几个网红前端库的核心实现机制深入解读，带你写的代码变得更强大

Posted 2021-05-01 2bit潮学

前言

前端中的库很多，开发这些库的作者会尽可能的覆盖到大家在业务中千奇百怪的需求，但是总有无法预料到的，所以优秀的库就需要提供一种机制，让开发者可以干预插件中间的一些环节，从而完成自己的一些需求。

本文将从koa、axios、vuex和redux的实现来教你怎么编写属于自己的插件机制。

• 对于新手来说：
  本文能让你搞明白神秘的插件和拦截器到底是什么东西。

• 对于老手来说：
  在你写的开源框架中也加入拦截器或者插件机制，让它变得更加强大吧！

axios

首先我们模拟一个简单的 axios，这里不涉及请求的逻辑，只是简单的返回一个 Promise，可以通过 config 中的 error 参数控制 Promise 的状态。

axios 的拦截器机制用流程图来表示其实就是这样的：

流程图

const axios = config => {
  if (config.error) {
    return Promise.reject({
      error: "error in axios"
    });
  } else {
    return Promise.resolve({
      ...config,
      result: config.result
    });
  }
};

如果传入的 config 中有 error 参数，就返回一个 rejected 的 promise，反之则返回 resolved 的 promise。

先简单看一下 axios 官方提供的拦截器示例：

axios.interceptors.request.use(
  function(config) {
    // 在发送请求之前做些什么
    return config;
  },
  function(error) {
    // 对请求错误做些什么
    return Promise.reject(error);
  }
);

// 添加响应拦截器
axios.interceptors.response.use(
  function(response) {
    // 对响应数据做点什么
    return response;
  },
  function(error) {
    // 对响应错误做点什么
    return Promise.reject(error);
  }
);

可以看出，不管是 request 还是 response 的拦截器，都会接受两个函数作为参数，一个是用来处理正常流程，一个是处理失败流程，这让人想到了什么？

没错，promise.then接受的同样也是这两个参数。

axios 内部正是利用了 promise 的这个机制，把 use 传入的两个函数作为一个intercetpor，每一个intercetpor都有resolved和rejected两个方法。

// 把
axios.interceptors.response.use(func1, func2)

// 在内部存储为
{
    resolved: func1,
    rejected: func2
}

接下来简单实现一下，这里我们简化一下，把axios.interceptor.request.use转为axios.useRequestInterceptor来简单实现：

// 先构造一个对象 存放拦截器
axios.interceptors = {
  request: [],
  response: []
};

// 注册请求拦截器
axios.useRequestInterceptor = (resolved, rejected) => {
  axios.interceptors.request.push({ resolved, rejected });
};

// 注册响应拦截器
axios.useResponseInterceptor = (resolved, rejected) => {
  axios.interceptors.response.push({ resolved, rejected });
};

// 运行拦截器
axios.run = config => {
  const chain = [
    {
      resolved: axios,
      rejected: undefined
    }
  ];

  // 把请求拦截器往数组头部推
  axios.interceptors.request.forEach(interceptor => {
    chain.unshift(interceptor);
  });

  // 把响应拦截器往数组尾部推
  axios.interceptors.response.forEach(interceptor => {
    chain.push(interceptor);
  });

  // 把config也包装成一个promise
  let promise = Promise.resolve(config);

  // 暴力while循环解忧愁
  // 利用promise.then的能力递归执行所有的拦截器
  while (chain.length) {
    const { resolved, rejected } = chain.shift();
    promise = promise.then(resolved, rejected);
  }

  // 最后暴露给用户的就是响应拦截器处理过后的promise
  return promise;
};

从axios.run这个函数看运行时的机制，首先构造一个chain作为 promise 链，并且把正常的请求也就是我们的请求参数 axios 也构造为一个拦截器的结构，接下来

• 把 request 的 interceptor 给 unshift 到 chain顶部
• 把 response 的 interceptor 给 push 到 chain尾部

以这样一段调用代码为例：

// 请求拦截器1
axios.useRequestInterceptor(resolved1, rejected1);
// 请求拦截器2
axios.useRequestInterceptor(resolved2, rejected2);
// 响应拦截器1
axios.useResponseInterceptor(resolved1, rejected1);
// 响应拦截器
axios.useResponseInterceptor(resolved2, rejected2);

这样子构造出来的 promise 链就是这样的chain结构：

[
    请求拦截器2，// ↓config
    请求拦截器1，// ↓config
    axios请求核心方法, // ↓response
    响应拦截器1, // ↓response
    响应拦截器// ↓response
]

至于为什么 requestInterceptor 的顺序是反过来的，仔细看看代码就知道 XD。

有了这个chain之后，只需要一句简短的代码：

let promise = Promise.resolve(config);

while (chain.length) {
  const { resolved, rejected } = chain.shift();
  promise = promise.then(resolved, rejected);
}

return promise;

promise 就会把这个链从上而下的执行了。

以这样的一段测试代码为例：

axios.useRequestInterceptor(config => {
  return {
    ...config,
    extraParams1: "extraParams1"
  };
});

axios.useRequestInterceptor(config => {
  return {
    ...config,
    extraParams2: "extraParams2"
  };
});

axios.useResponseInterceptor(
  resp => {
    const {
      extraParams1,
      extraParams2,
      result: { code, message }
    } = resp;
    return `${extraParams1} ${extraParams2} ${message}`;
  },
  error => {
    console.log("error", error);
  }
);

1. 成功的调用

在成功的调用下输出 result1: extraParams1 extraParams2 message1

(async function() {
  const result = await axios.run({
    message: "message1"
  });
  console.log("result1: ", result);
})();

2. 失败的调用

(async function() {
  const result = await axios.run({
    error: true
  });
  console.log("result3: ", result);
})();

在失败的调用下，则进入响应拦截器的 rejected 分支：

首先打印出拦截器定义的错误日志：
error { error: 'error in axios' }

然后由于失败的拦截器

error => {
  console.log('error', error)
},

没有返回任何东西，打印出result3: undefined

可以看出，axios 的拦截器是非常灵活的，可以在请求阶段任意的修改 config，也可以在响应阶段对 response 做各种处理，这也是因为用户对于请求数据的需求就是非常灵活的，没有必要干涉用户的自由度。

vuex

vuex 提供了一个 api 用来在 action 被调用前后插入一些逻辑：

https://vuex.vuejs.org/zh/api/#subscribeaction

store.subscribeAction({
  before: (action, state) => {
    console.log(`before action ${action.type}`);
  },
  after: (action, state) => {
    console.log(`after action ${action.type}`);
  }
});

其实这有点像 AOP（面向切面编程）的编程思想。

在调用store.dispatch({ type: 'add' })的时候，会在执行前后打印出日志

before action add
add
after action add

来简单实现一下：

import {
  Actions,
  ActionSubscribers,
  ActionSubscriber,
  ActionArguments
} from "./vuex.type";

class Vuex {
  state = {};

  action = {};

  _actionSubscribers = [];

  constructor({ state, action }) {
    this.state = state;
    this.action = action;
    this._actionSubscribers = [];
  }

  dispatch(action) {
    // action前置监听器
    this._actionSubscribers.forEach(sub => sub.before(action, this.state));

    const { type, payload } = action;

    // 执行action
    this.action[type](this.state, payload).then(() => {
      // action后置监听器
      this._actionSubscribers.forEach(sub => sub.after(action, this.state));
    });
  }

  subscribeAction(subscriber) {
    // 把监听者推进数组
    this._actionSubscribers.push(subscriber);
  }
}

const store = new Vuex({
  state: {
    count: 0
  },
  action: {
    async add(state, payload) {
      state.count += payload;
    }
  }
});

store.subscribeAction({
  before: (action, state) => {
    console.log(`before action ${action.type}, before count is ${state.count}`);
  },
  after: (action, state) => {
    console.log(`after action ${action.type},  after count is ${state.count}`);
  }
});

store.dispatch({
  type: "add",
  payload: 2
});

此时控制台会打印如下内容：

before action add, before count is 0
after action add, after count is 2

轻松实现了日志功能。

当然 Vuex 在实现插件功能的时候，选择性的将 type payload 和 state 暴露给外部，而不再提供进一步的修改能力，这也是框架内部的一种权衡，当然我们可以对 state 进行直接修改，但是不可避免的会得到 Vuex 内部的警告，因为在 Vuex 中，所有 state 的修改都应该通过 mutations 来进行，但是 Vuex 没有选择把 commit 也暴露出来，这也约束了插件的能力。

redux

想要理解 redux 中的中间件机制，需要先理解一个方法：compose

function compose(...funcs: Function[]) {
  return funcs.reduce((a, b) => (...args: any) => a(b(...args)));
}

简单理解的话，就是compose(fn1, fn2, fn3) (...args) = > fn1(fn2(fn3(...args)))
它是一种高阶聚合函数，相当于把 fn3 先执行，然后把结果传给 fn2 再执行，再把结果交给 fn1 去执行。

有了这个前置知识，就可以很轻易的实现 redux 的中间件机制了。

虽然 redux 源码里写的很少，各种高阶函数各种柯里化，但是抽丝剥茧以后，redux 中间件的机制可以用一句话来解释：

把 dispatch 这个方法不断用高阶函数包装，最后返回一个强化过后的 dispatch

以 logMiddleware 为例，这个 middleware 接受原始的 redux dispatch，返回的是

const typeLogMiddleware = dispatch => {
  // 返回的其实还是一个结构相同的dispatch，接受的参数也相同
  // 只是把原始的dispatch包在里面了而已。
  return ({ type, ...args }) => {
    console.log(`type is ${type}`);
    return dispatch({ type, ...args });
  };
};

有了这个思路，就来实现这个 mini-redux 吧：

function compose(...funcs) {
  return funcs.reduce((a, b) => (...args) => a(b(...args)));
}

function createStore(reducer, middlewares) {
  let currentState;

  function dispatch(action) {
    currentState = reducer(currentState, action);
  }

  function getState() {
    return currentState;
  }
  // 初始化一个随意的dispatch，要求外部在type匹配不到的时候返回初始状态
  // 在这个dispatch后 currentState就有值了。
  dispatch({ type: "INIT" });

  let enhancedDispatch = dispatch;
  // 如果第二个参数传入了middlewares
  if (middlewares) {
    // 用compose把middlewares包装成一个函数
    // 让dis
    enhancedDispatch = compose(...middlewares)(dispatch);
  }

  return {
    dispatch: enhancedDispatch,
    getState
  };
}

接着写两个中间件

// 使用

const otherDummyMiddleware = dispatch => {
  // 返回一个新的dispatch
  return action => {
    console.log(`type in dummy is ${type}`);
    return dispatch(action);
  };
};

// 这个dispatch其实是otherDummyMiddleware执行后返回otherDummyDispatch
const typeLogMiddleware = dispatch => {
  // 返回一个新的dispatch
  return ({ type, ...args }) => {
    console.log(`type is ${type}`);
    return dispatch({ type, ...args });
  };
};

// 中间件从右往左执行。
const counterStore = createStore(counterReducer, [
  typeLogMiddleware,
  otherDummyMiddleware
]);

console.log(counterStore.getState().count);
counterStore.dispatch({ type: "add", payload: 2 });
console.log(counterStore.getState().count);

// 输出：
// 0
// type is add
// type in dummy is add
// 2

koa

koa 的洋葱模型想必各位都听说过，这种灵活的中间件机制也让 koa 变得非常强大，本文也会实现一个简单的洋葱中间件机制。参考（umi-request 的中间件机制）

洋葱圈

对应这张图来看，洋葱的每一个圈就是一个中间件，它即可以掌管请求进入，也可以掌管响应返回。

它和 redux 的中间件机制有点类似，本质上都是高阶函数的嵌套，外层的中间件嵌套着内层的中间件，这种机制的好处是可以自己控制中间件的能力（外层的中间件可以影响内层的请求和响应阶段，内层的中间件只能影响外层的响应阶段）

首先我们写出Koa这个类

class Koa {
  constructor() {
    this.middlewares = [];
  }
  use(middleware) {
    this.middlewares.push(middleware);
  }
  start({ req }) {
    const composed = composeMiddlewares(this.middlewares);
    const ctx = { req, res: undefined };
    return composed(ctx);
  }
}

这里的 use 就是简单的把中间件推入中间件队列中，那核心就是怎样去把这些中间件组合起来了，下面看composeMiddlewares方法：

function composeMiddlewares(middlewares) {
  return function wrapMiddlewares(ctx) {
    // 记录当前运行的middleware的下标
    let index = -1;
    function dispatch(i) {
      // index向后移动
      index = i;

      // 找出数组中存放的相应的中间件
      const fn = middlewares[i];

      // 最后一个中间件调用next 也不会报错
      if (!fn) {
        return Promise.resolve();
      }

      return Promise.resolve(
        fn(
          // 继续传递ctx
          ctx,
          // next方法，允许进入下一个中间件。
          () => dispatch(i + 1)
        )
      );
    }
    // 开始运行第一个中间件
    return dispatch(0);
  };
}

简单来说 dispatch(n)对应着第 n 个中间件的执行，而 dispatch(n)又拥有执行 dispatch(n + 1)的权力，

所以在真正运行的时候，中间件并不是在平级的运行，而是嵌套的高阶函数：

dispatch(0)包含着 dispatch(1)，而 dispatch(1)又包含着 dispatch(2) 在这个模式下，我们很容易联想到try catch的机制，它可以 catch 住函数以及函数内部继续调用的函数的所有error。

那么我们的第一个中间件就可以做一个错误处理中间件：

// 最外层 管控全局错误
app.use(async (ctx, next) => {
  try {
    // 这里的next包含了第二层以及第三层的运行
    await next();
  } catch (error) {
    console.log(`[koa error]: ${error.message}`);
  }
});

在这个错误处理中间件中，我们把 next 包裹在 try catch 中运行，调用了 next 后会进入第二层的中间件：

// 第二层 日志中间件
app.use(async (ctx, next) => {
  const { req } = ctx;
  console.log(`req is ${JSON.stringify(req)}`);
  await next();
  // next过后已经能拿到第三层写进ctx的数据了
  console.log(`res is ${JSON.stringify(ctx.res)}`);
});

在第二层中间件的 next 调用后，进入第三层，业务逻辑处理中间件

// 第三层 核心服务中间件
// 在真实场景中 这一层一般用来构造真正需要返回的数据 写入ctx中
app.use(async (ctx, next) => {
  const { req } = ctx;
  console.log(`calculating the res of ${req}...`);
  const res = {
    code: 200,
    result: `req ${req} success`
  };
  // 写入ctx
  ctx.res = res;
  await next();
});

在这一层把 res 写入 ctx 后，函数出栈，又会回到第二层中间件的await next()后面

console.log(`req is ${JSON.stringify(req)}`);
await next();
// <- 回到这里
console.log(`res is ${JSON.stringify(ctx.res)}`);

这时候日志中间件就可以拿到ctx.res的值了。

想要测试错误处理中间件 就在最后加入这个中间件

// 用来测试全局错误中间件
// 注释掉这一个中间件 服务才能正常响应
app.use(async (ctx, next) => {
  throw new Error("oops! error!");
});

最后要调用启动函数：

app.start({ req: "ssh" });

控制台打印出结果：

req is "ssh"
calculating the res of ssh...
res is {"code":200,"result":"req ssh success"}

总结

1. axios 把用户注册的每个拦截器构造成一个 promise.then 所接受的参数，在运行时把所有的拦截器按照一个 promise 链的形式以此执行。

• 在发送到服务端之前，config 已经是请求拦截器处理过后的结果
• 服务器响应结果后，response 会经过响应拦截器，最后用户拿到的就是处理过后的结果了。

2. vuex的实现最为简单，就是提供了两个回调函数，vuex 内部在合适的时机去调用（我个人感觉大部分的库提供这样的机制也足够了）。
3. redux的源码里写的最复杂最绕，它的中间件机制本质上就是用高阶函数不断的把 dispatch 包装再包装，形成套娃。本文实现的已经是精简了 n 倍以后的结果了，不过复杂的实现也是为了很多权衡和考量，Dan 对于闭包和高阶函数的运用已经炉火纯青了，只是外人去看源码有点头秃...
4. koa的洋葱模型实现的很精妙，和 redux 有相似之处，但是在源码理解和使用上个人感觉更优于 redux 的中间件。

中间件机制其实是非框架强相关的，请求库一样可以加入 koa 的洋葱中间件机制（如 umi-request），不同的框架可能适合不同的中间件机制，这还是取决于你编写的框架想要解决什么问题，想给用户什么样的自由度。

希望看了这篇文章的你，能对于前端库中的中间件机制有进一步的了解，进而为你自己的前端库加入合适的中间件能力。

本文所写的代码都整理在这个仓库里了：
https://github.com/sl1673495/tiny-middlewares

代码是使用 ts 编写的，js 版本的代码在 js 文件夹内，各位可以按自己的需求来看。

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