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express.js 路由實現解讀

sugarmo / 593人閱讀

摘要:關于的實現源碼解讀,版本為。主要為路由部分。返回到的遍歷是通過尾遞歸的方式實現的,注意到被傳入的方法中,中處理事情最后向傳入,從而是否繼續遍歷取決于的實現是否調用的方法。

關于express.js的實現源碼解讀,版本為 4.14。主要為路由部分。

一個Web框架最重要的模塊是路由功能,該模塊的目標是:能夠根據method、path匹配需要執行的方法,并在定義的方法中提供有關請求和回應的上下文。

模塊聲明

express中的路由模塊由Router完成,通過完成調用Router()得到一個router的實例,router既是一個對象,也是一個函數,原因是實現了類似C++中的()重載方法,實質指向了對象的handle方法。router的定義位于router/index.js中。

// router/index.js - line 42
var proto = module.exports = function(options) {
  var opts = options || {};

  // like operator() in C++
  function router(req, res, next) {
    router.handle(req, res, next);
  }
  //...
}
接口定義

router對外(即開發者)提供了路由規則定義的接口:getput等對應于HTTP method類別,函數簽名都是$method(path, fn(req, res), ...),接口的方法通過元編程動態定義生成,可以這樣做的根本原因是方法名可以使用變量的值定義和調用,Java中的反射特性也可間接實現這點,從而大量被應用于Spring框架中。

// router/index.js - line 507
// create Router#VERB functions
// --> ["get", "post", "put", ...].foreach
methods.concat("all").forEach(function(method){    
  // so that we can write like "router.get(path, ...)"
  proto[method] = function(path){     
    // create a route for the routing rule we defined
    var route = this.route(path)      
    // map the corresponding handlers to the routing rule
    route[method].apply(route, slice.call(arguments, 1));
    return this;
  };
});
路由定義

在規則定義的接口中,路由規則的定義需要router保存路由規則的信息,最重要的是方法、路徑以及匹配時的調用方法(下稱handler),還有其他一些細節信息,這些信息(也可以看做是配置)的保存由Route對象完成,一個Route對象包含一個路由規則。Route對象通過router對象的route()方法進行實例化和初始化后返回。

// router/index.js - line 491
proto.route = function route(path) {
  // create an instance of Route.
  var route = new Route(path);    
  // create an instance of Layer.
  var layer = new Layer(path, {
    sensitive: this.caseSensitive,
    strict: this.strict,
    end: true
  }, route.dispatch.bind(route));
  // layer has a reference to route.
  layer.route = route;
  // router has a list of layers which is created by "route()"
  this.stack.push(layer);
  return route;
};

Route的成員變量包括路徑path,以及HTTP method的路由配置接口集,這里和router中一樣的技巧提供了method所有類別的注冊函數,此處無關緊要,只要route能夠得到路由配置的method值即可,將method作為一個參數傳入或者作為方法名調入都可以。

route()方法除了實例化一個Route外,還是實例化了一個Layer,這個的Layer相當于是對應Route的總的調度器,封裝了handlers的調用過程,先忽略。

真正將handlers傳入到route中發生在510行,也即上述route提供的注冊函數。由于一條路由設置中可以傳入多個handler,因此需要保存有關handler的列表,每一個handler由一個Layer對象進行封裝,用以隱藏異常處理和handler調用鏈的細節。因此,route保存了一個Layer數組,按handler在參數中的聲明順序存放。這里體現Layer的第一個作用:封裝一條路由中的一個handler,并隱藏鏈式調用和異常處理等細節

// router/route.js - line 190    
for (var i = 0; i < handles.length; i++) {
  var handle = handles[i];
  /* ... */
  // create a layer for each handler defined in a routing rule
  var layer = Layer("/", {}, handle);
  layer.method = method;

  this.methods[method] = true;
  // add the layer to the list.
  this.stack.push(layer);
}

返回到router中,最初實例化一個route的方法route中,還實例化了一個Layer,并且router保存了關于這些Layer的一個列表,由于我們可以在router定義多個路由規則,因此這是Layer的第二個作用:封裝一條路由中的一個總的handler,同樣也封裝了鏈式調用和異常處理等細節。這個總的handler即是遍歷調用route下的所有的handler的過程,相當于一個總的Controller,每一個handler實際上是通過對應的小的Layer來完成handler的調用。

route()方法可知,總的handler定義在routedispatch()方法中,該方法中,的確在遍歷route對象下的Layer數組(成員變量stack以及方法中的idx++)。

// router/index.js - line 491
proto.route = function route(path) {
  var route = new Route(path);    
  
  var layer = new Layer(path, {
    sensitive: this.caseSensitive,
    strict: this.strict,
    end: true
  // the "big" layer"s handler is the method "dispatch()" defined in route 
  }, route.dispatch.bind(route));

  layer.route = route;
  
  this.stack.push(layer);
  return route;
};
路由匹配

整理路由配置過程,思考每個路由配置信息的保存位置,有:

路由規則,一條對應于一個Route中,并包裝一個Layer

所有路由規則保存在Router中的stack數組中。

對于一個路由規則:

路徑在RouteLayer的成員變量path

HTTP method在Route下每個handler對應的Layer中的method成員變量,以及Route下的成員變量methods標記了各個method是否有對應的Layer

handler,每一個都包裝成一個Layer,所有的Layer保存在Route中的stack數組中。

有了如上信息,當一個請求進來需要尋找匹配的路由變得清晰。路由匹配過程定義在Routerhandle()方法中(router/index.js 135行)(回顧Router()方法實際上調用了handle()方法。)

handle()方法中,不關注解析url字符串等細節。從214行可發現,不考慮異常情況,尋找匹配路由的過程其實是遍歷所有Layer的過程:

對于每個Layer,判斷req中的path是否與layer中的path匹配,若不匹配,繼續遍歷(path匹配過程后述);

若path匹配,則再取req中的method,通過routemethods成員變量判斷在該route下是否存在匹配的method,若不匹配,繼續遍歷。

若都匹配,則提取路徑參數(形如/:userId的通配符),調用關于路徑參數的handler。(通過router.param()設置的中間件)

調用路由配置route的handlers,這又是遍歷route下的小的Layer數組的過程。

決定是否返回1繼續遍歷。返回到stack的遍歷是通過尾遞歸的方式實現的,注意到next被傳入layer.handle_request的方法中,handle_request中處理事情最后向handler傳入next,從而是否繼續遍歷取決于handler的實現是否調用的next()方法。express的實現大量使用尾遞歸尾調用的模式,如process_params()方法。

簡化版的路由匹配過程如下所示:

   // router/index.js - line 214
   proto.handle = function handle(req, res, out) {
    
     // middleware and routes
     var stack = self.stack;
     next();
     
     // for each layer in stack     
     function next(err) {  
       // idx is "index" of the stack
       if (idx >= stack.length) {            
         setImmediate(done, layerError);
         return;
       }
       // get pathname of request
       var path = getPathname(req);
       
       // find next matching layer
       var layer;
       var match;
       var route;
       while (match !== true && idx < stack.length) {
         layer = stack[idx++];
         
         // match the path ?
         match = matchLayer(layer, path);    
         route = layer.route;      
         if (match !== true) {
           continue;
         }
         
         // match the method ?
         var method = req.method;
         var has_method = route._handles_method(method);
         if (!has_method && /**/) {          
           match = false;
           continue;
         }           
       }

       // no match
       if (match !== true) {
         return done(layerError);
       }

       // Capture one-time layer values
       // get path parameters.
       req.params = /*...*/;      
       
       // this should be done for the layer
       // invoke relative path parameters middleware, or handlers 
       self.process_params(layer, paramcalled, req, res, function (err) {
         if (route) {
           // invoke all handlers in a route
           // then invoke the "next" recursively
           return layer.handle_request(req, res, next);    
         }
       });
     }
   }
特殊路由

在路由匹配的分析中,省略了大量細節。

通過Router.use()配置的普通中間件:默認情況下,相當于配置了一個path"/"的路由,若參數提供了path,則相當于配置了關于path的全method的路由。不同的是,handlers不使用route封裝,每一個handler直接使用一個大的Layer封裝后加入到Routerstack列表中,Layer中的routeundefined。原因是route參雜了有關http method有關的判斷,不適用于全局的中間件。

通過Router.use()配置的子路由use()方法可以傳入另一個Router,從而實現路由模塊化的功能,處理實際上和普通中間件一樣,但此時傳入handler為Router,故調用Router()時即調用Routerhandle()方法,使用這樣的技巧實現了子路由的功能。

// router/index.js - line 276
// if it is a route, invoke the handlers in the route. 
if (route) {
    return layer.handle_request(req, res, next);
}
// if it is a middlewire (including router), invoke Router().
trim_prefix(layer, layerError, layerPath, path);

子路由功能還需要考慮父路徑和子路徑的提取。這在trim_prefix方法(router/index.js 212行),當routeundefined時調用。直接將req的路徑減去父路由的path即可。為了能夠在子路由結束時返回到父路由,需要從子路徑恢復到帶有父路徑的路徑(信息在req中),結束時調用done()done指向restore()方法,用于恢復req的屬性值。

// router/index.js - line 602
// restore obj props after function
function restore(fn, obj) {
  var props = new Array(arguments.length - 2);
  var vals = new Array(arguments.length - 2);
  // save vals.
  for (var i = 0; i < props.length; i++) {
    props[i] = arguments[i + 2];
    vals[i] = obj[props[i]];
  }

  return function(err){
    // restore vals when invoke "done()"
    for (var i = 0; i < props.length; i++) {
      obj[props[i]] = vals[i];
    }

    return fn.apply(this, arguments);
  };
}

通過app配置的應用層路由和中間件,實際上由app里的成員變量router完成。默認會載入initquery中間件(位于middleware/下),分別用于初始化字段操作以及將query解析放在req下。

通過Router.param()配置的參數路由routerparams成員變量存放param映射到array[: handler]的map,調用路由前先調用匹配參數的中間件。

路徑參數

現在考慮帶有參數通配符的路徑配置和匹配過程。細節在Layer對象中。

路徑的匹配實際上是通過正則表達式的匹配完成的。將形如

"/foo/:bar"

轉為

/^/foo/(?:([^/]+?))/?$/i

正則的轉換由第三方模塊path-to-regex完成。解析后放在req.params中。

鏈式調用和異常處理

在handler的調用中都使用了尾調用尾遞歸模式設計(也可以理解為責任鏈模式、管道模式),包括:

Router中的handle方法調用匹配路由的總handler和中間件。

Router中的路徑參數路由(params)的調用過程。

Routedispatch方法處理所有的handlers和每一個Layer中的handle配合。

鏈式調用示意圖:

每一個節點都不了解自身的位置以及前后關系,調用鏈只能通過next()調用下一個,若不調用則跳過,并調用done()結束調用鏈。

調用鏈的一個環節仍可以是一個調用鏈,形成層次結構(思考上述提到的大Layer和小Layer的關系

子調用鏈中的done()方法即是父調用鏈中的next()方法。

出現異常則:

若能夠接受繼續進行,不中斷調用鏈,則可以繼續調用next方法,帶上err參數,即next(err)。最終通過done(err)將異常返回給父調用鏈。

若不能接受,需要中斷,則調用done方法,,帶上err參數,即done(err)

-- Fin --

進階

視圖渲染模塊 render實現,在applications.js 和 view.js 中。

reqres的擴展,header處理。

express從0.1、1.0、2.0、3.0、4.0的變化與改進思路。

與koa框架的對比

感想

express的代碼其實不多。

路由部分其實寫得還是比較亂,大量關于細節的if、else判斷,仍是過程式的風格,功能的實現并沒有特別的算法技巧,尤其是路由,直接是一個一個試的。框架的實現并不都是所想的如此神奇或者高超。

一些不當的代碼風格,如route.get等API中沒有在函數簽名中寫明handler參數,直接通過argument數組取slice得到,而且為了實現同一函數名字的不同函數參數的重載,不得不在函數中判斷參數的類型再 if、 else 。(js不支持函數重載)

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