29、JavaScript 设计模式 - 中间件

（Middleware），又称中介层，是提供系统软件和应用软件之间连接的软件，以便于软件各部件之间的沟通，特别是应用软件对于系统软件的集中的逻辑。中间件在企业架构中表示各种软件套件，有助于抽象底层机制，比如操作系统 API、网络通信、内存管理等，开发者只需要关注应用中的业务模块。

从更广义的角度来看，中间件也可以定义为链接底层服务和应用的软件层。后文我们主要使用 Node.js 里最近很热门的框架 Koa2 里的中间件概念为例，并且自己实现一个中间件来加深理解。

1. 什么是中间件

在Express、Koa2 中，中间件代表一系列以管道形式被连接起来，以处理 HTTP 请求和响应的函数。换句话说，中间件其实就是一个函数，一个执行特定逻辑的函数。前端中类似的概念还有拦截器、Vue 中的过滤器、vue-router 中的路由守卫等。

工作原理就是进入具体业务之前，先对其进行预处理（在这一点上有点类似于装饰器模式），或者在进行业务之后，对其进行后处理。

示意图如下：

当接受到一个请求，对这个请求的处理过程可以看作是一个串联的管道，比如对于每个请求，我们都想插入一些相同的逻辑比如权限验证、数据过滤、日志统计、参数验证、异常处理等功能。对于开发者而言，自然不希望对于每个请求都特殊处理，因此引入中间件来简化和隔离这些基础设施与业务逻辑之间的细节，让开发者能够关注在业务的开发上，以达到提升开发效率的目的。

2. Koa 里的中间件

2.1. Koa2 里的中间件使用

Koa2 中的中间件形式为：

app.use(async function middleware(context, next){ 
    // ... 前处理
    await next() // 下一个中间件
    // ... 后处理
})

其中第一个参数 context作为上下文封装了request 和 response 信息，我们可以通过它来访问request 和 response；next 是下一个中间件，当一个中间件处理完毕，调用 next() 就可以执行下一个中间件，下一个中间件处理完再使用 next()，从而实现中间件的管道化，对消息的依次处理。

一般中间件模式都约定有个 use 方法来注册中间件，Koa2 也是如此。千言万语不及一行代码，这里写一个简单的中间件：

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

// 没错，这就是中间件
app.use((ctx, next) => {      
    console.log('in 中间件1')
})

app.listen(10001)
// in 中间件1

Koa2 中的中间件有多种类型：

1、 应用级中间件；

2、 路由级中间件；

3、 错误处理中间件；

4、 第三方中间件；

除了使用第三方中间件比如 koa-router、koa-bodyparser、koa-static、koa-logger 等提供一些通用的路由、序列化、反序列化、日志记录等功能外，我们还可以编写自己的应用级中间件，来完成业务相关的逻辑。

1、 request和response的解析和处理；

2、 生成访问日志；

3、 管理session、cookie等；

4、 提供网络安全防护；

2.2. 洋葱模型

在使用多个中间件时，引用一张著名的洋葱模型图：

正如上面的洋葱图所示，请求在进入业务逻辑时，会依次经过一系列中间件，对数据进行有序处理，业务逻辑之后，又像栈的先入后出一样，倒序经过之前的中间件。洋葱模型允许当应用执行完主要逻辑之后进行一些后处理，再将响应返回给用户。

使用如下：

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

// 中间件1
app.use(async (ctx, next) => {
    console.log('in 中间件1')
    await next()
    console.log('out 中间件1')
})

// 中间件2
app.use(async (ctx, next) => {
    console.log('in 中间件2')
    await next()
    console.log('out 中间件2')
})

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

app.listen(10001)
console.log('app started at port http://localhost:10001')

// in  中间件1
// in  中间件2
// out 中间件2
// out 中间件1

我们可以引入 setTimeout 来模拟异步请求的过程：

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

// 中间件1
app.use(async (ctx, next) => {
    console.log('in 中间件1')
    await next()
    console.log('out 中间件1')
})

// 中间件2
app.use(async (ctx, next) => {
    console.log('in 中间件2')
    await new Promise((resolve, reject) => {
          ctx.zjj_start2 = Date.now()
          setTimeout(() => resolve(), 1000 + Math.random() * 1000)
      }
    )
    await next()
    const duration = Date.now() - ctx.zjj_start2
    console.log('out 中间件2 耗时：' + duration + 'ms')
})

// 中间件3
app.use(async (ctx, next) => {
    console.log('in 中间件3')
    await new Promise((resolve, reject) => {
          ctx.zjj_start3 = Date.now()
          setTimeout(() => resolve(), 1000 + Math.random() * 1000)
      }
    )
    await next()
    const duration = Date.now() - ctx.zjj_start3
    console.log('out 中间件3 耗时：' + duration + 'ms')
})

// response
app.use(async ctx => {
    console.log(' ... 业务逻辑处理过程 ... ')
})

app.listen(10001)
console.log('app started at port http://localhost:10001')

效果如下：

在使用多个中间件时，特别是存在异步的场景，一般要 await来调用 next来保证在异步场景中，中间件仍按照洋葱模型的顺序来执行，因此别忘了 next 也要通过 await 调用。

更多关于Ｋoa的使用，可以浏览 Koa与常用中间件的使用 这篇文章

参考文档：

1、 [Koa中文文档][Koa1]；

2、 [Koa框架教程-阮一峰][Koa_-]；