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中间件的基本概念与工作原理
陈川
【
Node.js
】
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6901字
中间件的基本概念
中间件是Express框架的核心机制之一,本质上是一个函数,能够访问请求对象(req)、响应对象(res)以及应用程序的请求-响应循环中的下一个中间件函数。中间件可以执行以下操作:
- 执行任何代码
- 修改请求和响应对象
- 结束请求-响应循环
- 调用堆栈中的下一个中间件
在Express中,中间件按照定义的顺序依次执行,形成一个"中间件栈"。每个中间件都可以决定是否将控制权传递给下一个中间件,或者直接结束请求处理流程。
中间件的工作原理
Express中间件的工作流程遵循洋葱模型,请求从外向内穿过各层中间件,响应则从内向外返回。典型的工作流程如下:
- 请求到达服务器
- 第一个中间件处理请求
- 调用next()将控制权传递给下一个中间件
- 重复上述过程直到响应被发送
- 响应按相反顺序穿过中间件栈返回
const express = require('express');
const app = express();
// 第一个中间件
app.use((req, res, next) => {
console.log('第一个中间件 - 开始');
req.customData = '中间件添加的数据';
next();
console.log('第一个中间件 - 结束');
});
// 第二个中间件
app.use((req, res, next) => {
console.log('第二个中间件 - 开始');
console.log(`获取到数据: ${req.customData}`);
next();
console.log('第二个中间件 - 结束');
});
// 路由处理
app.get('/', (req, res) => {
console.log('路由处理');
res.send('Hello World');
});
app.listen(3000);
执行上述代码并访问/路由时,控制台输出顺序为:
第一个中间件 - 开始
第二个中间件 - 开始
路由处理
第二个中间件 - 结束
第一个中间件 - 结束
中间件的类型
Express中的中间件主要分为以下几种类型:
应用级中间件
通过app.use()或app.METHOD()绑定到应用实例的中间件,对所有请求或特定路由的请求生效。
// 对所有请求生效
app.use((req, res, next) => {
console.log('时间:', Date.now());
next();
});
// 只对/user/:id路径的GET请求生效
app.get('/user/:id', (req, res, next) => {
res.send('用户信息');
});
路由级中间件
与应用级中间件类似,但绑定到特定的路由器实例。
const router = express.Router();
router.use((req, res, next) => {
console.log('路由中间件');
next();
});
router.get('/user', (req, res) => {
res.send('用户列表');
});
app.use('/api', router);
错误处理中间件
专门处理错误的中间件,需要四个参数(err, req, res, next)。
app.use((err, req, res, next) => {
console.error(err.stack);
res.status(500).send('服务器错误!');
});
内置中间件
Express提供的内置中间件,如express.static处理静态文件。
app.use(express.static('public'));
第三方中间件
社区开发的中间件,需要额外安装,如body-parser。
const bodyParser = require('body-parser');
app.use(bodyParser.json());
中间件的执行顺序
中间件的执行顺序至关重要,它决定了请求处理的流程。Express严格按照中间件注册的顺序执行它们。
app.use((req, res, next) => {
console.log('第一个中间件');
next();
});
app.use((req, res, next) => {
console.log('第二个中间件');
next();
});
app.get('/', (req, res) => {
res.send('首页');
});
在这个例子中,访问/路由时,控制台会先输出"第一个中间件",然后是"第二个中间件",最后才会执行路由处理函数。
中间件的常见用途
中间件在Express应用中有广泛的应用场景:
日志记录
记录请求的详细信息,如方法、URL、时间等。
app.use((req, res, next) => {
console.log(`${req.method} ${req.url} - ${new Date()}`);
next();
});
身份验证
验证用户身份,决定是否允许访问。
app.use('/admin', (req, res, next) => {
if (req.headers['x-auth-token'] === 'secret') {
next();
} else {
res.status(401).send('未授权');
}
});
请求体解析
解析请求体内容,如JSON、URL编码数据等。
app.use(express.json());
app.use(express.urlencoded({ extended: true }));
响应时间计算
计算请求处理时间并添加到响应头。
app.use((req, res, next) => {
const start = Date.now();
res.on('finish', () => {
const duration = Date.now() - start;
console.log(`请求处理时间: ${duration}ms`);
});
next();
});
CORS处理
处理跨域资源共享。
app.use((req, res, next) => {
res.header('Access-Control-Allow-Origin', '*');
res.header('Access-Control-Allow-Headers', 'Content-Type');
next();
});
编写自定义中间件
开发自定义中间件时需要考虑几个关键点:
- 明确中间件的功能边界
- 正确处理next()调用
- 考虑错误处理
- 保持中间件的单一职责
// 自定义请求时间中间件
function requestTime(req, res, next) {
req.requestTime = Date.now();
next();
}
app.use(requestTime);
app.get('/', (req, res) => {
res.send(`请求时间: ${req.requestTime}`);
});
中间件的错误处理
错误处理中间件有特殊的签名,需要四个参数。它们应该放在其他中间件之后。
// 模拟错误
app.get('/error', (req, res, next) => {
try {
throw new Error('故意抛出的错误');
} catch (err) {
next(err); // 将错误传递给错误处理中间件
}
});
// 错误处理中间件
app.use((err, req, res, next) => {
console.error(err.stack);
res.status(500).json({
error: err.message,
stack: process.env.NODE_ENV === 'development' ? err.stack : undefined
});
});
中间件的性能考虑
使用中间件时需要注意性能影响:
- 避免不必要的中间件
- 将常用中间件放在前面
- 考虑中间件的执行时间
- 使用异步中间件时正确处理Promise
// 异步中间件示例
app.use(async (req, res, next) => {
try {
await someAsyncOperation();
next();
} catch (err) {
next(err);
}
});
中间件的组合与重用
为了提高代码复用性,可以将中间件组合起来:
// 基础认证中间件
function basicAuth(req, res, next) {
const auth = req.headers.authorization;
if (!auth || auth !== 'secret') {
return res.status(401).send('需要认证');
}
next();
}
// 日志中间件
function requestLogger(req, res, next) {
console.log(`${req.method} ${req.url}`);
next();
}
// 组合中间件
const protectedRoutes = [basicAuth, requestLogger];
app.get('/secure', protectedRoutes, (req, res) => {
res.send('受保护的内容');
});
中间件的测试
测试中间件需要模拟请求和响应对象:
const testMiddleware = require('./middleware');
describe('测试中间件', () => {
it('应该添加自定义头', (done) => {
const req = {};
const res = {
header: jest.fn(),
send: jest.fn()
};
const next = jest.fn();
testMiddleware(req, res, next);
expect(res.header).toHaveBeenCalledWith('X-Custom-Header', 'value');
expect(next).toHaveBeenCalled();
done();
});
});
中间件与Express应用的架构
在大型应用中,合理的中间件组织可以提高可维护性:
- 按功能划分中间件文件
- 使用中间件工厂模式
- 创建中间件配置系统
- 实现中间件的依赖注入
// middleware/logger.js
module.exports = function createLogger(options = {}) {
return function logger(req, res, next) {
const message = options.format
? options.format(req)
: `${req.method} ${req.url}`;
console.log(message);
next();
};
};
// app.js
const createLogger = require('./middleware/logger');
app.use(createLogger({
format: req => `[${new Date()}] ${req.ip} ${req.method} ${req.url}`
}));
中间件的进阶模式
条件中间件
根据条件决定是否使用某个中间件。
function conditionalMiddleware(condition, middleware) {
return function(req, res, next) {
if (condition(req)) {
middleware(req, res, next);
} else {
next();
}
};
}
app.use(conditionalMiddleware(
req => req.path.startsWith('/api'),
(req, res, next) => {
console.log('API请求');
next();
}
));
中间件管道
将多个中间件组合成一个管道顺序执行。
function middlewarePipeline(middlewares) {
return function(req, res, next) {
let index = 0;
function runNext() {
if (index < middlewares.length) {
middlewares[index++](req, res, runNext);
} else {
next();
}
}
runNext();
};
}
const pipeline = middlewarePipeline([
(req, res, next) => { console.log('第一步'); next(); },
(req, res, next) => { console.log('第二步'); next(); },
(req, res, next) => { console.log('第三步'); next(); }
]);
app.use(pipeline);
中间件与Express 5的变化
Express 5对中间件系统做了一些改进:
- 异步中间件支持更好
- 错误处理更一致
- 路由系统更灵活
// Express 5中可以直接返回Promise
app.use(async (req, res, next) => {
try {
await someAsyncWork();
next();
} catch (err) {
next(err);
}
});
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