本文将讲解 koa 的洋葱模型，我们为什么要使用洋葱模型，以及它的原理实现。掌握洋葱模型对于理解 koa 至关重要，希望本文对你有所帮助~
什么是洋葱模型
先来看一个 demo
const Koa = require('koa');
const app = new Koa();
// 中间件1
app.use((ctx, next) => {
console.log(1);
next();
console.log(2);
});
// 中间件 2
app.use((ctx, next) => {
console.log(3);
next();
console.log(4);
});
app.listen(8000, '0.0.0.0', () => {
console.log(`Server is starting`);
});
输出的结果是：
1
3
4
2
在 koa 中，中间件被 next() 方法分成了两部分。next() 方法上面部分会先执行，下面部门会在后续中间件执行全部结束之后再执行。可以通过下图直观看出：
在洋葱模型中，每一层相当于一个中间件，用来处理特定的功能，比如错误处理、Session 处理等等。其处理顺序先是 next() 前请求（Request，从外层到内层）然后执行 next() 函数，最后是 next() 后响应（Response，从内层到外层），也就是说每一个中间件都有两次处理时机。
为什么 Koa 使用洋葱模型
假如不是洋葱模型，我们中间件依赖于其他中间件的逻辑的话，我们要怎么处理？
比如，我们需要知道一个请求或者操作 db 的耗时是多少，而且想获取其他中间件的信息。在 koa 中，我们可以使用 async await 的方式结合洋葱模型做到。
app.use(async(ctx, next) => {
const start = new Date();
await next();
const delta = new Date() - start;
console.log (`请求耗时: ${delta} MS`);
console.log('拿到上一次请求的结果：', ctx.state.baiduHTML);
})
app.use(async(ctx, next) => {
// 处理 db 或者进行 HTTP 请求
ctx.state.baiduHTML = await axios.get('http://baidu.com');
})
而假如没有洋葱模型，这是做不到的。
深入 Koa 洋葱模型
我们以文章开始时候的 demo 来分析一下 koa 内部的实现。
const Koa = require('koa');
//Applications
const app = new Koa();
// 中间件1
app.use((ctx, next) => {
console.log(1);
next();
console.log(2);
});
// 中间件 2
app.use((ctx, next) => {
console.log(3);
next();
console.log(4);
});
app.listen(9000, '0.0.0.0', () => {
console.log(`Server is starting`);
});
use 方法
use 方法就是做了一件事，维护得到 middleware 中间件数组
use(fn) {
// ...
// 维护中间件数组——middleware
this.middleware.push(fn);
return this;
}
listen 方法 和 callback 方法
执行 app.listen 方法的时候，其实是 Node.js 原生 http 模块 createServer 方法创建了一个服务，其回调为 callback 方法。callback 方法中就有我们今天的重点 compose 函数，它的返回是一个 Promise 函数。
listen(...args) {
debug('listen');
// node http 创建一个服务
const server = http.createServer(this.callback());
return server.listen(...args);
}
callback() {
// 返回值是一个函数
const fn = compose(this.middleware);
const handleRequest = (req, res) => {
// 创建 ctx 上下文环境
const ctx = this.createContext(req, res);
return this.handleRequest(ctx, fn);
};
return handleRequest;
}
handleRequest 中会执行 compose 函数中返回的 Promise 函数并返回结果。
handleRequest(ctx, fnMiddleware) {
const res = ctx.res;
res.statusCode = 404;
const onerror = err => ctx.onerror(err);
const handleResponse = () => respond(ctx);
onFinished(res, onerror);
// 执行 compose 中返回的函数，将结果返回
return fnMiddleware(ctx).then(handleResponse).catch(onerror);
}
koa-compose
compose 函数引用的是 koa-compose 这个库。其实现如下所示：
function compose (middleware) {
// ...
return function (context, next) {
// last called middleware #
let index = -1
// 一开始的时候传入为 0，后续会递增
return dispatch(0)
function dispatch (i) {
// 假如没有递增，则说明执行了多次
if (i <= index) return Promise.reject(new Error('next() called multiple times'))
index = i
// 拿到当前的中间件
let fn = middleware[i]
if (i === middleware.length) fn = next
// 当 fn 为空的时候，就会开始执行 next() 后面部分的代码
if (!fn) return Promise.resolve()
try {
// 执行中间件，留意这两个参数，都是中间件的传参，第一个是上下文，第二个是 next 函数
// 也就是说执行 next 的时候也就是调用 dispatch 函数的时候
return Promise.resolve(fn(context, dispatch.bind(null, i + 1)));
} catch (err) {
return Promise.reject(err)
}
}
}
}
代码很简单，我们来看看具体的执行流程是怎样的：
当我们执行第一次的时候，调用的是 dispatch(0)，这个时候 i 为 0，fn 为第一个中间件函数。并执行中间件，留意这两个参数，都是中间件的传参，第一个是上下文，第二个是 next 函数。也就是说中间件执行 next 的时候也就是调用 dispatch 函数的时候，这就是为什么执行 next 逻辑的时候就会执行下一个中间件的原因：
return Promise.resolve(fn(context, dispatch.bind(null, i + 1)));
当第二、第三次执行 dispatch 的时候，跟第一次一样，分别开始执行第二、第三个中间件，执行 next() 的时候开始执行下一个中间件。
当执行到第三个中间件的时候，执行到 next() 的时候，dispatch 函数传入的参数是 3，fn 为 undefined。这个时候就会执行
if (!fn) return Promise.resolve()
这个时候就会执行第三个中间件 next() 之后的代码，然后是第二个、第一个，从而形成了洋葱模型。
其过程如下所示：
简易版 compose
模范 koa 的逻辑，我们可以写一个简易版的 compose。方便大家的理解：
const middleware = []
let mw1 = async function (ctx, next) {
console.log("next前，第一个中间件")
await next()
console.log("next后，第一个中间件")
}
let mw2 = async function (ctx, next) {
console.log("next前，第二个中间件")
await next()
console.log("next后，第二个中间件")
}
let mw3 = async function (ctx, next) {
console.log("第三个中间件，没有next了")
}
function use(mw) {
middleware.push(mw);
}
function compose(middleware) {
return (ctx, next) => {
return dispatch(0);
function dispatch(i) {
const fn = middleware[i];
if (!fn) return;
return fn(ctx, dispatch.bind(null, i+1));
}
}
}
use(mw1);
use(mw2);
use(mw3);
const fn = compose(middleware);
fn();
总结
Koa 的洋葱模型指的是以 next() 函数为分割点，先由外到内执行 Request 的逻辑，再由内到外执行 Response 的逻辑。通过洋葱模型，将多个中间件之间通信等变得更加可行和简单。其实现的原理并不是很复杂，主要是 compose 方法。
参考
- Talk about koa’s onion model
- 如何更好地理解中间件和洋葱模型