封装一个Nodejs框架实践

前言

在大多数nodejs项目里都使用了ExpressJS框架进行开发，ExpressJS 是一个简洁而灵活的 Node.js Web应用框架, 提供一系列强大特性帮助你创建各种 Web 应用，express对nodejs自带的HTTP模块和路由做了适度的封装，并加入了中间件功能，足以应付大多数的项目开发，笔者也是用ExpressJS做基础框架，在做过几个项目之后，结合项目组成员及项目的一些特点，我想对传统的项目结构做了一下调整，我希望按不同的业务模块进行目录划分，每个模块目录可拥有独立的controller、service、model、static等，主要目的也是让开发人员更关注具体的业务，一些杂活就要框架去处理好了。

本文采用目前比较主流的框架及模块进行实践，底层框架使用Express，ORM使用了SequelizeJS，日志模块log4js，模板引擎nunjucks。文章中不会介绍上述模块的使用以及框架里具体代码实现，只是介绍如果将这些框架模块结合起来开发一套自己的框架。

为什么要封装

单从实现业务需求上来说，不封装也是完全可以的，封装的主要目的有以下几点：

  1. 希望即使从未接触过Nodejs和其它框架模块的人也可以快速开发，实现基本业务需求，熟悉javascript的同学，即使没有后台经验，也能完成前后端开发任务。
  2. 针对团队项目特点，做更多的抽象及复用，建立内部开发规范，为团队开发带来便利提高开发效率。
  3. 方便扩展和升级，如果底层的某个功能模块需要升级，不会影响到已编写的业务代码，哪怕是更换了底层模块，只要保证调用的方法一致，也是可以正常运行的。
  4. 通过封装实践，能更多的了解底层框架及用途，纯粹学习和提高自己的设计能力：）

如何设计

在封装之前，先考虑一下最终如何给人使用，即开发人员的项目结构应该是什么样，需要做哪些事情等，这决定了框架开发规范及约束的设计，如果要实现各模块独立开发，每个模块拥有自己的控制层、服务层之类的，应该需要一个moduels目录用于存放各个目录，通常做一个WEB项目最常见的功能有路由定义、视图渲染、数据操作及业务逻辑处理几大项，在这我采用了传统的MVC分层方式，为了根目录更加简洁一点，我考虑用app做为根目录，将模块等都放在app目录下，另外还需要有一个配置目录，用于区分不同环境下的配置，最后设计的目录如下：

目录结构

├─app
│  |- modules    //模块目录
│  │  |─ module_A   //业务模块A
│  │  │  |─ ctrls //控制器目录
│  │  │  |   └─ controller1.js
│  │  │  |─ views //视图模板目录
│  │  │  |   └─ index.html
│  │  │  |─ [static] 静态文件等
│  │  │  |─ [models] 数据处理文件
│  │  │  |─ [servs]  服务层 业务处理
│  │  │  └─ [router.js] 模块的路由配置文件
│  │  |── module_B 模块B
│  |─ [models]  //ORM 模型定义（顶级，表示可通用）
│  |─ [routes]  //通用路由器配置
│  |─ [views]   //通用视图模板
|  |- [bridge]  //桥接文件目录
│  └─ [ctrls]   //通用控制器文件
├─ config -> 环境配置目录
│   |─ default.js 默认配置文件
│   |─ [development.js]  //开发环境配置文件
│   |─ [production.js]   //生产环境配置文
│   └─ [testing.js]      //测试环境配置
└─ run.js         //启动文件

这样看来，整个项目的根目录就只有app、config两个，再加一个run.js用于启动项目，modules目录用于存放各个模块，每个模块可以编写自己的业务代码，当然，不能强制开发人员什么情况都需要使用模块，所以即使没有modules模块也是可以的，我们可以直接将一些通用或是不需要划分模块的代码写到顶级，即app目录下。
现在从项目结构上看，我们已经定出了一个开发规范，框架根据上面的目录结构进行路由及模块的动态加载，上面加方括号的表示可选项。

有了原型结构，就可以开始封装了，我们先从路由开始，先来看一下Express中路由的定义：

//来自官方文档
var express = require('express');
var app = express();

app.get('/', function(req, res) {
  res.send('hello world');
});

上面定义了一个首页路由，输入域名会返回hello world，这是个非常简单的示例，首先我们需要引入express，然后定义一个HTTP请求方法GET、POST等，当然一般情况下我们会将路由写到独立的文件里，然后再启动项目时导入，但是不管写多少个路由文件，都是需要引入require('express')，如果将路由的句柄（就叫控制器吧）也单独写到文件中，则需要在路由文件中引入控制器文件，来看一下例子：

home.js (回调函数句柄-控制器)

module.exports = {
    home: function(req, res){
        res.send('home');
    },
    
    about: function(req, res){
        res.send('about');
    }
}

main_router.js (路由文件)

const express = require('express');
 //需使用 express.Router 创建模块化、可挂载的路由
const router = express.Router();
//引入控制器
const homeController = require('controller/home')

// 匹配根路径的请求
app.get('/', homeController.home);
// 匹配 /about 路径的请求
app.get('/about', homeController.about );

app.js

//在应用中加载路由模块：
var express = require('express');
var app = express();
var router = require('./main_router');

app.use('/', router);
...

路由文件的作用就是如何定义应用的端点（URIs）以及如何响应客户端的请求，我们想一下，其实关键的几个点就是定义了请求方法和指定回调函数，所以能不能将路由做一个配置文件就可以了，对于引入框架和控制器这些都交由框架实现就好了，比如把上面的路由文件写成这样：

//router.js
exports.routers = [
    { prefix: ["/", "/index.html"], ctrl: "home", action: "home" },
    { prefix: "/about", ctrl: "home", action: "about"}
]
  • prefix 指定路由的路径
  • ctrl 指定路由命中后要执行的控制器
  • action 指定默认执行的方法，跟 ctrl 控制器中指定的方法名对应
  • [method] 指定请求的方法， 比如get, post, put等，默认值为get

当框架启动时，路由模块router.js应该根据ctrl参数自动加载控制器文件，再将action函数注入到Express路由里，这样配置过后，不需要在应用中再进引入路由文件，开发人员只需要编写控制器文件，实现业务逻辑就好。

模块路由
既然分模块开发，一般情况路由的地址也会按模块进行区分，所以如果是模块下的路由，框架考虑自动将模块目录名做为前缀添加到URI前面，比如模块名为user，其下的路由都需要加上 /user/.. 进行访问。

当然，我们还要考虑让用户自定义前缀名称，所以再加一个参数可以额外指定前缀：

//router.js
//指定模块别名 第一参数为别名，第二个为模块名
exports.url_prefix = ["a", "user"]
...

加上别名后，模块下的路由都会通过别名进行访问，比如要访问上面routers，需要添加别名：

  • http://.../a/index.html
  • http://.../a/about

过滤器
当然，像这样简单的配置还是不够的，比如要实现一个过滤器，这是一个很常用的功能，那就考虑给配置项添加一个新的节点filter，如下：

//router.js
exports.routers = [
    { prefix: "/about", ctrl: "home", action: "about", filter: "login_required"}
]
//定义过滤器
exports.filters = {
    //定义一个过滤器名称
    "login_required": {
        //prefix指定是一个挂载，如果是*号就是模块下所有路由都应用
        prefix: "mount",
        //handler 要执行的句柄
        handler:  function(req, res, next){
            if(req.session.loginUser == undefined ){
                res.redirect('/user/login.html')
            }else next();
        }
    }
}

当访问/about时，框架要先执行过滤器 login_required 方法，当然，过滤器的定义可以写成一个单独的文件。
除了过滤器，框架还实现了多控制器处理等功能，实现的代码在这里不详解了，可以参考源码或者示例源码

数据层ORM封装

数据层主要是使用Sequelize做为基础框架，要使用ORM需要先定义好数据模型，先来看一下官方的例子：

//引入sequelize
const Sequelize = require('sequelize');
//定义一个模型
const User = sequelize.define('user', {
  firstName: {
    type: Sequelize.STRING
  },
  lastName: {
    type: Sequelize.STRING
  }
});
//导出方法
exports.addUser = function(userName, email) {
    //向 user 表中插入数据
    return User.create(...);
}
//通过用户名查找用户
exports.findByName = function(userName) {
    return User.findOne(...);
}

我希望让开发人员以类的形式去声明数据模型，所以我打算按下面的样子封装一下，让框架能按类的形式去定义模型：

class Users {
    constructor(){
        super()

        this.tableName = "user"
        this.fields = {
            firstName: {type: "string(11)"},
            lastName: {type: "string(11)"}
        }
    }
    
    //添加一个获取用户列表的方法
    addUser (userName, email) {
        return this.create(...);
    }
    //通过用户名查找用户
    findByName (){
        return this.findOne(...);
    }
}

这种方法，隐去了直接掉用 Sequelize 的方法，这样的目的是为了让非nodejs开发人员去太关注Sequelize的用法，只需要关注如果实现业务就好，另外一点是如果要更换数据库框架或是升级，可以不用去修改这些模型，不影响业务。
既然按类的形式去封装了，那是不是可以给每个模型都定义一个基类，这样可以给模型附加一些基础的方法，比如这样写：

class Users extends APP.DB.DBModel{
    ...
}

APP.DB.DBModel 是框架提供的一个基类，提供一些基础或是扩展的方法，比如一些对数据格式化转换之类的。当然，如果按类的方法封装后，要想使用一些原生的方法怎么办？我们可以考虑将类做一个代理，通过反射将原生方法暴露出去：

//通过代理调用Sequelize原生方法
var cProxy = new Proxy(class, {
    get: function(target, key, receiver) {
        if (target[key] == undefined) {
            //target.ORM 是sequelize对象
            return target.ORM[key];
        }
        return target[key];
    }
});

定义好模型后，在需要用到数据模型的代码里引入模型就可以使用，示例代码：

//导入模型
const models = require("./models")
var m_user = models.Users;
let u = await m_user.getone({where: {"firstName": "xx"}})
console.log(u.firstName)

桥接文件

桥接文件主要是给开发人员编写额外通用业务代码所用的，也是用框架自己加载执行，比如我们需要给模板引擎添加方法变量、添加一些通用中间件等。看一个给模板引擎的例子：

//templateExt.js 专门用于定制模板文件
module.exports.tpl  = {
    //init初始化方法，将会自动执行
    init (app){
        //获取模板对象
        let tpl = app.get('tpl');
        //添加一个日期过滤器
        tpl.addFilter('formatTimestamp', function(t, f="yyyy-MM-dd HH:mm:ss"){
            return new Date(t*1000).pattern(f)
        })
        ...
    }
}

//comm.js 通用文件
module.exports.comm = {
    methodA (){ ... }
}

在代码任何地方，我们可以通过框架提供的全局变量APP访问到桥接文件里的成员，比如要访问comm.js里的methodA方法，可以通过APP.comm.methodA形式访问。

配置文件

配置文件主要用于让开发人员指定不同环境下所需要的配置参数，比如指定数据库、日志等相关信息，通常我们会使用一个JSON文件定义配置，在JSON里配置不同环境下的节点参数，比如：

//config.js
{
    'development': ...
    'testing': ...
    'production': ...
}

这里，我考虑使用类的形式来定义，感觉看起来比较清晰独立一点，最后部署的时候，只需要对应的配置文件就可以了：

//config.js
class Config{
    constructor(){
        //是否开启调试模式
        this.debug = false;
        //数据库连接配置
        this.database = {...};
        //自定义变量
        this.BaseUrl = "/"
        //配置日志信息
        this.log4js = { ... }
    }
}
module.exports = Config;

//development.js
var Config = require('./config');
class Development extends Config{
    constructor(){
        super();
        this.debug = true;
    }
}
module.exports = Development;

启动文件run.js

启动文件就比较简单了，很多都是框架做了，所以启动文件只需要引入框架，启动服务就可以：

//run.js 启动文件
var em = require('express-moduledev');
var config = {
    //指定端口，默认端口 8000
    "port":801,
    //使用环境 'default','development','production','testing'
    "use_env": "development",
}
//启动服务
em.Run(config)

至此，给用户呈现一个怎么样的框架已经都明确了，只要框架去实现这些功能就好了。

框架结构

根据上面的这些需求定义，我们知道框架要具备哪些的核心功能，大概可以画出一个脑图，如下图：


framework.png
  • 主文件index.js:
    这个文件包括web服务的启动，配置文件的载入及核心模块的初始化等，跟平常我们开发Express应用时的主入口相似
  • 路由模块 router.js:
    用于加载和处理路由，自动加载与相关的控制器文件，实现过滤器和中间件方面的处理
  • 基础文件base.js:
    这个文件提供控制器的加载管理，并导出一个全局对象APP，方便在项目中使用框架提供的各项功能接口
    加载桥接文件
  • 数据库 db.js
    处理数据库相关的事情，对用户定义的模型进行解析，对底层ORM进行封装，并提供了最基础的方法
  • 日志模块 log.js
    为开发人员提供一个日志API，处理日志相关的事情
  • 通用单元 utils.js
    这个文件主要是给框架内部使用，包含一些通用判断函数等

框架源码

附上框架源码，欢迎浏览改进：）
https://github.com/rob668/express-moduledev

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