如何在Express4.x中愉快地使用async的方法
前言
为了能够更好地处理异步流程，一般开发者会选择 async 语法。在 express 框架中可以直接利用 async 来声明中间件方法，但是对于该中间件的错误，无法通过错误捕获中间件来劫持到。
错误处理中间件
const express = require('express');
const app = express();
const PORT = process.env.PORT || 3000;
app.get('/', (req, res) => {
const message = doSomething();
res.send(message);
});
// 错误处理中间件
app.use(function (err, req, res, next) {
return res.status(500).send('内部错误！');
});
app.listen(PORT, () => console.log(`app listening on port ${PORT}`));
以上述代码为例，中间件方法并没有通过 async 语法来声明，如果 doSomething 方法内部抛出异常，那么就可以在错误处理中间件中捕获到错误，从而进行相应地异常处理。
app.get('/', async (req, res) => {
const message = doSomething();
res.send(message);
});
而采用 async 语法来声明中间件时，一旦 doSomething 内部抛出异常，则错误处理中间件无法捕获到。
虽然可以利用 process 监听 unhandledRejection 事件来捕获，但是无法正确地处理后续流程。
try/catch
对于 async 声明的函数，可以通过 try/catch 来捕获其内部的错误，再使用 next 函数将错误递交给错误处理中间件，即可处理该场景：
app.get('/', async (req, res, next) => {
try {
const message = doSomething();
res.send(message);
} catch(err) {
next(err);
}
});
「 这种写法简单易懂，但是满屏的 try/catch 语法，会显得非常繁琐且不优雅。 」
高阶函数
对于基础扎实的开发来说，都知道 async 函数最终返回一个 Promise 对象，而对于 Promsie 对象应该利用其提供的 catch 方法来捕获异常。
那么在将 async 语法声明的中间件方法传入 use 之前，需要包裹一层 Promise 函数的异常处理逻辑，这时就需要利用高阶函数来完成这样的操作。
function asyncUtil(fn) {
return function asyncUtilWrap(...args) {
const fnReturn = fn(args);
const next = args[args.length - 1];
return Promise.resolve(fnReturn).catch(next);
}
}
app.use(asyncUtil(async (req, res, next) => {
const message = doSomething();
res.send(message);
}));
相比较第一种方法， 「 高阶函数减少了冗余代码，在一定程度上提高了代码的可读性。 」
上述两种方案基于扎实的 JavaScript 基础以及 Express 框架的熟练使用，接下来从源码的角度思考合适的解决方案。
中间件机制
Express 中主要包含三种中间件：
- 应用级别中间件
- 路由级别中间件
- 错误处理中间件
app.use = function use(fn) {
var path = '/';
// 省略参数处理逻辑
...
// 初始化内置中间件
this.lazyrouter();
var router = this._router;
fns.forEach(function (fn) {
// non-express app
if (!fn || !fn.handle || !fn.set) {
return router.use(path, fn);
}
...
}, this);
return this;
};
应用级别中间件通过 app.use 方法注册， 「 其本质上也是调用路由对象上的中间件注册方法，只不过其默认路由为 '/' 」 。
proto.use = function use(fn) {
var offset = 0;
var path = '/';
// 省略参数处理逻辑
...
var callbacks = flatten(slice.call(arguments, offset));
for (var i = 0; i < callbacks.length; i++) {
var fn = callbacks[i];
...
// add the middleware
debug('use %o %s', path, fn.name || '<anonymous>')
var layer = new Layer(path, {
sensitive: this.caseSensitive,
strict: false,
end: false
}, fn);
layer.route = undefined;
this.stack.push(layer);
}
return this;
};
中间件的所有注册方式最终会调用上述代码，根据 path 和中间件处理函数生成 layer 实例，再通过栈来维护这些 layer 实例。
// 部分核心代码
proto.handle = function handle(req, res, out) {
var self = this;
var idx = 0;
var stack = self.stack;
next();
function next(err) {
var layerError = err === 'route'
? null
: err;
if (idx >= stack.length) {
return;
}
var path = getPathname(req);
// find next matching layer
var layer;
var match;
var route;
while (match !== true && idx < stack.length) {
layer = stack[idx++];
match = matchLayer(layer, path);
route = layer.route;
if (match !== true) {
continue;
}
}
// no match
if (match !== true) {
return done(layerError);
}
// this should be done for the layer
self.process_params(layer, paramcalled, req, res, function (err) {
if (err) {
return next(layerError || err);
}
if (route) {
return layer.handle_request(req, res, next);
}
trim_prefix(layer, layerError, layerPath, path);
});
}
function trim_prefix(layer, layerError, layerPath, path) {
if (layerError) {
layer.handle_error(layerError, req, res, next);
} else {
layer.handle_request(req, res, next);
}
}
};
Express 内部通过 handle 方法来处理中间件执行逻辑，其利用 「 闭包的特性 」 缓存 idx 来记录当前遍历的状态。
该方法内部又实现了 next 方法来匹配当前需要执行的中间件，从遍历的代码可以明白 「 中间件注册的顺序是非常重要的 」 。
如果该流程存在异常，则调用 layer 实例的 handle.error 方法，这里仍然是 「 遵循了 Node.js 错误优先的设计理念 」 ：
Layer.prototype.handle_error = function handle_error(error, req, res, next) {
var fn = this.handle;
if (fn.length !== 4) {
// not a standard error handler
return next(error);
}
try {
fn(error, req, res, next);
} catch (err) {
next(err);
}
};
「内部通过判断函数的形参个数过滤掉非错误处理中间件」。
如果 next 函数内部没有异常情况，则调用 layer 实例的 handle_request 方法：
Layer.prototype.handle_request = function handle(req, res, next) {
var fn = this.handle;
if (fn.length > 3) {
// not a standard request handler
return next();
}
try {
fn(req, res, next);
} catch (err) {
next(err);
}
};
「 handle 方法初始化执行了一次 next 方法，但是该方法每次调用最多只能匹配一个中间件 」 ，所以在执行 handle_error 和 handle_request 方法时，会将 next 方法透传给中间件，这样开发者就可以通过手动调用 next 方法的方式来执行接下来的中间件。
从上述中间件的执行流程中可以知晓， 「 用户注册的中间件方法在执行的时候都会包裹一层 try/catch，但是 try/catch 无法捕获 async 函数内部的异常，这也就是为什么 Express 中无法通过注册错误处理中间件来拦截到 async 语法声明的中间件的异常的原因 」 。
修改源码
找到本质原因之后，可以通过修改源码的方法来进行适配：
Layer.prototype.handle_request = function handle(req, res, next) {
var fn = this.handle;
if (fn.length > 3) {
// not a standard request handler
return next();
}
// 针对 async 语法函数特殊处理
if (Object.prototype.toString.call(fn) === '[object AsyncFunction]') {
return fn(req, res, next).catch(next);
}
try {
fn(req, res, next);
} catch (err) {
next(err);
}
};
上述代码在 handle_request 方法内部判断了中间件方法通过 async 语法声明的情况，从而采用 Promise 对象的 catch 方法来向下传递异常。
「 这种方式可以减少上层冗余的代码，但是实现该方式，可能需要 fork 一份 Express4.x 的源码，然后发布一个修改之后的版本，后续还要跟进官方版本的新特性，相应的维护成本非常高。 」
express5.x 中将 router 部分剥离出了单独的路由库 -- router
AOP（面向切面编程）
为了解决上述方案存在的问题，我们可以尝试利用 AOP 技术在不修改源码的基础上对已有方法进行增强。
app.use(async function () {
const message = doSomething();
res.send(message);
})
以注册应用级别中间件为例，可以对 app.use 方法进行 AOP 增强：
const originAppUseMethod = app.use.bind(app);
app.use = function (fn) {
if (Object.prototype.toString.call(fn) === '[object AsyncFunction]') {
const asyncWrapper = function(req, res, next) {
fn(req, res, next).then(next).catch(next);
}
return originAppUseMethod(asyncWrapper);
}
return originAppUseMethod(fn);
}
前面源码分析的过程中，app.use 内部是有 this 调用的，所以这里需要 「 利用 bind 方法来避免后续调用过程中 this 指向出现问题。 」
然后就是利用 AOP 的核心思想，重写原始的 app.use 方法，通过不同的分支逻辑代理到原始的 app.use 方法上。
「 该方法相比较修改源码的方式，维护成本低。但是缺点也很明显，需要重写所有可以注册中间件的方法，不能够像修改源码那样一步到位。 」
写在最后
本文介绍了 Express 中使用 async 语法的四种解决方案：
- try/catch
- 高阶函数
- 修改源码
- AOP
除了 try/catch 方法性价比比较低，其它三种方法都需要根据实际情况去取舍，举个栗子：
如果你需要写一个 Express 中间件提供给各个团队使用，那么修改源码的方式肯定走不通，而 AOP 的方式对于你的风险太大，相比较下，第二种方案是最佳的实践方案。
栏 目：NodeJS
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