Koa框架教程

Posted 2020-11-17 flyingeagle

Node主要用在开发 Web 应用。这决定了使用 Node，往往离不开 Web 应用框架。

Koa 就是一种简单好用的 Web 框架。它的特点是优雅、简洁、表达力强、自由度高。本身代码只有1000多行，所有功能都通过插件实现，很符合 Unix 哲学。

本文从零开始，循序渐进，教会你如何使用 Koa 写出自己的 Web 应用。每一步都有简洁易懂的示例，希望让大家一看就懂。

零、准备

首先，检查 Node 版本。

$ node -v
v8.0.0

Koa 必须使用 7.6 以上的版本。如果你的版本低于这个要求，就要先升级 Node。

然后，克隆本文的配套示例库。（如果不方便使用 Git，也可以下载 zip 文件解压。）

$ git clone https://github.com/ruanyf/koa-demos.git

接着，进入示例库，安装依赖。

$ cd koa-demos
$ npm install

所有示例源码，都在 demos 目录下面。当然，我在这里每个示例都有自已运行了一遍，也可直接从附件下载所有示例代码。

一.基本用法

1.1 架设 HTTP 服务

只要三行代码，就可以用 Koa 架设一个 HTTP 服务。

// 01.js
const Koa = require(‘koa‘);
const app = new Koa();

app.listen(3000);

运行这个脚本。

$ node 01.js

打开浏览器，访问 http://127.0.0.1:3000 。你会看到页面显示"Not Found"，表示没有发现任何内容。这是因为我们并没有告诉 Koa 应该显示什么内容。

1.2 Context 对象

Koa 提供一个 Context 对象，表示一次对话的上下文（包括 HTTP 请求和 HTTP 回复）。通过加工这个对象，就可以控制返回给用户的内容。

Context.response.body属性就是发送给用户的内容。请看下面的例子。

// 02.js
const Koa = require(‘koa‘);
const app = new Koa();

const main = ctx => {
  ctx.response.body = ‘Hello World‘;
};

app.use(main);
app.listen(3000);

上面代码中，main函数用来设置ctx.response.body。然后，使用app.use方法加载main函数。

你可能已经猜到了，ctx.response代表 HTTP Response。同样地，ctx.request代表 HTTP Request。

运行这个脚本。

$ node 02.js

访问 http://127.0.0.1:3000 ，现在就可以看到"Hello World"了。

1.3 HTTP Response 的类型

Koa 默认的返回类型是text/plain，如果想返回其他类型的内容，可以先用ctx.request.accepts判断一下，客户端希望接受什么数据（根据 HTTP Request 的Accept字段），然后使用ctx.response.type指定返回类型。请看下面的例子。

// 03.js
const main = ctx => {
  if (ctx.request.accepts(‘xml‘)) {
    ctx.response.type = ‘xml‘;
    ctx.response.body = ‘<data>Hello World</data>‘;
  } else if (ctx.request.accepts(‘json‘)) {
    ctx.response.type = ‘json‘;
    ctx.response.body = { data: ‘Hello World‘ };
  } else if (ctx.request.accepts(‘html‘)) {
    ctx.response.type = ‘html‘;
    ctx.response.body = ‘<p>Hello World</p>‘;
  } else {
    ctx.response.type = ‘text‘;
    ctx.response.body = ‘Hello World‘;
  }
};

运行这个脚本。

$ node 03.js

访问 http://127.0.0.1:3000 ，现在看到的就是一个 XML 文档了。

1.4 网页模板

实际开发中，返回给用户的网页往往都写成模板文件。我们可以让 Koa 先读取模板文件，然后将这个模板返回给用户。请看下面的例子。

// 04.js
const fs = require(‘fs‘);

const main = ctx => {
  ctx.response.type = ‘html‘;
  ctx.response.body = fs.createReadStream(‘./demos/template.html‘);
};

运行这个脚本。

$ node 04.js

访问 http://127.0.0.1:3000 ，看到的就是模板文件的内容了。

二、路由

2.1 原生路由

网站一般都有多个页面。通过ctx.request.path可以获取用户请求的路径，由此实现简单的路由。请看下面的例子。

// 05.js
const main = ctx => {
  if (ctx.request.path !== ‘/‘) {
    ctx.response.type = ‘html‘;
    ctx.response.body = ‘<a href="/">Index Page</a>‘;
  } else {
    ctx.response.body = ‘Hello World‘;
  }
};

运行这个脚本。

$ node 05.js

访问 http://127.0.0.1:3000/about ，可以看到一个链接，点击后就跳到首页。

2.2 koa-route 模块

原生路由用起来不太方便，我们可以使用封装好的koa-route模块。请看下面的例子。

// 06.js
const route = require(‘koa-route‘);

const about = ctx => {
  ctx.response.type = ‘html‘;
  ctx.response.body = ‘<a href="/">Index Page</a>‘;
};

const main = ctx => {
  ctx.response.body = ‘Hello World‘;
};

app.use(route.get(‘/‘, main));
app.use(route.get(‘/about‘, about));

上面代码中，根路径/的处理函数是main，/about路径的处理函数是about。

运行这个脚本。

$ node 06.js

访问 http://127.0.0.1:3000/about ，效果与上一个例子完全相同。

2.3 静态资源

如果网站提供静态资源（图片、字体、样式表、脚本......），为它们一个个写路由就很麻烦，也没必要。koa-static模块封装了这部分的请求。请看下面的例子。

// 12.js
const path = require(‘path‘);
const serve = require(‘koa-static‘);

const main = serve(path.join(__dirname));
app.use(main);

运行这个脚本。

$ node 12.js

访问 http://127.0.0.1:3000/12.js，在浏览器里就可以看到这个脚本的内容。

2.4 重定向

有些场合，服务器需要重定向（redirect）访问请求。比如，用户登陆以后，将他重定向到登陆前的页面。ctx.response.redirect()方法可以发出一个302跳转，将用户导向另一个路由。请看下面的例子。

// 13.js
const redirect = ctx => {
  ctx.response.redirect(‘/‘);
  ctx.response.body = ‘<a href="/">Index Page</a>‘;
};

app.use(route.get(‘/redirect‘, redirect));

运行这个脚本。

$ node demos/13.js

访问 http://127.0.0.1:3000/redirect ，浏览器会将用户导向根路由。

三.中间件

3.1 Logger 功能

Koa 的最大特色，也是最重要的一个设计，就是中间件（middleware）。为了理解中间件，我们先看一下 Logger （打印日志）功能的实现。

最简单的写法就是在main函数里面增加一行。

// demos/07.js
const main = ctx => {
  console.log(`${Date.now()} ${ctx.request.method} ${ctx.request.url}`);
  ctx.response.body = ‘Hello World‘;
};

运行这个 Demo。

$ node demos/07.js

访问 http://127.0.0.1:3000 ，命令行就会输出日志。

1502144902843 GET /

3.2 中间件的概念

上一个例子里面的 Logger 功能，可以拆分成一个独立函数（完整代码看这里）。

// demos/08.js
const logger = (ctx, next) => {
  console.log(`${Date.now()} ${ctx.request.method} ${ctx.request.url}`);
  next();
}
app.use(logger);

像上面代码中的logger函数就叫做"中间件"（middleware），因为它处在 HTTP Request 和 HTTP Response 中间，用来实现某种中间功能。app.use()用来加载中间件。

基本上，Koa 所有的功能都是通过中间件实现的，前面例子里面的main也是中间件。每个中间件默认接受两个参数，第一个参数是 Context 对象，第二个参数是next函数。只要调用next函数，就可以把执行权转交给下一个中间件。

运行这个 demo。

$ node demos/08.js

访问 http://127.0.0.1:3000 ，命令行窗口会显示与上一个例子相同的日志输出。

3.3 中间件栈

多个中间件会形成一个栈结构（middle stack），以"先进后出"（first-in-last-out）的顺序执行。

1. 最外层的中间件首先执行。
2. 调用next函数，把执行权交给下一个中间件。
3. ...
4. 最内层的中间件最后执行。
5. 执行结束后，把执行权交回上一层的中间件。
6. ...
7. 最外层的中间件收回执行权之后，执行next函数后面的代码。

请看下面的例子（完整代码看这里）。

// demos/09.js
const one = (ctx, next) => {
  console.log(‘>> one‘);
  next();
  console.log(‘<< one‘);
}

const two = (ctx, next) => {
  console.log(‘>> two‘);
  next(); 
  console.log(‘<< two‘);
}

const three = (ctx, next) => {
  console.log(‘>> three‘);
  next();
  console.log(‘<< three‘);
}

app.use(one);
app.use(two);
app.use(three);

运行这个 demo。

$ node demos/09.js

访问 http://127.0.0.1:3000 ，命令行窗口会有如下输出。

>> one
>> two
>> three
<< three
<< two
<< one

如果中间件内部没有调用next函数，那么执行权就不会传递下去。作为练习，你可以将two函数里面next()这一行注释掉再执行，看看会有什么结果。

3.4 异步中间件

迄今为止，所有例子的中间件都是同步的，不包含异步操作。如果有异步操作（比如读取数据库），中间件就必须写成 async 函数。请看下面的例子（完整代码看这里）。

// demos/10.js
const fs = require(‘fs.promised‘);
const Koa = require(‘koa‘);
const app = new Koa();

const main = async function (ctx, next) {
  ctx.response.type = ‘html‘;
  ctx.response.body = await fs.readFile(‘./demos/template.html‘, ‘utf8‘);
};

app.use(main);
app.listen(3000);

上面代码中，fs.readFile是一个异步操作，必须写成await fs.readFile()，然后中间件必须写成 async 函数。

运行这个 demo。

$ node demos/10.js

访问 http://127.0.0.1:3000 ，就可以看到模板文件的内容。

3.5 中间件的合成

koa-compose模块可以将多个中间件合成为一个。请看下面的例子（完整代码看这里）。

// demos/11.js
const compose = require(‘koa-compose‘);

const logger = (ctx, next) => {
  console.log(`${Date.now()} ${ctx.request.method} ${ctx.request.url}`);
  next();
}

const main = ctx => {
  ctx.response.body = ‘Hello World‘;
};

const middlewares = compose([logger, main]);
app.use(middlewares);

运行这个 demo。

$ node demos/11.js

访问 http://127.0.0.1:3000 ，就可以在命令行窗口看到日志信息。

四、错误处理

4.1 500 错误

如果代码运行过程中发生错误，我们需要把错误信息返回给用户。HTTP 协定约定这时要返回500状态码。Koa 提供了ctx.throw()方法，用来抛出错误，ctx.throw(500)就是抛出500错误。请看下面的例子（完整代码看这里）。

// demos/14.js
const main = ctx => {
  ctx.throw(500);
};

运行这个 demo。

$ node demos/14.js

访问 http://127.0.0.1:3000，你会看到一个500错误页"Internal Server Error"。

4.2 404错误

如果将ctx.response.status设置成404，就相当于ctx.throw(404)，返回404错误。请看下面的例子（完整代码看这里）。

// demos/15.js
const main = ctx => {
  ctx.response.status = 404;
  ctx.response.body = ‘Page Not Found‘;
};

运行这个 demo。

$ node demos/15.js

访问 http://127.0.0.1:3000 ，你就看到一个404页面"Page Not Found"。

4.3 处理错误的中间件

为了方便处理错误，最好使用try...catch将其捕获。但是，为每个中间件都写try...catch太麻烦，我们可以让最外层的中间件，负责所有中间件的错误处理。请看下面的例子（完整代码看这里）。

// demos/16.js
const handler = async (ctx, next) => {
  try {
    await next();
  } catch (err) {
    ctx.response.status = err.statusCode || err.status || 500;
    ctx.response.body = {
      message: err.message
    };
  }
};

const main = ctx => {
  ctx.throw(500);
};

app.use(handler);
app.use(main);

运行这个 demo。

$ node demos/16.js

访问 http://127.0.0.1:3000 ，你会看到一个500页，里面有报错提示 {"message":"Internal Server Error"}。

4.4 error 事件的监听

运行过程中一旦出错，Koa 会触发一个error事件。监听这个事件，也可以处理错误。请看下面的例子（完整代码看这里）。

// demos/17.js
const main = ctx => {
  ctx.throw(500);
};

app.on(‘error‘, (err, ctx) =>
  console.error(‘server error‘, err);
);

运行这个 demo。

$ node demos/17.js

访问 http://127.0.0.1:3000 ，你会在命令行窗口看到"server error xxx"。

4.5 释放 error 事件

需要注意的是，如果错误被try...catch捕获，就不会触发error事件。这时，必须调用ctx.app.emit()，手动释放error事件，才能让监听函数生效。请看下面的例子（完整代码看这里）。

// demos/18.js`
const handler = async (ctx, next) => {
  try {
    await next();
  } catch (err) {
    ctx.response.status = err.statusCode || err.status || 500;
    ctx.response.type = ‘html‘;
    ctx.response.body = ‘<p>Something wrong, please contact administrator.</p>‘;
    ctx.app.emit(‘error‘, err, ctx);
  }
};

const main = ctx => {
  ctx.throw(500);
};

app.on(‘error‘, function(err) {
  console.log(‘logging error ‘, err.message);
  console.log(err);
});

上面代码中，main函数抛出错误，被handler函数捕获。catch代码块里面使用ctx.app.emit()手动释放error事件，才能让监听函数监听到。

运行这个 demo。

$ node demos/18.js

访问 http://127.0.0.1:3000 ，你会在命令行窗口看到logging error。

五、Web App 的功能

5.1 Cookies

ctx.cookies用来读写 Cookie。请看下面的例子（完整代码看这里）。

// demos/19.js
const main = function(ctx) {
  const n = Number(ctx.cookies.get(‘view‘) || 0) + 1;
  ctx.cookies.set(‘view‘, n);
  ctx.response.body = n + ‘ views‘;
}

运行这个 demo。

$ node demos/19.js

访问 http://127.0.0.1:3000 ，你会看到1 views。刷新一次页面，就变成了2 views。再刷新，每次都会计数增加1。

5.2 表单

Web 应用离不开处理表单。本质上，表单就是 POST 方法发送到服务器的键值对。koa-body模块可以用来从 POST 请求的数据体里面提取键值对。请看下面的例子（完整代码看这里）。

// demos/20.js
const koaBody = require(‘koa-body‘);

const main = async function(ctx) {
  const body = ctx.request.body;
  if (!body.name) ctx.throw(400, ‘.name required‘);
  ctx.body = { name: body.name };
};

app.use(koaBody());

运行这个 demo。

$ node demos/20.js

打开另一个命令行窗口，运行下面的命令。

$ curl -X POST --data "name=Jack" 127.0.0.1:3000
{"name":"Jack"}

$ curl -X POST --data "name" 127.0.0.1:3000
name required

上面代码使用 POST 方法向服务器发送一个键值对，会被正确解析。如果发送的数据不正确，就会收到错误提示。

2.3 文件上传

koa-body模块还可以用来处理文件上传。请看下面的例子（完整代码看这里）。

// demos/21.js
const os = require(‘os‘);
const path = require(‘path‘);
const koaBody = require(‘koa-body‘);

const main = async function(ctx) {
  const tmpdir = os.tmpdir();
  const filePaths = [];
  const files = ctx.request.body.files || {};

  for (let key in files) {
    const file = files[key];
    const filePath = path.join(tmpdir, file.name);
    const reader = fs.createReadStream(file.path);
    const writer = fs.createWriteStream(filePath);
    reader.pipe(writer);
    filePaths.push(filePath);
  }

  ctx.body = filePaths;
};

app.use(koaBody({ multipart: true }));

运行这个 demo。

$ node demos/21.js

打开另一个命令行窗口，运行下面的命令，上传一个文件。注意，/path/to/file要更换为真实的文件路径。

$ curl --form upload[email protected]/path/to/file http://127.0.0.1:3000
["/tmp/file"]