7天用Go从零实现Web框架Gee - gee-day5 - 《从零开始系列》

中间件是什么
中间件设计
代码实现
使用 Demo

title: Go语言动手写Web框架 - Gee第五天中间件Middleware
date: 2019-09-01 20:10:10
description: 7天用 Go语言从零实现Web框架教程(7 days implement golang web framework from scratch tutorial)，用 Go语言/golang 动手写Web框架，从零实现一个Web框架，以 Gin 为原型从零设计一个Web框架。本文介绍了如何为Web框架添加中间件的功能(middlewares)。
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Go
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Web框架 - Gee
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Go语言
从零实现Web框架
动手写Web框架
Middlewares
image: post/gee-day5/middleware.jpg
github: https://github.com/geektutu/7days-golang
book: 七天用Go从零实现系列
book_title: Day5 中间件

本文是 7天用Go从零实现Web框架Gee教程系列的第五篇。

设计并实现 Web 框架的中间件(Middlewares)机制。
实现通用的Logger中间件，能够记录请求到响应所花费的时间，代码约50行

中间件是什么

中间件(middlewares)，简单说，就是非业务的技术类组件。Web 框架本身不可能去理解所有的业务，因而不可能实现所有的功能。因此，框架需要有一个插口，允许用户自己定义功能，嵌入到框架中，仿佛这个功能是框架原生支持的一样。因此，对中间件而言，需要考虑2个比较关键的点：

插入点在哪？使用框架的人并不关心底层逻辑的具体实现，如果插入点太底层，中间件逻辑就会非常复杂。如果插入点离用户太近，那和用户直接定义一组函数，每次在 Handler 中手工调用没有多大的优势了。
中间件的输入是什么？中间件的输入，决定了扩展能力。暴露的参数太少，用户发挥空间有限。

那对于一个 Web 框架而言，中间件应该设计成什么样呢？接下来的实现，基本参考了 Gin 框架。

中间件设计

Gee 的中间件的定义与路由映射的 Handler 一致，处理的输入是Context对象。插入点是框架接收到请求初始化Context对象后，允许用户使用自己定义的中间件做一些额外的处理，例如记录日志等，以及对Context进行二次加工。另外通过调用(*Context).Next()函数，中间件可等待用户自己定义的 Handler处理结束后，再做一些额外的操作，例如计算本次处理所用时间等。即 Gee 的中间件支持用户在请求被处理的前后，做一些额外的操作。举个例子，我们希望最终能够支持如下定义的中间件，c.Next()表示等待执行其他的中间件或用户的Handler：

day4-group/gee/logger.go

func Logger() HandlerFunc {
    return func(c *Context) {
        // Start timer
        t := time.Now()
        // Process request
        c.Next()
        // Calculate resolution time
        log.Printf("[%d] %s in %v", c.StatusCode, c.Req.RequestURI, time.Since(t))
    }
}

另外，支持设置多个中间件，依次进行调用。

我们上一篇文章分组控制 Group Control中讲到，中间件是应用在RouterGroup上的，应用在最顶层的 Group，相当于作用于全局，所有的请求都会被中间件处理。那为什么不作用在每一条路由规则上呢？作用在某条路由规则，那还不如用户直接在 Handler 中调用直观。只作用在某条路由规则的功能通用性太差，不适合定义为中间件。

我们之前的框架设计是这样的，当接收到请求后，匹配路由，该请求的所有信息都保存在Context中。中间件也不例外，接收到请求后，应查找所有应作用于该路由的中间件，保存在Context中，依次进行调用。为什么依次调用后，还需要在Context中保存呢？因为在设计中，中间件不仅作用在处理流程前，也可以作用在处理流程后，即在用户定义的 Handler 处理完毕后，还可以执行剩下的操作。

为此，我们给Context添加了2个参数，定义了Next方法：

day4-group/gee/context.go

type Context struct {
    // origin objects
    Writer http.ResponseWriter
    Req    *http.Request
    // request info
    Path   string
    Method string
    Params map[string]string
    // response info
    StatusCode int
    // middleware
    handlers []HandlerFunc
    index    int
}
func newContext(w http.ResponseWriter, req *http.Request) *Context {
    return &Context{
        Path:   req.URL.Path,
        Method: req.Method,
        Req:    req,
        Writer: w,
        index:  -1,
    }
}
func (c *Context) Next() {
    c.index++
    s := len(c.handlers)
    for ; c.index < s; c.index++ {
        c.handlers[c.index](c)
    }
}

index是记录当前执行到第几个中间件，当在中间件中调用Next方法时，控制权交给了下一个中间件，直到调用到最后一个中间件，然后再从后往前，调用每个中间件在Next方法之后定义的部分。如果我们将用户在映射路由时定义的Handler添加到c.handlers列表中，结果会怎么样呢？想必你已经猜到了。

func A(c *Context) {
    part1
    c.Next()
    part2
}
func B(c *Context) {
    part3
    c.Next()
    part4
}

假设我们应用了中间件 A 和 B，和路由映射的 Handler。c.handlers是这样的[A, B, Handler]，c.index初始化为-1。调用c.Next()，接下来的流程是这样的：

c.index++，c.index 变为 0
0 < 3，调用 c.handlers[0]，即 A
执行 part1，调用 c.Next()
c.index++，c.index 变为 1
1 < 3，调用 c.handlers[1]，即 B
执行 part3，调用 c.Next()
c.index++，c.index 变为 2
2 < 3，调用 c.handlers[2]，即Handler
Handler 调用完毕，返回到 B 中的 part4，执行 part4
part4 执行完毕，返回到 A 中的 part2，执行 part2
part2 执行完毕，结束。

一句话说清楚重点，最终的顺序是part1 -> part3 -> Handler -> part 4 -> part2。恰恰满足了我们对中间件的要求，接下来看调用部分的代码，就能全部串起来了。

代码实现

定义Use函数，将中间件应用到某个 Group 。

day4-group/gee/gee.go

// Use is defined to add middleware to the group
func (group *RouterGroup) Use(middlewares ...HandlerFunc) {
    group.middlewares = append(group.middlewares, middlewares...)
}
func (engine *Engine) ServeHTTP(w http.ResponseWriter, req *http.Request) {
    var middlewares []HandlerFunc
    for _, group := range engine.groups {
        if strings.HasPrefix(req.URL.Path, group.prefix) {
            middlewares = append(middlewares, group.middlewares...)
        }
    }
    c := newContext(w, req)
    c.handlers = middlewares
    engine.router.handle(c)
}

ServeHTTP 函数也有变化，当我们接收到一个具体请求时，要判断该请求适用于哪些中间件，在这里我们简单通过 URL 的前缀来判断。得到中间件列表后，赋值给 c.handlers。

handle 函数中，将从路由匹配得到的 Handler 添加到 c.handlers列表中，执行c.Next()。

day4-group/gee/router.go

func (r *router) handle(c *Context) {
    n, params := r.getRoute(c.Method, c.Path)
    if n != nil {
        key := c.Method + "-" + n.pattern
        c.Params = params
        c.handlers = append(c.handlers, r.handlers[key])
    } else {
        c.handlers = append(c.handlers, func(c *Context) {
            c.String(http.StatusNotFound, "404 NOT FOUND: %s\n", c.Path)
        })
    }
    c.Next()
}

使用 Demo

func onlyForV2() gee.HandlerFunc {
    return func(c *gee.Context) {
        // Start timer
        t := time.Now()
        // if a server error occurred
        c.Fail(500, "Internal Server Error")
        // Calculate resolution time
        log.Printf("[%d] %s in %v for group v2", c.StatusCode, c.Req.RequestURI, time.Since(t))
    }
}
func main() {
    r := gee.New()
    r.Use(gee.Logger()) // global midlleware
    r.GET("/", func(c *gee.Context) {
        c.HTML(http.StatusOK, "<h1>Hello Gee</h1>")
    })
    v2 := r.Group("/v2")
    v2.Use(onlyForV2()) // v2 group middleware
    {
        v2.GET("/hello/:name", func(c *gee.Context) {
            // expect /hello/geektutu
            c.String(http.StatusOK, "hello %s, you're at %s\n", c.Param("name"), c.Path)
        })
    }
    r.Run(":9999")
}

gee.Logger()即我们一开始就介绍的中间件，我们将这个中间件和框架代码放在了一起，作为框架默认提供的中间件。在这个例子中，我们将gee.Logger()应用在了全局，所有的路由都会应用该中间件。onlyForV2()是用来测试功能的，仅在v2对应的 Group 中应用了。

接下来使用 curl 测试，可以看到，v2 Group 2个中间件都生效了。

$ curl http://localhost:9999/
>>> log
2019/08/17 01:37:38 [200] / in 3.14µs
(2) global + group middleware
$ curl http://localhost:9999/v2/hello/geektutu
>>> log
2019/08/17 01:38:48 [200] /v2/hello/geektutu in 61.467µs for group v2
2019/08/17 01:38:48 [200] /v2/hello/geektutu in 281µs