KOA 与 CO 实现浅析

KOA 与 CO 的实现都非常的短小精悍，只需要花费很短的时间就可以将源代码通读一遍。以下是一些浅要的分析。

如何用 node 实现一个 web 服务器

既然 KOA 实现了 web 服务器，那我们就先从最原始的 web 服务器的实现方式着手。
下面的代码中我们创建了一个始终返回请求路径的 web 服务器。

const http = require('http');
const server = http.createServer((req, res) => {
  res.end(req.url);
});
server.listen(8001);

当你请求 http://localhost:8001/some/url 的时候，得到的响应就是 /some/url。

KOA 的实现

简单的说，KOA 就是对上面这段代码的封装。

首先看下 KOA 的大概目录结构：

lib 目录下只有四个文件，其中 request.js 和 response.js 是对 node 原生的 request(req) 和 response(res) 的增强，提供了很多便利的方法，context.js 就是著名的上下文。我们暂时抛开这三个文件的细节，先看下主文件 application.js 的实现。

先关注两个函数：

// 构造函数    
function Application() {
  if (!(this instanceof Application)) return new Application;
  this.env = process.env.NODE_ENV || 'development';
  this.subdomainOffset = 2;
  this.middleware = [];
  this.proxy = false;
  this.context = Object.create(context);
  this.request = Object.create(request);
  this.response = Object.create(response);
}  
// listen 方法   
app.listen = function(){
  debug('listen');
  var server = http.createServer(this.callback());
  return server.listen.apply(server, arguments);
};

上面的这两个函数，正是完成了一个 web 服务器的建立过程：

const server = new KOA();  // new Application()
server.listen(8001);

而先前 http.createServer() 的那个回调函数则被替换成了 app.callback 的返回值。

我们细看下 app.callback 的具体实现：

app.callback = function(){
  if (this.experimental) {
    console.error('Experimental ES7 Async Function support is deprecated. Please look into Koa v2 as the middleware signature has changed.')
  }
  var fn = this.experimental
    ? compose_es7(this.middleware)
    : co.wrap(compose(this.middleware));
  var self = this;

  if (!this.listeners('error').length) this.on('error', this.onerror);

  return function handleRequest(req, res){
    res.statusCode = 404;
    var ctx = self.createContext(req, res);
    onFinished(res, ctx.onerror);
    fn.call(ctx).then(function handleResponse() {
      respond.call(ctx);
    }).catch(ctx.onerror);
  }
};

先跳过 ES7 的实验功能以及错误处理，app.callback 中主要做了如下几件事情：

• 重新组合中间件并用 co 包装
• 返回处理request的回调函数

每当服务器接收到请求时，做如下处理：

• 初始化上下文
• 调用之前 co.wrap 返回的函数，并做必要的错误处理

现在我们把目光集中到这三行代码中：

// 中间件重组与 co 包装  
var fn = co.wrap(compose(this.middleware));
// ------------------------------------------  
// 在处理 request 的回调函数中  
// 创建每次请求的上下文  
var ctx = self.createContext(req, res);  
// 调用 co 包装的函数，执行中间件  
fn.call(ctx).then(function handleResponse() {
  respond.call(ctx);
}).catch(ctx.onerror);

先看第一行代码，compose 实际上就是 koa-compose，实现如下：

function compose(middleware){
  return function *(next){
    if (!next) next = noop();
    var i = middleware.length;
    while (i--) {
      next = middleware[i].call(this, next);
    }
    return yield *next;
  }
}
function *noop(){}

compose 返回一个 generator函数，这个 generator函数 中倒序依次以 next 为参数调用每个中间件，并将返回的generator实例 重新赋值给 next，最终将 next返回。

这里比较有趣也比较关键的一点是：

next = middleware[i].call(this, next);

我们知道，调用 generator函数 返回 generator实例，当 generator函数 中调用其他的 generator函数 的时候，需要通过 yield *genFunc() 显式调用另一个 generator函数。

举个例子：

const genFunc1 = function* () {
  yield 1;
  yield *genFunc2();
  yield 4;
}
const genFunc2 = function* () {
  yield 2;
  yield 3;
}
for (let d of genFunc1()) {
  console.log(d);
}

执行的结果是在控制台依次打印 1，2，3，4。

回到上面的 compose 函数，其实它就是完成上面例子中的 genFunc1 调用 genFunc2 的事情。而 next 的作用就是保存并传递下一个中间件函数返回的 generator实例。

参考一下 KOA 中间件的写法以帮助理解：

function* (next) {
  // do sth.
  yield next;
  // do sth.
}

通过 compose 函数，KOA 把中间件全部级联了起来，形成了一个 generator 链。下一步就是完成上面例子中的 for-of循环的事情了，而这正是 co 的工作。

co 的原理分析

还是先看下 co.wrap

co.wrap = function (fn) {
  createPromise.__generatorFunction__ = fn;
  return createPromise;
  function createPromise() {
    return co.call(this, fn.apply(this, arguments));
  }
};

该函数返回一个函数 createPromise，也就是 KOA 源码里面的 fn。
当调用这个函数的时候，实际上调用的是 co，只是将上下文 ctx 作为 this 传递了进来。

现在分析下 co的代码：

function co(gen) {
  var ctx = this;
  var args = slice.call(arguments, 1)
  // 返回一个 promise
  return new Promise(function(resolve, reject) {
    if (typeof gen === 'function') gen = gen.apply(ctx, args);
    if (!gen || typeof gen.next !== 'function') return resolve(gen);
    
    onFulfilled();
    
    function onFulfilled(res) {
      var ret;
      try {
        ret = gen.next(res);
      } catch (e) {
        return reject(e);
      }
      next(ret);
    }

    function onRejected(err) {
      var ret;
      try {
        ret = gen.throw(err);
      } catch (e) {
        return reject(e);
      }
      next(ret);
    }

    function next(ret) {
      if (ret.done) return resolve(ret.value);
      var value = toPromise.call(ctx, ret.value);
      if (value && isPromise(value)) return value.then(onFulfilled, onRejected);
      return onRejected(new TypeError('You may only yield a function, promise, generator, array, or object, '
        + 'but the following object was passed: "' + String(ret.value) + '"'));
    }
  });
}

co 函数的参数是 gen，就是之前 compose 函数返回的 generator实例。

在 co 返回的 Promise 中，定义了三个函数 onFulfilled 、 onRejected 和 next，先看下 next 的定义。

next 的参数实际上就是gen每次 gen.next() 的返回值。如果 gen 已经执行结束，那么 Promise 将返回；否则，将 ret.value promise 化，并再次调用 onFulfilled 和 onRejected 函数。

onFulfilled 和 onRejected 帮助我们推进 gen 的执行。

next 和 onFulfilled、onRejected 的组合，实现了 generator 的递归调用。那么究竟是如何实现的呢？关键还要看 toPromise 的实现。

function toPromise(obj) {
  if (!obj) return obj;
  if (isPromise(obj)) return obj;
  if (isGeneratorFunction(obj) || isGenerator(obj)) return co.call(this, obj);
  if ('function' == typeof obj) return thunkToPromise.call(this, obj);
  if (Array.isArray(obj)) return arrayToPromise.call(this, obj);
  if (isObject(obj)) return objectToPromise.call(this, obj);
  return obj;
}  

在 toPromise 函数中，后三个分支处理分别对 thunk 函数、数组和对象进行了处理，此处略去细节，只需要知道最终都调回了 toPromise 的前三个分支处理中。这个函数最终返回一个 promise 对象，这个对象的 resolve 和 reject 处理函数又分别是上一个 promise 中定义的 onFulfilled 和 onRejected 函数。至此，就完成了 compose 函数返回的 generator 链的推进工作。

最后还有一个问题需要明确一下，那就是 KOA 中的 context 是如何传递的。
通过观察前面的代码不难发现，每次关键节点的函数调用都是使用的 xxxFunc.call(ctx) 的方式，这也正是为什么我们可以在中间件中直接通过 this 访问 context 的原因。