Express源碼學(xué)習(xí)-路由篇

laznrbfe 發(fā)布于2019-08-22 15:41 / 2232人閱讀

摘要：框架核心特性路由定義了路由表用于執(zhí)行不同的請求動作。中間件可以設(shè)置中間件來響應(yīng)請求。注冊一個請求路由結(jié)束響應(yīng)開啟監(jiān)聽端口執(zhí)行上面代碼是一種實用工具，將為您的源的任何變化并自動重啟服務(wù)器監(jiān)控。

Express 簡介

Express 是一個簡潔而靈活的 node.js Web應(yīng)用框架, 提供了一系列強大特性幫助你創(chuàng)建各種 Web 應(yīng)用，和豐富的 HTTP 工具。
使用 Express 可以快速地搭建一個完整功能的網(wǎng)站。

Express官網(wǎng) 也是一個非常友好的文檔。

Express 框架核心特性：

路由: 定義了路由表用于執(zhí)行不同的 HTTP 請求動作。

中間件: 可以設(shè)置中間件來響應(yīng) HTTP 請求。

模板引擎: 可以通過向模板傳遞參數(shù)來動態(tài)渲染 HTML 頁面。

這里先從Express路由開始學(xué)習(xí)解析，再繼續(xù)它的其他核心特性進行學(xué)習(xí)與探索。

安裝 Express (V4.16.2)

npm i express -S

Express簡單使用

1.創(chuàng)建一個接收get請求的服務(wù)器

// 1.get.js
const express = require("express");
const app = express();

const port = 8080;

// path 是服務(wù)器上的路徑，callback是當(dāng)路由匹配時要執(zhí)行的函數(shù)。
app.get("/", function(req,res){ // 注冊一個get請求路由
    res.end("hello express!"); // 結(jié)束響應(yīng)
});

app.listen(port,function(){ // 開啟監(jiān)聽端口
    console.log(`server started on port ${port}`);
});

2.執(zhí)行上面代碼

nodemon是一種實用工具，將為您的源的任何變化并自動重啟服務(wù)器監(jiān)控。

$ nodemon 1.get.js

瀏覽器訪問 localhost:8080 結(jié)果如下:
hello express!

若訪問一個未處理的路由路徑 如localhost:8080/user 結(jié)果如下:
Cannot GET /user  也就是我們常見的404 Not Found

根據(jù)上面測試案例自己實現(xiàn)一個express 源碼分析

注冊一個簡單路由

app.get("/get", function(req, res) {
    res.send("hello express");
});

express源碼目錄結(jié)構(gòu)

路由系統(tǒng)

對于路由中間件，在整個個Router路由系統(tǒng)中stack 存放著一個個layer, 通過layer.route 指向route路由對象, route的stack的里存放的也是一個個layer，每個layer中包含(method/handler)。

在源碼里面主要涉及到幾個類和方法

createApplicaton
Application(proto)
Router
Route
Layer

express()返回一個app

實際上express指向內(nèi)部createApplication函數(shù) 函數(shù)執(zhí)行返回app

var mixin = require("merge-descriptors"); // merge-descriptors是第三方模塊，合并對象的描述符
var proto = require("./application"); // application.js中 導(dǎo)出 proto

function createApplicaton() { // express()
    var app = function(req, res, next) { // app是一個函數(shù)
        app.handle(req, res, next); // 處理路由
    };

    mixin(app, EventEmitter.prototype, false); // 將EventEmitter.prototype的對象屬性合并到app上一份
    mixin(app, proto, false); // 將proto中的掛載的一些屬性方法 如 app.get app.post 合并到app上
    app.init(); // 初始化 聲明一些私有屬性
    return app;
}

app上的很多屬性方法都來自application.js導(dǎo)出的proto對象，在router/index.js中也有一個命名為proto的函數(shù)對象掛載了一些靜態(tài)屬性方法 proto.handle proto.param proto.use ...

// router/index.js
var proto = module.exports = function(options) {}

// 在application.js 導(dǎo)出的proto中掛載這合并到app上的請求方法，源碼如下：

// application.js

// methods是一個數(shù)組集合，里面存放了一系列http請求方法 通過遍歷給app上過載一系列請求方法，即app.get()、app.post() 等
methods.forEach(function(method){
  app[method] = function(path){
    if (method === "get" && arguments.length === 1) {
      // app.get(setting)
      return this.set(path);
    }

    this.lazyrouter(); // 創(chuàng)建一個Router實例 this._router = new Router();

    var route = this._router.route(path); // 對應(yīng)router/index 中的 proto.route
    route[method].apply(route, slice.call(arguments, 1)); // 添加路由中間件 下面詳細(xì)講解
    return this;
  };
});

this.lazyrouter 用來創(chuàng)建一個Router實例并掛載到 app._router

// application.js
methods.forEach(function(method){
  app[method] = function(path){

    this.lazyrouter(); // 創(chuàng)建一個Router實例 this._router = new Router();
  }
});

app.lazyrouter = function lazyrouter() {
  if (!this._router) {
    this._router = new Router({
      caseSensitive: this.enabled("case sensitive routing"),
      strict: this.enabled("strict routing")
    });

    this._router.use(query(this.get("query parser fn")));
    this._router.use(middleware.init(this));
  }
};

注冊中間件

可以通過兩種方式添加中間件：app.use用來添加非路由中間件，app[method]添加路由中間件，這兩種添加方式都在內(nèi)部調(diào)用了Router的相關(guān)方法來實現(xiàn)：

注冊非路由中間件

// application.js

app.use = function(fn) { // fn 中間件函數(shù) 有可能是[fn]
    var offset = 0;
    var path = "/";

    var fns = flatten(slice.call(arguments, offset)); // 展平數(shù)組
    // setup router
    this.lazyrouter(); // 創(chuàng)建路由對象
    var router = this._router;

    fns.forEach(function(fn) {
      router.use(path, function mounted_app(req, res, next) { // app.use 底層調(diào)用了router.use
      var orig = req.app;
      fn.handle(req, res, function (err) {
        setPrototypeOf(req, orig.request)
        setPrototypeOf(res, orig.response)
        next(err);
      });
    });
}

通過上面知道了 app.use底層調(diào)用了router.use 接下來我們再來看看router.use

// router/index.js
var Layer = require("./layer");

proto.use = function(fn) {
    var offset = 0; // 參數(shù)偏移值
    var path = "/"; // 默認(rèn)路徑 /  因為 use

    // 第一個參數(shù)有可能是path 所以要從第二個參數(shù)開始截取
    if (typeof arg !== "function") {
         offset = 1;
         path = fn;
    }

    // 展平中間件函數(shù)集合 如中間件函數(shù)是以數(shù)組形式注冊的如[fn, fn] 當(dāng)slice截取時會變成[[fn, fn]] 所以需要展平為一維數(shù)組
    var callbacks = flatten(slice.call(arguments, offset)); // 截取中間件函數(shù)

    for(var i = 0; i < callbacks.length; i++) { // 遍歷每一個中間件函數(shù)
        var fn = callbacks[i];
        if (typeof fn !== "function") { // 錯誤提示
          throw new TypeError("Router.use() requires a middleware function but got a " + gettype(fn))
        }

        // 添加中間件
        // 實例化一個layer 對象
        var layer = new Layer(path, {
            sensitive: this.caseSensitive,
            strict: false,
            end: false
        }, fn);

        // 非路由中間件，該字段賦值為undefined
        layer.route = undefined;
        this.stack.push(layer); // 將layer添加到 router.stack
    }
}

注冊路由中間件

在上面application.js 中的app對象添加了很多http關(guān)于請求 app[method]就是用來注冊路由中間件

// application.js

var app = exports = module.exports = {};

var Router = require("./router");
var methods = require("methods");

methods.forEach(function(method){
  app[method] = function(path){ // app上添加 app.get app.post app.put 等請求方法

    if (method === "get" && arguments.length === 1) {
      // app.get(setting)
      return this.set(path);
    }

    this.lazyrouter(); // 創(chuàng)建Router實例對象 并賦給this._router

    // 調(diào)用this._router.route => router/index.js中的proto.route
    var route = this._router.route(path);
    route[method].apply(route, slice.call(arguments, 1)); // 調(diào)用router中對應(yīng)的method方法 注冊路由
    return this;
  };
});

在上面 app[method]中底層實際調(diào)用了router[method] 也就是 this._router.route[method]

我們看看this._router.route(path); 這段代碼發(fā)生了什么

var route = this._router.route(path); // 里面創(chuàng)建了一個route實例 并返回
route[method].apply(route, slice.call(arguments, 1)); // 調(diào)用route中的對象的route[method]

router 中的 this._router.route 創(chuàng)建一個route對象生成一個layer 將path 和 route.dispatch 傳入layer, layer的route指向 route對象將Router和Route關(guān)聯(lián)來起來，最后把route對象作為返回值

// router/index.js

var Route = require("./route");
var Layer = require("./layer");

proto.route = function (path) {
    var route = new Route(path); // app[method]注冊一個路由 就會創(chuàng)建一個route對象

    var layer = new Layer(path, { // 生成一個route layer
      sensitive: this.caseSensitive,
      strict: this.strict,
      end: true
    }, route.dispatch.bind(route)); // 里將生成的route對象的dispatch作為參數(shù)傳給layer里面

    // 指向剛實例化的路由對象（非常重要），通過該字段將Router和Route關(guān)聯(lián)來起來
    layer.route = route;

    this.stack.push(layer); // 將layer添加到Router的stack中
    return route; // 將生成的route對象返回
}

對于路由中間件，路由容器中的stack（Router.stack）里面的layer通過route字段指向了路由對象，那么這樣一來，Router.stack就和Route.stack發(fā)生了關(guān)聯(lián)，關(guān)聯(lián)后的示意模型如下圖所示：

app[method]中調(diào)用 route[method].apply(route, slice.call(arguments, 1));

// router/index.js

// 實際上 application.js 中 app[method] 調(diào)用的是 router對象中對應(yīng)的http請求方法 額外添加了一個all方法
methods.concat("all").forEach(function(method){
  proto[method] = function(path){
    var route = this.route(path) // 返回創(chuàng)建的route對象
    route[method].apply(route, slice.call(arguments, 1)); // router[method] 又調(diào)用了 route[method]
    return this;
  };
});

最后我們來看下 router/route.js 中的Route

// router/route.js

function Route(path) { // Route類
  this.path = path;
  this.stack = []; // route的stack

  debug("new %o", path)
  this.methods = {}; // 用于各種HTTP方法的路由處理程序
}

var Layer = require("./layer");
var methods = require("methods");

// 又是相同的一段代碼 在給Route的原型上添加http方法
methods.forEach(function(method){
  Route.prototype[method] = function(){
    var handles = flatten(slice.call(arguments)); // 傳遞進來的處理函數(shù)

    for (var i = 0; i < handles.length; i++) {
      var handle = handles[i];

      if (typeof handle !== "function") {
        var type = toString.call(handle);
        var msg = "Route." + method + "() requires a callback function but got a " + type
        throw new Error(msg);
      }

      debug("%s %o", method, this.path)

      var layer = Layer("/", {}, handle); // 在route中也有l(wèi)ayer 里面保存著 method和handle
      layer.method = method;

      this.methods[method] = true; // 標(biāo)識 存在這個method的路由處理函數(shù)
      this.stack.push(layer); // 將layer 添加到route的stack中
    }

    return this; // 將route對象返回
  };
});

Route 中的all方法

Route.prototype.all = function all() {
  var handles = flatten(slice.call(arguments));

  for (var i = 0; i < handles.length; i++) {
    var handle = handles[i];

    if (typeof handle !== "function") {
      var type = toString.call(handle);
      var msg = "Route.all() requires a callback function but got a " + type
      throw new TypeError(msg);
    }

    var layer = Layer("/", {}, handle);
    layer.method = undefined; // all 匹配所以方法

    this.methods._all = true; // all方法標(biāo)識
    this.stack.push(layer); // 添加到route的stack中
  }

  return this;
};

最終路由注冊關(guān)系鏈 app[method] => router[method] => route[method] 最終在route[method]里完成路由注冊

接下來我們看看Layer

// route/layer.js
var pathRegexp = require("path-to-regexp");

module.exports = Layer;

function Layer(path, options, fn) {
    if (!(this instanceof Layer)) {
        return new Layer(path, options, fn);
    }

    this.handle = fn; // 存儲處理函數(shù)
    this.regexp = pathRegexp(path, this.keys = [], opts); // 根據(jù)路由路徑 生成路由規(guī)則正則 用來路由匹配
}

Layer.prototype.match = function(path) { // 請求路徑 是否匹配 該層路由路徑規(guī)則this.regexp

}

啟動server

// application.js
var http = require("http");

app.listen = function listen() {
  var server = http.createServer(this); // this => express.js 中的 app
  return server.listen.apply(server, arguments);
};

// express.js 中的 app
var app = function(req, res, next) {
  app.handle(req, res, next);
};

路由調(diào)用

app.handle 調(diào)用this._router.handle 進行路由處理

express.js
function createApplicaton() {
    let app = function(req, res, next) { // 持續(xù)監(jiān)聽請求
        app.handle(req, res, next); // 路由處理函數(shù)
    }
}

express.js中的app.handle 實際來自application.js的app.handle 底層調(diào)用router.handle

// application.js

app.handle = function handle(req, res, callback) {
  var router = this._router;

  // final handler
  var done = callback || finalhandler(req, res, {
    env: this.get("env"),
    onerror: logerror.bind(this)
  });

  router.handle(req, res, done); // 底層調(diào)用router.handle
};

router.handle 調(diào)用內(nèi)部next函數(shù) 在router的stack中尋找匹配的layer

// router/index.js


function matchLayer(layer, path) {
  try {
    return layer.match(path);
  } catch (err) {
    return err;
  }
}


proto.handle = function(req, res, done) {
    // middleware and routes
    var stack = self.stack; // router的stack 里面存放著中間件和路由
    var idx = 0;

    next();
    function next(err) {

        if (idx >= stack.length) { // 邊界判斷
             setImmediate(done, layerError);
             return;
        }

        // 獲取請求路徑
        var path = getPathname(req);

        var layer;
        var match;
        var route;
        while (match !== true && idx < stack.length) { // 一層層進行路由匹配
          layer = stack[idx++]; // 從router的stack取出沒一個layer

          match = matchLayer(layer, path); // matchLayer調(diào)用 該layer的match方法進行路由路徑進行匹配

          route = layer.route; // 得到關(guān)聯(lián)的route對象
          var method = req.method; // 獲取請求方法

          var has_method = route._handles_method(method); // 調(diào)用route的_handles_method返回Boolean值

          if (match !== true) { // 如果沒匹配上處理
            return done(layerError);
          }

          if (route) { // 調(diào)用layer的handle_request 處理請求 執(zhí)行handle
             return layer.handle_request(req, res, next);
          }
        }
    }
}

路由處理 app.handle => router.handle => layer.handle_request

layer的handle_request 調(diào)用next一次獲取route stack中的處理方法

Layer.prototype.handle_request = function handle(req, res, next) {
  var fn = this.handle;  // 獲取new Layer時保存的handle
    // function Layer() {
        // this.handle = fn;
    // }

  if (fn.length > 3) {
    // not a standard request handler
    return next();
  }

  try {
    fn(req, res, next);
  } catch (err) {
    next(err);
  }
};

小結(jié)

app.use用來添加非路由中間件，app[method]添加路由中間件，中間件的添加需要借助Router和Route來完成，app相當(dāng)于是facade，對添加細(xì)節(jié)進行了包裝。

Router可以看做是一個存放了中間件的容器。對于里面存放的路由中間件，Router.stack中的layer有個route屬性指向了對應(yīng)的路由對象，從而將Router.stack與Route.stack關(guān)聯(lián)起來，可以通過Router遍歷到路由對象的各個處理程序。

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