本文基于Express 4.13.3。
一、使用Express
通常情况下，创建一个简单的服务器，代码如下：
var http = require('http'); http.createServer(function(req, res) { res.write('hello world'); res.end(); }) .listen(4000);
如果使用Express，代码如下：
var express = require('express'); var app = express(); app.get('/', function(req, res) { res.write('hello world'); res.end(); }); app.listen(4000);
为了对Express的运行机制有所深入了解，不可避免地需要研究部分源码。Express的主要源码结构如下：
- lib/
- middleware/
- init.js
- query.js
- router/
- index.js
- layer.js
- route.js
- application.js
- express.js
- request.js
- response.js
- utils.js
- view.js
- index.js
首先，需要理解上面例子中的 express 和 app 是什么。部分相关源码如下：
// in express.js exports = module.exports = createApplication; function createApplication() { var app = function(req, res, next) { app.handle(req, res, next); }; // ... ... return app; } // in application.js app.listen = function listen() { var server = http.createServer(this); return server.listen.apply(server, arguments); };
可以看出，调用 express() 返回的 app 其实是一个函数，调用 app.listen() 其实执行的是 http.createServer(app).listen() 。因此， app 其实就是一个请求处理函数，作为 http.createServer 的参数。而 express 其实是一个工厂函数，用来生成请求处理函数。
二、中间件
Express中一个非常核心的概念就是中间件（middleware）。在官方文档中，有这样一句话：
An Express application is essentially a series of middleware calls.
也就是说，一个Express应用，从本质上来说，就是一系列中间件的调用。那么，中间件到底是什么呢？其实，一个中间件，就是一个函数。通常情况下，一个中间件函数的形式如下：
function middlewareName(req, res, next) { // do something }
如果是错误处理的中间件，形式如下：
function middlewareName(err, req, res, next) { // do something }
参数中， req 和 res 分别表示请求的 request 和 response，next 本身也是一个函数，调用 next() 就会继续执行下一个中间件。其实，请求的处理过程大致如下，就是依次经过各个中间件。
↓ --------------- | middleware1 | --------------- ↓ --------------- | ... ... ... | --------------- ↓ --------------- | middlewareN | --------------- ↓
中间件大体上可以分为两种：普通中间件和路由中间件。注册普通中间件，通常是通过 app.use() 方法；而注册路由中间件，通常是通过 app.METHOD() 方法。例如：
app.use('/user', function(req, res, next) {
// do something
});
app.get('/user', function(req, res, next) {
// do something
});
例子中的两者有以下区别：
- 前者匹配所有以 /user 开始的路径，而后者会精确匹配 /user 路径；
- 前者对于请求的方法没有限制，而后者只能处理方法为GET的请求。
在上面提到了如下源码：
// in express.js exports = module.exports = createApplication; function createApplication() { var app = function(req, res, next) { app.handle(req, res, next); }; // ... ... return app; }
可以看到，所有的请求，其实都是由 app.handle() 来处理的。在了解请求处理的详细过程之前，需要先来了解Router。
三、Router
简单来说，Router（源码在 router/index.js ）就是一个中间件的容器。事实上，Router是Express中一个非常核心的东西，基本上就是一个简化版的Express框架。app的很多API，例如： app.use() ， app.param() ， app.handle() 等，事实上都是对Router的API的一个简单包装。可以通过 app._router 来访问默认的Router对象。
Router对象有一个 stack 属性，为一个数组，存放着所有的中间件。当调用 app.use() 的时候，实际上是执行了 router.use() ，从而向 router.stack 数组中添加中间件。 router.stack 中的每一项是一个Layer（源码在 router/layer.js ）对象，它是对中间件函数的一个封装。添加中间件的部分相关源码如下：
// in router/index.js, proto.use() var layer = new Layer(path, { sensitive: this.caseSensitive, strict: false, end: false }, fn); layer.route = undefined; this.stack.push(layer);
对于普通的中间件，添加过程就大致如此。不过，对于路由中间件，就稍微复杂了一些。在此之前，先来看一下添加路由中间件的几种方法：
// app.METHOD --> router.route --> route.METHOD app.get('/user', function(req, res) {}); // app.all --> router.route --> route.METHOD app.all('/user', function(req, res) {}); // app.route --> router.route --> route.METHOD app.route('/user') .get(function(req, res) {}) .post(function(req, res) {}); // router.METHOD/all --> router.route --> route.METHOD/all router.get('/user', function(req, res) {});
可以看到，无论是哪一种方法添加路由中间件，都需要通过 router.route() 来创建一条新的路由，然后调用 route.METHOD()/all() 来注册相关的处理函数。因此，首先需要了解Route（源码在 router/route.js ）对象。
Route可以简单理解为存放路由处理函数的容器，它也有一个 stack 属性，为一个数组，其中的每一项也是一个Layer对象，是对路由处理函数的包装。下面来看当执行 router.route() 的时候发生了什么：
// in router/index.j proto.route = function route(path) { var route = new Route(path); var layer = new Layer(path, { sensitive: this.caseSensitive, strict: this.strict, end: true }, route.dispatch.bind(route)); layer.route = route; this.stack.push(layer); return route; };
也就是说，当调用 router.route() 的时候，实际上是新建了一个 layer 放在 router.stack 中；并设置 layer.route 为新建的Route对象。
下面来看 route.METHOD 的时候发生了什么：
// in router/route.js var layer = Layer('/', {}, handle); layer.method = method; this.methods[method] = true; this.stack.push(layer);
即，当调用 route.METHOD() 的时候，新建一个layer放在 route.stack 中。
通过上面的分析可以发现，Router其实是一个二维的结构。例如，一个可能的 router.stack 结构如下所示：
---------------- | layer1 | ---------------- ↓ ---------------- layer2.route.stack ------------ ------------ ------------ | layer2 | ------------------> | layer2-1 |-->| layer2-2 |-->| layer2-3 | ---------------- ------------ ------------ ------------ ↓ ---------------- layer3.route.stack ------------ ------------ | layer3 | ------------------> | layer3-1 |-->| layer3-2 | ---------------- ------------ ------------ ↓ ---------------- | ...... | ---------------- ↓ ---------------- | layerN | ----------------
四、参数处理
在很多时候，路由中是带有参数的，尤其是Restful风格的API。例如 /user/name ，可能name是个动态的值，从而去数据库中查询出相关的用户。因此，在Router中，通常会涉及到参数的处理。
先看如下例子：
app.get('/user/:name', function(req, res, next) {
res.send(req.user);
});
app.param('name', function(req, res, next, val) {
queryUser(val, function(err, user) {
if (err) {
return next(err);
}
req.user = user;
next();
});
});
通过 app.param() 可以注册参数处理函数，事实上， app.param() 调用了 router.param() 。Router有一个 params 属性，其值是一个对象，用来存储参数的处理函数。例如，一个可能的 router.params 如下：
{
name: [processName, queryName],
id: [queryId]
}
其中 processName ， queryName ， queryId 表示的都是函数，即通过 app.param() 或 router.param() 所注册的参数处理函数。
然后在处理客户端请求的时候，会使用相应的与处理函数对请求URL中的参数进行处理。
五、请求处理
前面所提到的，无论是添加中间件，还是参数处理函数，都是应用的构建过程。当应用构建好了之后，客户端发起请求，这个时候，应用就开始使用前面的中间件和参数处理函数，来处理客户端的请求。
前面提到，所有的请求，都是由 app.handle() 来处理的，通过看源码，可以发现，其实 app.handle() 是调用了 router.handle() 。 router.handle 的源码比较复杂，在这里有一个简单的分析。
当请求到来时，经过中间件的顺序大致如下所示：
↓ ---------------- | layer1 | ---------------- ↓ ---------------- | layer2 | ---------------- ↓ ---------------- layer3.route.stack ------------ ------------ ------------ | layer3 | ------------------> | layer3-1 |-->| layer3-2 |-->| layer3-3 | --- ---------------- ------------ ------------ ------------ | | --------------------------------------------------------------------------- ↓ ---------------- layer4.route.stack ------------ ------------ | layer4 | ------------------> | layer4-1 |-->| layer4-2 | --- ---------------- ------------ ------------ | | ------------------------------------------------------------ ↓ ---------------- | ...... | ---------------- ↓ ---------------- | layerN | ---------------- ↓
即，请求会依次经过各个中间件，如果是路由中间件，则会依次经过其中的各个路由函数。当请求到达一个中间件的时候，会进行如下判断：
↓ No -------------------- ------| path match | | -------------------- | ↓ Yes | -------------------- Yes --------------------- No | | has route |-------| http method match |------ | -------------------- --------------------- | | ↓ No | Yes | | -------------------- | | | | process params |<----------------- | | -------------------- | | ↓ | | -------------------- | | | execute function | | | -------------------- | | ↓ | | -------------------- | ----->| next layer |<--------------------------------- -------------------- ↓
- 首先判断路径是否匹配，如果路径不匹配，则直接跳过该中间件
- 然后判断是否为路由中间件，如果不是，即如果是普通的中间件，则进行参数处理，并执行中间件函数
- 如果是路由中间件，则判断HTTP请求方法是否匹配，如果匹配，则进行参数处理，并执行中间件函数（该中间件函数实际上是 route.dispatch() ）；否则跳过该中间件
会发现，如果有多个中间件匹配的话，在每个中间件函数执行之前，都有一个参数处理的过程，那么，参数与处理函数会不会被多次执行呢？事实上，在 router.handle() 的时候，针对参数的处理，引入了缓存机制，因此，每个参数的处理函数只会执行一次，并将结果保存在缓存中。在处理同一个请求的过程中，如果需要处理某个参数，会首先检查缓存，如果缓存中不存在，才会执行其处理函数。
六、内置中间件
在初始化 app._router 的时候，就加载了 middleware/query.js 和 middleware/init.js 这两个中间件：
// in application.js 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)); } };
第一个中间件的作用主要是解析URL query。 query(this.get('query parser fn')) 的作用是设置URL query的解析器，并返回相应的中间件函数。该部分代码比较简单，不做赘述。
第二个中间件的作用主要是将 req 和 res 分别暴露给对方，并且让它们分别继承自 app.request 和 app.response 。涉及到的相关源码为：
// in middleware/init.js exports.init = function(app) { return function expressInit(req, res, next) { // ... ... req.res = res; res.req = req; req.next = next; req.__proto__ = app.request; res.__proto__ = app.response; // ... ... }; }; // in express.js function createApplication() { // ... ... app.request = { __proto__: req, app: app }; app.response = { __proto__: res, app: app }; // ... ... }
因此，其实是让 req 和 res 分别继承自了 request.js 和 response.js 的导出对象，简单来说，就是对req和res进行了属性和方法的扩展。
另外，Express中还有一个内置的中间件，即 express.static ，它依赖的是serve-static模块，主要用于创建静态资源服务。
七、视图渲染
渲染模板使用的是 res.render() ，例如：
app.get('/user', function(req, res) {
res.render('user', { name: 'alex' });
});
其实， res.render() 调用了 app.render() 。在 app.render() 中，先创建一个 view 对象（相关源码为 view.js ），然后调用 view.render() 。如果允许缓存，即 app.enabled('view cache') 的话，则会优先检查缓存，如果缓存中已有相关视图，则直接取出；否则才会新创建一个视图对象。
该部分比较简单，不做赘述。
转自：zztf
地址：http://div.io/topic/1403