调用app.listen(3000)方法监听3000端口的http请求，listen方法内部创建了一个http.Server对象，并调用http.Server的listen方法。具体代码如下：

listen(...args) {
    debug('listen');
    const server = http.createServer(this.callback());
    return server.listen(...args);
  }

其中this.callback方法的源码如下：

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;
  }

该方法返回一个handleRequest函数，作为createServer的参数，当http.Server实例接收到一个http请求时，会将请求信息和请求响应对象传给handleRequest函数，具体指将http.IncomingMessage的实例req，和http.ServerResponse的实例res传给handleRequest方法。其中this.createContext函数的源码如下：

createContext(req, res) {
    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;
    context.originalUrl = request.originalUrl = req.url;
    context.state = {};
    return context;
  }

上面代码的主要作用是将请求信息和响应信息封装在request.js和response.js的运行实例中，并创建上下文对象context，context包含了application实例、request实例、response实例的引用。在this.callback方法中还有另一行很重要的代码:

const fn = compose(this.middleware);

可以从Application的构造方法知道this.middleware是一个数组，该数组用来存储app.use方法传入的中间件方法。Application的use方法具体代码实现细节如下，其中最关键的一行代码是this.middleware.push(fn)。

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;
  }

compose方法的实现包含在koa-compose包中，具体代码实现细节如下：

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!')
  }

  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)
      }
    }
  }
}

compose方法接收this.middleware数组，返回一个匿名函数，该函数接收两个参数，上下文实例context和一个next函数，执行该匿名函数会执行this.middleware数组中的所有中间件函数，然后在执行传入的next函数。在Application的callback方法的最后将执行上下文对象和compose方法返回的匿名函数作为参数调用this.handleRequest方法。接下来看一下this.handleRequest方法的具体细节：

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);
  }

在this.handleRequest方法中创建了错误处理方法onError和返回响应的方法handleResponse。
fnMiddleware就是compose方法返回的匿名函数。在this.handleRequest方法的最后执行匿名函数，并传入hanldeResponse和onError函数分别处理正常请求响应流程和异常情况。

return fnMiddleware(ctx).then(handleResponse).catch(onerror);

执行fnMiddleware函数，实际上是执行之前传入所有中间件函数。在中间函数中可以拿到上下文对象的引用，通过上下文对象我们可以获取到经过封装的请求和响应实例，具体形式如下：

app.use(async ctx => {
  ctx; // 这是 Context
  ctx.request; // 这是 koa Request
  ctx.response; // 这是 koa Response
});

在中间件方法中可以设置响应头信息、响应内容。以及读取数据库，获取html模版等。将需要返回给用户端的数据赋值给上下文对象context的body属性。respond方法的具体实现如下：

function respond(ctx) {
  // allow bypassing koa
  if (false === ctx.respond) return;

  if (!ctx.writable) return;

  const res = ctx.res;
  let body = ctx.body;
  const code = ctx.status;

  // ignore body
  if (statuses.empty[code]) {
    // strip headers
    ctx.body = null;
    return res.end();
  }

  if ('HEAD' == ctx.method) {
    if (!res.headersSent && isJSON(body)) {
      ctx.length = Buffer.byteLength(JSON.stringify(body));
    }
    return res.end();
  }

  // status body
  if (null == body) {
    if (ctx.req.httpVersionMajor >= 2) {
      body = String(code);
    } else {
      body = ctx.message || String(code);
    }
    if (!res.headersSent) {
      ctx.type = 'text';
      ctx.length = Buffer.byteLength(body);
    }
    return res.end(body);
  }

  // responses
  if (Buffer.isBuffer(body)) return res.end(body);
  if ('string' == typeof body) return res.end(body);
  if (body instanceof Stream) return body.pipe(res);

  // body: json
  body = JSON.stringify(body);
  if (!res.headersSent) {
    ctx.length = Buffer.byteLength(body);
  }
  res.end(body);
}

respond方法的主要作用是对返回的内容进行一些处理，然后调用node.js的http.ServerResponse实例的end方法，将具体内容返回给用户端。

request.js和response.js

在Application的createContext方法中，将node.js的请求（http.IncomingMessage）和响应对象（http.ServerResponse）分别赋值给了request.js和response.js文件代码实例对象。
request.js中主要包含了处理请求的方法（实际上都是get方法，或者获取器），获取请求数据，例如：

get host() {
    const proxy = this.app.proxy;
    let host = proxy && this.get('X-Forwarded-Host');
    if (!host) {
      if (this.req.httpVersionMajor >= 2) host = this.get(':authority');
      if (!host) host = this.get('Host');
    }
    if (!host) return '';
    return host.split(/\s*,\s*/, 1)[0];
  },

上面的代码中this.req是http.IncomingMessage实例，包含了http请求信息。
response.js中包含了处理请求响应的操作。例如设置响应状态：

set status(code) {
    if (this.headerSent) return;
    assert(Number.isInteger(code), 'status code must be a number');
    assert(code >= 100 && code <= 999, `invalid status code: ${code}`);
    this._explicitStatus = true;
    this.res.statusCode = code;
    if (this.req.httpVersionMajor < 2) this.res.statusMessage = statuses[code];
    if (this.body && statuses.empty[code]) this.body = null;
  }

this.res指http.ServerResponse对象实例

结尾

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