# 四十行代码实现一个 koa
当我们在深入学习一个框架或者库时，为了了解它的思想及设计思路，也为了更好地使用和避免无意的 Bug，有时很有必要研究源码。对于 koa 这种极为简单，而应用却很广泛的框架/库更应该了解它的源码。
而为了验证我们是否已足够了解它，可以实现一个仅仅具备核心功能的迷你的库。正所谓，麻雀虽小，五脏俱全。
删繁就简三秋树，这里只用四十行代码实现一个小型的却具有其核心功能的 koa。
源码实现：https://github.com/shfshanyue/koa-mini (opens new window)
这是一个拥有 koa 几乎所有核心功能最简化的示例：
const Koa = require('koa')
const app = new Koa()
app.use(async (ctx, next) => {
console.log('Middleware 1 Start')
await next()
console.log('Middleware 1 End')
})
app.use(async (ctx, next) => {
console.log('Middleware 2 Start')
await next()
console.log('Middleware 2 End')
ctx.body = 'hello, world'
})
app.listen(3000)
// output
// Middleware 1 Start
// Middleware 2 Start
// Middleware 2 End
// Middleware 1 End
在这个最简化的示例中，可以看到有三个清晰的模块，分别如下：
- Application: 基本服务器框架
- Context: 服务器框架基本数据结构的封装，用以 http 请求解析及响应
- Middleware: 中间件，也是洋葱模型的核心机制
我们开始逐步实现这三个模块：
# 抛开框架，来写一个简单的 server
我们先基于 node 最基本的 http API 来启动一个 http 服务，并通过它来实现最简版的 koa：
const http = require('http')
const server = http.createServer((req, res) => {
res.end('hello, world')
})
server.listen(3000)
而要实现最简版的 koa 示例如下，我把最简版的这个 koa 命名为 koa-mini
const Koa = require('koa-mini')
const app = new Koa()
app.use(async (ctx, next) => {
console.log('Middleware 1 Start')
await next()
console.log('Middleware 1 End')
})
app.use(async (ctx, next) => {
console.log('Middleware 2 Start')
await next()
console.log('Middleware 2 End')
ctx.body = 'hello, world'
})
app.listen(3000)
# 构建 Application
首先完成 Appliacation 的大体框架：
app.listen: 处理请求及响应，并且监听端口app.use: 中间件函数，处理请求并完成响应
只有简单的十几行代码，示例如下：
const http = require('http')
class Application {
constructor () {
this.middleware = null
}
listen (...args) {
const server = http.createServer(this.middleware)
server.listen(...args)
}
// 这里依旧调用的是原生 http.createServer 的回调函数
use (middleware) {
this.middleware = middleware
}
}
此时调用 Application 启动服务的代码如下:
const app = new Appliacation()
app.use((req, res) => {
res.end('hello, world')
})
app.listen(3000)
由于 app.use 的回调函数依然是原生的 http.crateServer 回调函数，而在 koa 中回调参数是一个 Context 对象。
下一步要做的将是构建 Context 对象。
# 构建 Context
在 koa 中，app.use 的回调参数为一个 ctx 对象，而非原生的 req/res。因此在这一步要构建一个 Context 对象，并使用 ctx.body 构建响应：
app.use(ctx => ctx.body = 'hello, world'): 通过在http.createServer回调函数中进一步封装Context实现Context(req, res): 以request/response数据结构为主体构造 Context 对象
核心代码如下，注意注释部分：
const http = require('http')
class Application {
constructor () {}
use () {}
listen (...args) {
const server = http.createServer((req, res) => {
// 构造 Context 对象
const ctx = new Context(req, res)
// 此时处理为与 koa 兼容 Context 的 app.use 函数
this.middleware(ctx)
// ctx.body 为响应内容
ctx.res.end(ctx.body)
})
server.listen(...args)
}
}
// 构造一个 Context 的类
class Context {
constructor (req, res) {
this.req = req
this.res = res
}
}
此时 koa 被改造如下，app.use 可以正常工作：
const app = new Application()
app.use(ctx => {
ctx.body = 'hello, world'
})
app.listen(7000)
实现以上的代码都很简单，现在就剩下一个最重要也是最核心的功能：洋葱模型
# 洋葱模型及中间件改造
上述工作只有简单的一个中间件，然而在现实中中间件会有很多个，如错误处理，权限校验，路由，日志，限流等等。因此我们要改造下 app.middlewares
app.middlewares: 收集中间件回调函数数组，并并使用compose串联起来
对所有中间件函数通过 compose 函数来达到抽象效果，它将对 Context 对象作为参数，来接收请求及处理响应：
// this.middlewares 代表所有中间件
// 通过 compose 抽象
const fn = compose(this.middlewares)
await fn(ctx)
// 当然，也可以写成这种形式，只要带上 ctx 参数
await compose(this.middlewares, ctx)
此时完整代码如下：
const http = require('http')
class Application {
constructor () {
this.middlewares = []
}
listen (...args) {
const server = http.createServer(async (req, res) => {
const ctx = new Context(req, res)
// 对中间件回调函数串联，形成洋葱模型
const fn = compose(this.middlewares)
await fn(ctx)
ctx.res.end(ctx.body)
})
server.listen(...args)
}
use (middleware) {
// 中间件回调函数变为了数组
this.middlewares.push(middleware)
}
}
接下来，着重完成 compose 函数
# 完成 compose 函数的封装
koa 的洋葱模型指出每一个中间件都像是洋葱的每一层，当从洋葱中心穿过时，每层都会一进一出穿过两次，且最先穿入的一层最后穿出。
middleware: 第一个中间件将会执行next: 每个中间件将会通过 next 来执行下一个中间件
我们如何实现所有的中间件的洋葱模型呢?
我们看一看每一个 middleware 的 API 如下
middleware(ctx, next)
而每个中间件中的 next 是指执行下一个中间件，我们来把 next 函数提取出来，而 next 函数中又有 next，这应该怎么处理呢？
const next = () => nextMiddleware(ctx, next)
middleware(ctx, next(0))
是了，使用一个递归完成中间件的改造，并把中间件给连接起来，如下所示:
// dispatch(i) 代表执行第 i 个中间件
const dispatch = (i) => {
return middlewares[i](ctx, () => dispatch(i+1))
}
dispatch(0)
dispatch(i) 代表执行第 i 个中间件，而 next() 函数将会执行下一个中间件 dispatch(i+1)，于是我们使用递归轻松地完成了洋葱模型
此时，再把递归的终止条件补充上: 当最后一个中间件函数执行 next() 时，直接返回
const dispatch = (i) => {
const middleware = middlewares[i]
if (i === middlewares.length) {
return
}
return middleware(ctx, () => dispatch(i+1))
}
return dispatch(0)
最终的 compose 函数代码如下:
function compose (middlewares) {
return ctx => {
const dispatch = (i) => {
const middleware = middlewares[i]
if (i === middlewares.length) {
return
}
return middleware(ctx, () => dispatch(i+1))
}
return dispatch(0)
}
}
至此，koa 的核心功能洋葱模型已经完成，写个示例来体验一下吧:
const app = new Application()
app.use(async (ctx, next) => {
ctx.body = 'hello, one'
await next()
})
app.use(async (ctx, next) => {
ctx.body = 'hello, two'
await next()
})
app.listen(7000)
此时还有一个小小的但不影响全局的不足：异常处理，下一步将会完成异常捕获的代码
# 异常处理
如果在你的后端服务中因为某一处报错，而把整个服务给挂掉了怎么办？
我们只需要对中间件执行函数进行一次异常处理即可：
try {
const fn = compose(this.middlewares)
await fn(ctx)
} catch (e) {
console.error(e)
ctx.res.statusCode = 500
ctx.res.write('Internel Server Error')
}
然而在日常项目中使用时，我们必须在框架层的异常捕捉之前就需要捕捉到它，来做一些异常结构化及异常上报的任务，此时会使用一个异常处理的中间件：
// 错误处理中间件
app.use(async (ctx, next) => {
try {
await next();
}
catch (err) {
// 1. 异常结构化
// 2. 异常分类
// 3. 异常级别
// 4. 异常上报
}
})
# 小结
koa 的核心代码特别简单，如果你是一个 Node 工程师，非常建议在业务之余研究一下 koa 的源码，并且自己也实现一个最简版的 koa。
我源码实现的仓库为：koa-mini (opens new window)