浅析Express中的路由与应用模式

1. 引言

Express是一个基于Node.js的轻量级web开发框架，具有体积小，使用灵活等特点。查看Express的源码，如果不计供使用的中间件，主体框架只有一千余行代码，非常简练。

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Express模型的核心为Express中定义的路由和路由器。分析Express源码可发现Express的路由提供多种灵活的应用模式。

我们首先介绍一下Express中的路由、路由器相关概念、结构及其特点，然后针对典型场景描述使用Express路由的四种应用模式。

2.Express中的路由与路由器

Express具有典型的MVC模型特征。我们将路由定义为一个二元组route=(path, endpoint)：其中path为HTTP请求的路径，endpoint为请求路径应映射到的端点（端点可视为处理该请求的实体）,则Express中的路由器负责将请求映射到对应端点进行处理。

Express中的路由器分为两种类型:

app类型的路由器常使用如下代码创建：

var express = require('express');
var app = express();

router类型的路由器常使用如下代码创建:

var express = require('express');
var router = express.Router();

app和router是形为function(request, response, next)形式的函数对象，使用app.verb()，router.verb()形式函数实现路由注册（路由注册本质上是一个观察者模式）。

app.verb()和router.verb()中的verb常使用use、get、post、put、delete、route等动词，不同动词管辖的HTTP请求方法范围不同，这些动词函数的参数形式常为(pathExp, handleCallback)形式：其中pathExp表示请求路径，可为正则表达式；handleCallback为路径映射处理函数。

app是Express框架所构建程序的请求处理入口，app可作为顶层路由器使用，在应用中也可挂载下级路由器（使用router对象）以实现分级路由。其间的关系可由下图表示：

考察如下代码： 

app.use('/reports', router1);
router1.get('/queryMySQL/:id', queryMysqlData, handleQueryData);

对于http请求URL“/reports/querymysql/1”，Express中的路由器将此请求路由到queryMysqlData函数处理。

3.     Express中的路由应用模式

3.1.  REST模式

对于一个使用restful风格的应用, 让我们想一想在不使用Express的时候如何在Node.js中处理rest请求，我们常常会写下如下示例代码：

var server = http.createServer(function (request, response) {
     switch (request.url) {
                    case 'uri1'
                        handleUri1 (request, response);
                        break;
                    case ' uri2'
                        handleU ri2(request, response);
                        break;
                    case ' uri3'
                        handleU ri3 (request, response);
                        break;
 
                    case ' uri4'
                        handleU ri4 (request, response);
                        break;
                    ...
                    default:
                        logToConsole('unknown path:' + path);
                        response.writeHead(404);
                        response.end("404 Not found");
                        break;
                }
}

Express将上面代码中对每个rest资源的操作(switch分支)转换为路由，路由中的路径为rest资源的URI，处理端点为function(request, response, next)形式、对rest资源的操作函数。

常使用app.route函数实现一个完整的restful接口，如下示例代码：

app.route('/uri1')
  .get(function(req, res) {
    handleGetUri1();
  })
  .post(function(req, res) {
    handlePost Uri1 ();
  })
  .put(function(req, res) {
    handlePut Uri 1();
  })
.delete(function(req, res) {
    handleDeleteUri 1();
  });

3.2.  AOP模式

在处理不同路径的HTTP请求时，常常需要在请求处理前和处理后做一些通用操作，这种应用需求是一个典型的AOP应用要求。

Express中允许定义一个具有通配路径的路由，在调用其它路径的路由前会先调用该通配路径路由。此通配路径路由也成为其它路径路由切面的一个注入点，考察如下示例代码：

router.use(function timelog(req,res,next){
    console.log("receive report request time is:",Date.now());
    next(); //注意next函数的使用，必须声明该函数才能调用后继映射函数
});
 
router.get('/chart1', proxy({
    target: 'http://127.0.0.1:8082',
    changeOrigin: true,
    pathRewrite: {
        '^/reports/chart1': '/loadChart1'
    }
}));
 
router.get('/querymysql/:id', queryMysqlData, handleQueryData);

上述代码中，在执行router的'/chart1'路由和'/querymysql/:id'路由之前都会执行timelog函数，在日志中记录当前路由执行时间。

3.3.  责任链模式

在Node.js中，由于多使用异步函数，常会出现异步回调函数中嵌套异步回调函数的情形。当出现多重异步回调时,则代码会变得混乱和难以维护。

考察一个应用场景：应用需要在数据库中进行多次查询，并对多次查询的结果综合处理。若使用数据库提供的异步查询接口，则需要在前一个查询操作的回调函数中进行下一个查询操作，若写在一个回调函数中，代码显臃肿。

Express的一个路由可定义多个处理函数，这些处理函数可设计为链式调用，实现了责任链模式，考察如下代码：

app.get('/test',function(req,res,next){
    handle1();
    next();
},function(req,res,next){
    handle2();
    next();
},function(req,res,next){
   handle3();
});

上述代码中：handle1, handle2, handle3构成了一个处理责任链“handle1->handle2->handle3”，通过next函数指引链式调用。

Express中路由的责任链应用特性使得多重异步嵌套的代码变得清晰和优雅。

    针对本节开始提到的数据库查询应用场景，下面的示例代码展示了责任链模式的应用特点。

router.get('/querymysql/:id', queryMysqlData, handleQueryData);
 
//查询mysql表中的数据
function queryMysqlData(req, res, next) {
    if ("id" in req.params) {
        dbpool.query(" select * from articles where id=?" ,[req.params.id], function (err, rows, fields) {
            if (err) {
                res.send(err.stack);
            } else {
                if (rows && rows.length > 0) {
                    console.log('The queried rows is: ', rows.length);
                    res.articles = rows;
                    next();
                } else {
                    res.send("no query results!");
                }
            }
        });
    } else {
        res.send("invalid query params!");
    }
}
 
//处理查询mysql后得到的数据
function handleQueryData(req, res) {
    if ("articles" in res) {
        res.send("id:" + req.params.id + ";title:" + res.articles[0].title);
    }else{
        res.send("no query data handled!");
    }
}

3.4.  熔断器模式

上节提到的责任链模式本质上是一个逐级调用模型。在分布式服务架构（微服务架构）中，深度调用常常需要考虑调用可达性问题，即需要考虑某级调用会否一直不响应。调用可达性问题常使用熔断器模式，即在调用端设置一个熔断器，熔断条件产生时，熔断器发生熔断，返回给调用方调用失败信息。

考虑这样的应用场景：对于一些有处理时间要求的请求，当在指定时间内没有完成处理，需要向请求方返回处理失败信息。针对此应用场景，可在Express路由中设置超时熔断器，当处理超时，开启熔断器，通知请求方本次处理请求失败。

上述应用场景可使用如下示例代码应对：

app.get('/circuit',function(req, res, next){
    var bt=setTimeout(function () {
        next('route'); //触发熔断
    },3000); //设置熔断时间为3秒
   res.breakTimer = bt;
   next();
},function(req,res,next){
    handle2();
    next();
},function(req,res,next){
   handle3();
   clearTimeout(res.breakTimer);//正常执行完毕，取消熔断定时器
});
 
app.get('/circuit ',function(req,res,next){
  if(!res.finished){ //如果还没有响应，启动熔断
    //返回给调用者熔断信息
    res.send("breakCondition is true, notify the invoker.");
  }
});

4.     小结

本文介绍了Express框架中路由和路由器的概念、结构和特点，并针对典型应用场景归纳了REST、AOP、责任链、熔断器四种应用模式，可用于应用开发中的一些常用场景。

5.     参考文献

1.  http://expressjs.com/

2. http://www.runoob.com/